Современные разработки в области автономных беспилотных устройств, таких как роботы доставщики, дроны, игрушки, автомобили без водителя получили очень большую популярность. Объекты передвижения в пространстве без участия оператора находят свое применения во многих сферах деятельности человека рождая тем самым спрос на развитие смежных с ними технологий.
Одна из таких технологий — осуществление питание устройств поджогом термохимических батарей.
Термохимическая батарея — это резервный химический источник тока, который приводится в действие нагреванием до расплавления электролита, находящегося в твёрдом кристаллическом состоянии в соприкосновении с электродами. В беспилотных аппаратах термохимические батареи выступают в качестве одноразового источника тока с уменьшающимся по мере израсходования ресурса напряжением. Они нужны для резервного питания в случае отказа или основного источника питания. Простота изготовления и использования делают их популярным выбором для питания автономных цепей.
Устройство термохимических батарей следующее. Используют электролит, который при температуре окружающей среды является твёрдым и неактивным. Эти батареи могут храниться длительное время (более 50 лет), но при этом обеспечивают полную мощность в любой момент, когда это необходимо. После активации обеспечивают всплеск высокой мощности в течение короткого периода времени (от нескольких десятков секунд до 60 минут и более).
Батареи в аппаратах зачастую управляются электрической цепью, которая приводит их в действие после чего они начинают формировать ток. Процесс зажигания батарей может быть нарушен или произведен не полностью.
Причины для отказа могут быть связанны как с цепью зажигания, так и с самой батареей. Электролит мог расплавиться не полностью, цепь зажигания не подала достаточное напряжение, цепь по которой течет ток с батареи выведенна из строя и т. д.
Полный отказ, когда на цепь питания не подается тока вообще и напряжение неизменно вычислить просто, однако бывают случаи, когда происходит частичное срабатывание, и ток все же есть. Подобные случаи критичны для автономных приборов т. к. даже небольшое отклонение в работе может привести к полному отказу системы.
В таких случаях вводят дополнительные устройства, ответственные за контроль токов в различных цепях изделия.
Так, например, в модуле управления рулевыми приводами происходит контроль всех цепей связанных, с этими приводами. Одна из таких цепей — цепь питания от батареи. (рис1)
Рис. 1. Схема электрическая принципиальная устройства контроля
Данный каскад осуществляет проверку тока в батареи после старта автономной работы устройства. Через незажжённую батарею протекает некий ток. При её поджоге, данный ток опускается до нуля. Однако подобная цепь не учитывает наличие не полного срабатывания, где ток опускается не до нуля.
При модернизации модуля управления было принято решение модифицировать данную цепь для осуществления более высокой степени контроля цепи питания. Для этого мы разработаем устройство, которое будет отслеживать характеристики поступающего тока и выявлять его несоответствие требуемому.
В процессе разработки была сформирована схема электрическая принципиальная разработанного устройства, так что разберем ее принцип работы.
Рис. 2. Схема электрическая принципиальная устройства контроля
Устройство по сути своей является стабилизатором тока. Через делитель R1-R2, тем самым формируя опорное напряжение на 3-ем контакте усилителя. DA1:1 сравнивает это напряжение с напряжением на втором контакте, взятое с шунтирующего резистора R3 и усиленное DA1:2. Стабилизированный ток после диода VD1 протекает через электроподжиг батареи. Напряжение на электроподжиге батареи устанавливается неинвертирующим усилителем в 10 раз и падает на АЦП микроконтроллера. Так происходит измерение сопротивления электроподжига батареи и принимается решение о ее исправности. R4-R7 подобранны в соответствии с типовыми каскадами операционного усилителя. С4 установлен в соответствии с ТУ на данный ОУ. C1-C3 — демпфирующие фильтры необходимые для подавления возбуждений.
Литература:
1. Уэйкерли Дж. Ф. Проектирование цифровых устройств: в 2-х т. /Дж. Ф. Уэйкерли. — М.: Постмаркет, 2002.
2. Грушвицкий Р. И. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики / Р. И. Грушвицкий, А. Х. Мурсаев, Е. П. Угрюмов. — СПб.: БХВ-Петербург, 2002. — 608 с.
3. Шалыто А. А. Методы аппаратной и программной реализации алгоритмов / А. А. Шалыто. — СПб.: Наука, 2000. — 780 с.
4. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника / Е. П. Угрюмов. — СПб.:БХВ-Петербург, 2000. — 528 с.
