2. 2 軟件設計

　　電源管理系統(tǒng)的軟件設計主要是meg a16l 通過其8 路10位ADC 端口來檢測電池的電壓狀態(tài)， 根據(jù)不同的情況采取相應措施。一旦出現(xiàn)有電池低于7.0V 的情況， 單片機就將該電池切換到充電狀態(tài)并保證至少有一組電池為負載供電， 且電池1 優(yōu)先級別高于電池2.主要程序流程圖如圖6 所示， 程序處于一個無限循環(huán)， 單片機時刻監(jiān)測兩組電池的電壓的狀態(tài)并記憶當前的充電狀態(tài)， 一旦放電的電池達到7V 以下， 單片機驅(qū)動繼電器開關(guān)將充電回路切換到該電池并將另一組電池切換為負載回路的電源。

　　圖6 AVR 主程序流程圖

　　程序在運行的過程當中， 每隔1 秒定時器1 產(chǎn)生一次中斷， 通過串口接收監(jiān)控平臺發(fā)來的指令信息并將飛機的兩組電源的實時電壓狀況、繼電器的狀態(tài)等信息通過無線射頻模塊發(fā)送給地面站以便地面能實時了解到飛機的供電情況。

　　2. 3 上位機設計

　　2. 3.1 無線射頻模塊

　　電源管理系統(tǒng)的上位機硬件方面主要由無線射頻模塊、電平轉(zhuǎn)換電路及PC 電腦組成， 大致框圖如圖1 所示。因射頻模塊將接收出來的數(shù)據(jù)是TTL 電平， 再通過max 232 電平轉(zhuǎn)換將其變?yōu)?a target="_blank">RS232 電平傳送給電腦， 從而實現(xiàn)飛機和地面的通信。

　　該系統(tǒng)之所以能實現(xiàn)遠距離監(jiān)測飛機， 主要依靠無線射頻模塊的遠距離和高準確度等特性。其主要特點如下所示： （ 1）長距離特性： 室內(nèi)/ 城市距離高達450 米； 室外可視范圍： 帶2.1dB 偶極天線高達11 公里， 帶高增益天線可達32 公里； 接收器靈敏度為- 110dBm.（ 2） 高級網(wǎng)絡和安全： 7 個跳頻信道， 每個信道可獲得65k 地址， 恢復和確認機制以保證可靠分組傳輸； 支持對等網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（ 沒有主/ 從依賴關(guān)系） ， 支持點對點、點對多和多點接入網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。

　　由此可知， XT end OEM 無線射頻模塊在低成本無線數(shù)據(jù)通訊解決方案中提供了最遠的距離。該模塊易于使用， 耗電低， 對設備間重要數(shù)據(jù)包提供了可靠的數(shù)據(jù)傳送， 體積緊湊節(jié)省寶貴的電路板空間。圖7 表示的是由XTend OEM 無線射頻模塊構(gòu)成的主機間無線連接的系統(tǒng)框圖。

　　圖7 主機間無線連接的系統(tǒng)框圖

　　2.3.2 地面監(jiān)控平臺

　　監(jiān)控平臺是整個設備監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分， 監(jiān)控平臺與控制程序之間要求具有雙工通信的。一方面， 飛機平臺上控制器將飛機的實時信息利用數(shù)傳發(fā)到地面， 另一方面， 地面站將指令發(fā)給飛機以完成所需要的任務。

　　地面軟件基于Microso ft 的VC+ + 6. 0 平臺借助其提供的MFC 類庫進行開發(fā)。具體的軟件開發(fā)過程， 采用面向?qū)ο蟮脑O計方法， 使用C+ + 語言實現(xiàn)。每種功能模塊， 對應一個類。這樣， 使得最終的軟件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上清晰合理， 易于維護升級。該程序利用MFC 技術(shù)結(jié)合M SComm 控件， 使用C+ + 編寫。程序功能包括： 手動設置串口參數(shù)， 串行接收數(shù)據(jù)和發(fā)送指令， 顯示接收數(shù)據(jù)信息和保存接收數(shù)據(jù)等功能。

　　3 實驗結(jié)果分析

　　控制器在得到電源電壓、繼電器狀態(tài)、充放電情況等信息后， 將這些信息傳給地面并保存到PC 機上面。圖8 所示就是飛機在飛行時采集到的數(shù)據(jù)。

　　圖8 電池1 充放電數(shù)據(jù)。

　　從圖中可知， 首先電池1 作為負載給系統(tǒng)供電， 經(jīng)過一段時間使用后由7.5V 降到7.0V， 此時單片機在檢測到該電池電量不足后驅(qū)動繼電器， 并將該電池切換到充電回路。經(jīng)過10 分鐘充電后， 因電池2 的電壓也小于7V 單片機再次將系統(tǒng)的電源切換到電池1， 如此反復直至完成任務。由此可知該系統(tǒng)能將動能轉(zhuǎn)換為動能并有效的管理系統(tǒng)的用電循環(huán)， 提高了系統(tǒng)的運行時間， 從而提高整個系統(tǒng)的實用性和可靠性。

　　4 結(jié)束語

　　本文設計了一套UAV 電源管理系統(tǒng)， 該系統(tǒng)具有自動控制充放電管理， 實時監(jiān)測電池電壓等功能。該系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過調(diào)試和試驗驗證了其可行性， 但是為了保證飛機安全， 還要做更多的試驗以保證無人機自主飛行的安全和穩(wěn)定。除此之外， 高低頻濾波， 電池電量預測等也是重要的方向， 需要深入的研究。現(xiàn)今， 鋰電池的使用范圍越來越廣， 其價格也相對適中，如果掌握先進的科學的使用方法， 讓鋰電池發(fā)揮應有的最大效用， 將會節(jié)省大量的資源和財富。