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遠程電源管理系統(tǒng)設計

文檔作者：吳能偉文檔來源：長春光學精密機械與物理研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月17日
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現(xiàn)代電子技術(shù)
Modern Electronics Technique 2013年1月15日
第36卷第2期Jan.2013
Vol.36 No.2
光電設備具有低成本、易布站、高精度的優(yōu)點，逐步
成為海軍武器試驗中獲取空間目標飛行狀態(tài)和軌跡的
主力軍[1]。隨著精確制導、遠程打擊等高技術(shù)兵器武器
的出現(xiàn)，要檢驗和鑒定此類目標的性能和威脅，不僅需
要獲取目標的空間坐標，同時要求測量目標著靶時的姿
態(tài)信息。而目標著靶是一個瞬態(tài)過程，不易捕捉，因此
常用高速光電設備在靶船上實時獲取高質(zhì)量的目標運
動圖像序列[2?3]，經(jīng)事后處理得到目標的運動參數(shù)。不難
看出圖像數(shù)據(jù)直接決定試驗的成敗，因此有必要對設備
的工作狀態(tài)及電源等情況進行遠程監(jiān)視和管理[4]。
該平臺以AVR單片機為核心，利用2節(jié)串聯(lián)的充電
鋰電池作為備用電源[5]，依靠外圍接口獲取目標的實時
信息（實測彈道數(shù)據(jù)、T0時刻等）。
在光電設備工作異?；蚵渌畷r，控制固態(tài)繼電器
（Solid State Relay，SSR）實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程重啟和關機[6]，
為獲取及保護目標的實時圖像數(shù)據(jù)提供有力保障，因而
具有重要的現(xiàn)實意義。
1 電源管理系統(tǒng)總體框架
遠程電源管理系統(tǒng)是獲取目標著靶實況景象的重
要組成單元，其大致框架如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
在該系統(tǒng)中利用開關電源將220 V 交流電轉(zhuǎn)換成
12 V和5 V直流電源，為光電設備供電和鋰電池充電[7]。
選取兩節(jié)英特曼充電鋰電池（電量充足時電壓為7.4 V）
作為關機時遠程電源管理系統(tǒng)的備用電源[8]，固態(tài)繼電
器作為執(zhí)行單元，ATmegal61單片機及其外圍電路作為
遠程電源管理系統(tǒng)設計
吳能偉
（長春光學精密機械與物理研究所，吉林長春130033）
摘要：在海軍武器著靶試驗中，為了保護實測數(shù)據(jù)和提高光電設備的可靠性，利用Atmegal61豐富的資源和接口，設計
一套遠程電源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以鋰電池組作為備用電源，依靠單片機處理遠控中心發(fā)送的目標測量數(shù)據(jù)及控制命令，對
固態(tài)繼電器的工作狀態(tài)進行控制。試驗結(jié)果表明該系統(tǒng)能自主完成光電設備電源的遠程管理，獲取完整的目標實況景象，
具有一定的現(xiàn)實意義。
關鍵詞：AVR單片機；固態(tài)繼電器；電源管理；串行通信
中圖分類號：TN911?34；TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2013）02?0162?03
Design of remote power management system
WU Neng?wei
（Changchun Institute of Optics，F(xiàn)ine Mechanics and Physics，Changchun 130033，China)
Abstract： In the process of the naval weapons test， in order to protect the real?time measured data and improve the
reliability of the optoelectronic devices，a remote power management system was designed by utilizing the abundant resources
and interface of Atmega161. The lithium batteries are taken as power supply of the system. The measured data and the control
commands sent by remote control center are processed by SCM to control the working state of the solid?state relay. The test re?
sult shows that the system can manage the power supply of the optoelectronic devices autonomously，the complete live image of
an object can be obtained，so the design has practical significance.
