手持式終端設備中電源監測技術研究與實現

0 引言

隨著數字信息技術和網絡技術的高速發展，各種嵌人式系統已成為了市場的新焦點。鑒于嵌入式系統是對功能、可靠性、成本、體積和功耗等有嚴格要求的專用計算機系統，因此降低其系統功耗、提高內置電源持續工作的能力就成為一項重要的研究內容。

與筆記本電腦類似，嵌入式系統通常配備一個由多只電池串聯組成的整體式電池包 .當經過反復充電使用而其主要參數不再滿足整個系統要求時，必須更換整個電池包。一般說來，由于電池包內部各個電池之間的電氣參數略有差異，很難使得每個單體都得到平衡、充分的放電，進而導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電池組過充電保護，而在放電過程中電壓過低的電池芯又可能首先導致電池組的過放電保護，從而使電池組的整體容量明顯下降，使得整個電池組的實際容量常為電池組中性能最差的電池所限。

針對上述問題，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、鎳氫電池發展到現在主流的鋰電池;②提高電池芯的利用率，即利用監測技術探察每個電池芯的工作狀況。若有部分電池芯過早地放電結束或者出現問題時，能夠自動檢測并予以提示，此時只需進行個別更換即可同樣保證系統正常工作。

對于普通用戶而言，難以直接涉足前者所屬的相關領域，而后者所述方式能夠較為方便、容易地得到實現。由此一來，可望較好地解決前述問題，同時避免了電池組整體更換時其中的正常電池也連帶報廢的現象，進而提高電池利用率。此外，尚可解決專用電池成本較高、購買不易的問題，以便有效降低系統的維護成本。

1 監測系統工作原理與電路設計

結合一個具體的手持/嵌入式超級終端系統，文中對其內置電源的監測模式進行了較為詳盡的研究。

因其使用通用的五號可充電電池，所以可按第二方法考慮解決電池的使用和更換問題，進而基于LinuX操作系統較好地實現了相應的電池管理與更換提示功能。

1.1 監測系統工作原理

本系統采用12節額定電壓為1.2V的鎳氫電池串聯供電，并通過專門設定的12個監測點逐一監測。

監測點上的模擬電壓值通過多路開關和輔助電路輸入ARM芯片S3C2410x自帶的AD轉換器，再經Linux(驅動程序和GPIO端讀取相應監測點的電壓值，傳遞給數據處理和圖形顯示等應用程序，從而實現了電源的監測。具體方法如圖1所示。

圖1 電源監測系統電路圖

1.2 AD轉換與輔助電路

監測系統利用S3C2410x自帶的AD轉換器將模擬電壓輸入轉換為應用程序所需要的數據。芯片自帶AD轉換器為8路模擬輸入、10bit數字輸出，最大轉換率為500ksps,轉換時鐘為2.5MHz,模擬輸入范圍為0-3.3V.本系統所需要監測的電壓范圍為0~14。

4V,針對這種情況，本系統設汁了分壓電路，在應用程序中只需要利用比例公式就能計算出各個監測點的實際電壓值。并且，考慮到監測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，對應的模擬輸人電壓值范圍為0.26-3.2V,以便充分利用的AD轉換器的輸入帶寬。此時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電路，監測系統可以隨機地提取不同監測點的電壓值。選通邏輯通過譯碼實現，如表1所示。

表1 選通邏輯