基于ARM的光纖航姿設(shè)備電源裝置監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著電池技術(shù)的快速發(fā)展和光纖航姿設(shè)備在現(xiàn)代艦船領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，鋰電池憑借其體積小、重量輕、壽命長、能量質(zhì)量比高、自放電率低、無污染等諸多優(yōu)勢正在取代傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池成為船用光纖航姿設(shè)備的首選備用電源。為了確保電源裝置能夠安全、穩(wěn)定、長期的運(yùn)行，需要對(duì)鋰電池的放電過程中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、分析，對(duì)剩余電量和放電時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，并在出現(xiàn)異常情況時(shí)發(fā)出報(bào)警。本文以此為背景，設(shè)計(jì)了基于 ARM的鋰電池監(jiān)測系統(tǒng)硬件平臺(tái)，并以嵌入式 Linux操

2、作系統(tǒng)作為系統(tǒng)軟件平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互界面，通過荷電狀態(tài)估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池剩余電量和放電時(shí)間的預(yù)測。
　　為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、簡化硬件設(shè)計(jì)和增加對(duì)人機(jī)交互界面的支持，本系統(tǒng)采用三星公司的ARM架構(gòu)S3C2440型微處理器作為主控芯片。其具備強(qiáng)大的電源和時(shí)鐘管理系統(tǒng)及豐富的存儲(chǔ)器支持，內(nèi)部的8路10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)電池參數(shù)的采集及觸摸屏接口，豐富的GPIO接口可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展，內(nèi)置的UART、USB控制器實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙無線通

3、信和高速下載。通過兩個(gè)數(shù)字溫度傳感器和雙向可變量程的直流電流傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池及環(huán)境溫度和放電電流的采集。利用小型固態(tài)繼電器及電解電容實(shí)現(xiàn)鋰電池端電壓的采集以及隔離和保護(hù)功能。
　　嵌入式Linux操作系統(tǒng)為本系統(tǒng)提供了完善的軟件平臺(tái)。通過Bootloader引導(dǎo)加載程序?qū)崿F(xiàn)了操作系統(tǒng)下載和啟動(dòng)參數(shù)設(shè)定。2.6.31版本的 Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核提供了更加完善的系統(tǒng)管理和進(jìn)程調(diào)度機(jī)制?；赒T4的圖形應(yīng)用程序?yàn)橛脩籼峁┝嗣烙^、友好

4、的人機(jī)交互界面。另外，本系統(tǒng)通過將驅(qū)動(dòng)程序編譯為模塊提高了系統(tǒng)的啟動(dòng)速度及可擴(kuò)展性。
　　對(duì)工作于復(fù)雜環(huán)境下的光纖航姿設(shè)備而言，精確且快速的荷電狀態(tài)估計(jì)算法可提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，對(duì)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行有著重要意義。由于傳統(tǒng)的安時(shí)積分法僅僅對(duì)電池的放電電流進(jìn)行監(jiān)測，無法體現(xiàn)環(huán)境因素對(duì)于電池工作狀態(tài)的影響且無法估計(jì)電池SOC的初值。重要的是，其算法中存在的積分運(yùn)算會(huì)使誤差累積放大，從而嚴(yán)重影響估計(jì)精度。故本文對(duì)傳統(tǒng)的安時(shí)積分法進(jìn)行改進(jìn)：