Keywords：AVR SCM；solid?state relay；power management；serial communication
收稿日期：2012?09?21
基金項目：中國科學院基金資助（085231B090）
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第2期吳能偉：遠程電源管理系統(tǒng)設計
控制單元，無線射頻模塊作為通信單元，還有上位機遠控
中心。ATmegal61單片機采集到設備的工作狀態(tài)，借助
無線傳輸設備實時傳輸至遠控中心，同時接收遠控中心
發(fā)送的控制命令及目標測量數(shù)據(jù)，控制固態(tài)繼電
器的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)光電設備的重啟和關機。
2 硬件設計
2.1 充電保護電路
由鋰電池的特性可知，在過度充電的情況下，
電解液因分解而導致電池特性劣化并造成充電次
數(shù)減少。因此為了延長電池的使用壽命，采用如
圖2所示電路，利用L7808將12 V穩(wěn)壓至8 V，對
鋰電池進行充電，充至3.7 V時利用S?8232芯片對
其進行過充保護[9?10]。
圖2 鋰電池保護電路
AVR單片機所需的電源電壓為2.7～5.5 V，為了簡
化電路設計，提高系統(tǒng)的可靠性，為AVR單片機設計外
部基準電壓為5 V，利用L7805防止電池出現(xiàn)過用現(xiàn)象。
2.2 主控電路
主控電路如圖3所示，ATmegal61 單片機有１個可
編程的同步/異步串行接口USART，可以滿足與遠控中
心的通信要求，2個具有比較模式的靈活定時/計數(shù)器，
可以完成延時時間的計算，預留的8 路10 位ADC 端口
可以擴展其他功能。為了滿足嵌入式的設計要求，選用
易于安裝在電路板的G6B?2014P?US固態(tài)繼電器，實現(xiàn)
兩路直流電源的同步控制。而繼電器的驅(qū)動需要控制
系統(tǒng)具有大電流的輸出能力，ULN2003是高壓大電流達
林頓晶體管系列產(chǎn)品，可以很好地滿足要求[11]。
電路的設計中，考慮了對電源、CPU、時鐘、印刷電
路板等的抗干擾措施，使系統(tǒng)更加可靠。
3 軟件設計
3.1 主程序設計
電源管理系統(tǒng)的控制程序由主程序和T1中斷服務
子程序組成。主程序完成ATmegal61單片機的初始化、
定時器T1工作方式的設定等。
其流程圖如圖4所示。
圖4 主程序流程圖
3.2 中斷程序
T1的中斷服務子程序是整個電源管理系統(tǒng)的主體
程序，它完成串行通信、繼電器的控制及數(shù)據(jù)處理等任
務，其流程如圖5 所示。在T1 中斷服務子程序中，AT?
megal61 單片機接收遠控中心的控制命令（關機、重啟
等）、彈道數(shù)據(jù)。依據(jù)彈道數(shù)據(jù)計算目標相對靶船的斜
距R，當R 小于設定的距離閾值時，若收到重啟控制命
令則接通繼電器，否則開始記錄目標的實況景象，當記
錄完成時，控制繼電器斷開。
4 實驗結(jié)果
在某型飛行目標的（直徑和長度分別為0.5 m 和
1.5 m）測量任務中，目標為全被動飛行（即目標沒有機
動性），１臺雷達、3臺光電設備參與測試。
在發(fā)射系中，目標理論落點為M (xm ,ym ,zm ) ，雷達在
目標軌跡一側(cè)N (xn ,yn ,zn) 以20 Hz采集數(shù)據(jù)，光電設備
均勻布設在距M 點500 m 的圓弧上以100 f s 獲取實
況。位于安控區(qū)域內(nèi)的遠控中心接收、處理雷達數(shù)據(jù)后
轉(zhuǎn)發(fā)至電源管理系統(tǒng)，電源管理系統(tǒng)計算目標相對M 點
的斜距得到如圖6所示的曲線。依據(jù)目標特性，光電設
備使用MC1360攝像機，焦距為20 mm。
為了提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力，軟件中判斷條件
R

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