手持式終端設(shè)備中電源監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

0 引言

隨著數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，各種嵌人式系統(tǒng)已成為了市場的新焦點(diǎn)。鑒于嵌入式系統(tǒng)是對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此降低其系統(tǒng)功耗、提高內(nèi)置電源持續(xù)工作的能力就成為一項(xiàng)重要的研究內(nèi)容。

與筆記本電腦類似，嵌入式系統(tǒng)通常配備一個(gè)由多只電池串聯(lián)組成的整體式電池包 .當(dāng)經(jīng)過反復(fù)充電使用而其主要參數(shù)不再滿足整個(gè)系統(tǒng)要求時(shí)，必須更換整個(gè)電池包。一般說來，由于電池包內(nèi)部各個(gè)電池之間的電氣參數(shù)略有差異，很難使得每個(gè)單體都得到平衡、充分的放電，進(jìn)而導(dǎo)致在電池組充電的過程中，電壓過高的電池芯可能提早觸發(fā)電池組過充電保護(hù)，而在放電過程中電壓過低的電池芯又可能首先導(dǎo)致電池組的過放電保護(hù)，從而使電池組的整體容量明顯下降，使得整個(gè)電池組的實(shí)際容量常為電池組中性能最差的電池所限。

針對(duì)上述問題，目前常用兩種解決方法：

①研究或選用新型電池，盡量減小個(gè)體差異并從整體上提高電池的額定容量，例如由最初的鎳鎘、鎳氫電池發(fā)展到現(xiàn)在主流的鋰電池;②提高電池芯的利用率，即利用監(jiān)測(cè)技術(shù)探察每個(gè)電池芯的工作狀況。若有部分電池芯過早地放電結(jié)束或者出現(xiàn)問題時(shí)，能夠自動(dòng)檢測(cè)并予以提示，此時(shí)只需進(jìn)行個(gè)別更換即可同樣保證系統(tǒng)正常工作。

對(duì)于普通用戶而言，難以直接涉足前者所屬的相關(guān)領(lǐng)域，而后者所述方式能夠較為方便、容易地得到實(shí)現(xiàn)。由此一來，可望較好地解決前述問題，同時(shí)避免了電池組整體更換時(shí)其中的正常電池也連帶報(bào)廢的現(xiàn)象，進(jìn)而提高電池利用率。此外，尚可解決專用電池成本較高、購買不易的問題，以便有效降低系統(tǒng)的維護(hù)成本。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理與電路設(shè)計(jì)

結(jié)合一個(gè)具體的手持/嵌入式超級(jí)終端系統(tǒng)，文中對(duì)其內(nèi)置電源的監(jiān)測(cè)模式進(jìn)行了較為詳盡的研究。

因其使用通用的五號(hào)可充電電池，所以可按第二方法考慮解決電池的使用和更換問題，進(jìn)而基于LinuX操作系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的電池管理與更換提示功能。

1.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)采用12節(jié)額定電壓為1.2V的鎳氫電池串聯(lián)供電，并通過專門設(shè)定的12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)逐一監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的模擬電壓值通過多路開關(guān)和輔助電路輸入ARM芯片S3C2410x自帶的AD轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)Linux(驅(qū)動(dòng)程序和GPIO端讀取相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓值，傳遞給數(shù)據(jù)處理和圖形顯示等應(yīng)用程序，從而實(shí)現(xiàn)了電源的監(jiān)測(cè)。具體方法如圖1所示。

圖1 電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電路圖

1.2 AD轉(zhuǎn)換與輔助電路

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用S3C2410x自帶的AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓輸入轉(zhuǎn)換為應(yīng)用程序所需要的數(shù)據(jù)。芯片自帶AD轉(zhuǎn)換器為8路模擬輸入、10bit數(shù)字輸出，最大轉(zhuǎn)換率為500ksps,轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為2.5MHz,模擬輸入范圍為0-3.3V.本系統(tǒng)所需要監(jiān)測(cè)的電壓范圍為0~14。

4V,針對(duì)這種情況，本系統(tǒng)設(shè)汁了分壓電路，在應(yīng)用程序中只需要利用比例公式就能計(jì)算出各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際電壓值。并且，考慮到監(jiān)測(cè)精確度和電路功耗的因素，把分壓電路的總電阻定為4.5kQ.這樣一來，對(duì)應(yīng)的模擬輸人電壓值范圍為0.26-3.2V,以便充分利用的AD轉(zhuǎn)換器的輸入帶寬。此時(shí)電路的耗損功率僅為0.04608W。

1.3 控制電路

利用S3C2410x的GPIO端口控制選通多路門開關(guān)電路，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以隨機(jī)地提取不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓值。選通邏輯通過譯碼實(shí)現(xiàn)，如表1所示。

表1 選通邏輯