基于微控制器的移动通信电源管理控制系统

摘要

本发明公开了一种基于微控制器的移动通信电源管理控制系统，涉及电源管理控制系统，为实现移动通信电源管理控制系统的闭环控制而发明。包括：充放电控制模块，数字微调模块，抗干扰模块，数据管理模块；其中数字微调模块，抗干扰模块，数据管理模块分别与充放电控制模块相连。采用本发明所述方法，实现了移动通信电源对基站供电的闭环控制，完成了电源系统的实时控制，减少了配置管理人力和技术资源投入的目标，实现了全数字化控制的先进设计，包括数字微调技术和模式控制及切换，并实现了通信电源控制系统中的抗干扰目标。

权利要求

1.基于微控制器的移动通信电源管理控制系统，其特征在于：包括

充放电控制模块，用于各类充放电模式的运行、切换和控制以及下电控制、开关机控制和时间控制；所述各类充放电模式包括浮充、均充、测试、容量预计；

数字微调模块，用于通过软开关技术提供电流、电压和容量的调整，使系统正确进入到对应的充放电模式；

抗干扰模块，用于为充放电控制模块提供系统校验、断电保护、温度补偿和时间补偿；

数据管理模块，用于为充放电控制模块提供准确的模拟量和数字量的同步数据，并提供实时管理系统的配置数据和动态数据保护；

数字微调模块，抗干扰模块，数据管理模块分别与充放电控制模块相连；

在测试模式下，由抗干扰模块进行抗干扰处理，进行标准源的校准，标定处理后的标准数据源置于EEPROM标准校验数据区，由标准校验数据和标准电压源换算出标准转换因子；

在运行模式下，电源管理控制系统进行数据采集，由实际采集数据和标准转换因子计算模拟数据，经数据管理模块对采集到的数据中的模拟量和数字量进行平滑处理，待平滑处理完成后，将数据处理结果同步到数字微调模块中，由数字微调模块根据配置电压对当前电压进行微调；调整完成后，将电压微调结果同步到充放电控制模块；充放电控制模块根据当前电压调整结果对脉宽调制的脉宽进行调整，并将电压微调结果写入到脉宽调制的控制字中，脉宽调制的输出作为下次数据管理模块数据采集的输入，从而控制充放电控制模块完成充放电模式的闭环控制。

2.根据权利要求1所述的基于微控制器的移动通信电源管理控制系统，其特征在于：所述充放电控制模块包括：浮充控制单元，均充控制单元，测试控制单元，容量控制单元，下电控制单元和时间控制单元；

在电池的充电周期中，电池的充电电压维持在浮充状态，若系统接到后台测试申请，则由测试控制单元进行测试控制，按照测试配置电压调整当前充电电压，根据调整结果由均充控制单元或浮充控制单元进行均充控制或浮充控制；

若系统接到容量预计申请，则由容量控制单元进行容量预计设置，根据容量控制的结果由均充控制单元或浮充控制单元进行均充控制或浮充控制；

否则，由浮充控制单元进行浮充控制，根据浮充配置电压调整当前充电电压，待均充周期到或者充电电压低或电池容量低的情况下由均充控制单元进行均充控制和均充维持控制：在均充控制完成后，在均充时间到或均充维持时间到则由浮充控制单元进行浮充控制；

在系统的动态控制中，当检测到市电停电，系统进入放电流程，进行电池供电，若系统处于过放电状态，则由下电控制模块进行下电控制；同时，在电池充放电模式切换的过程中，由时间控制模块对切换后的模式进行时间统计，其余模式的统计时间清零，并根据该统计时间进行充放电模式的切换。

3.根据权利要求1所述的基于微控制器的移动通信电源管理控制系统，其特征在于：所述数字微调模块包括电压微调单元，电流微调单元，容量控制单元，软开关脉宽调制微调单元；分别由电压微调单元、电流微调单元进行电压、电流的调整，并将调整结果送入到软开关脉宽调制微调单元，得到下次数据管理模块数据采集的输入；同时，由容量控制单元根据当前的容量数据进行充电电压的调整，保证容量控制和电压电流微调的同步和互斥。

4.根据权利要求1所述的基于微控制器的移动通信电源管理控制系统，其特征在于：所述抗干扰模块包括数字调零单元、电压校验单元、断电保护单元、温度补偿单元、时间补偿单元、模块互斥单元；

其中，数字调零单元和电压校验单元，用于实现系统校验；温度补偿单元，用于处理系统在运行过程中的运行温度与标准温度的差距对充放电电压和电压微调过程带来的影响；

断电保护单元，用于在交流异常时，进行系统的延时保护；时间补偿单元，用于均充周期中，补偿处理时间和实际时间的差距；模块互斥单元，使用中断互斥和信号量互斥；

所述数字调零单元、电压校验单元、断电保护单元、温度补偿单元、时间补偿单元、模块互斥单元依次连接。

5.根据权利要求1所述的基于微控制器的移动通信电源管理控制系统，其特征在于：所述的数据管理模块包括：配置管理单元，数据保护单元，数据采集和处理单元，数据同步单元；

其中配置管理单元，用于对系统数据进行配置；数据保护单元，用于保护系统的动态数据；数据采集和处理单元，用于系统数据的采集及对数据的平滑处理；数据同步单元，将数字微调模块产生的数据同步到充放电控制模块接口和采样数据同步到数字微调模块接口；

所述配置管理单元、数据保护单元、数据采集和处理单元、数据同步单元依次连接。

说明书

基于微控制器的移动通信电源管理控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电源管理控制系统，尤其涉及基于微控制器的移动通信电源管理控制系统。

背景技术

[0002] 目前的移动通信电源硬件成本较高，而软件设计仅仅处于检测阶段，对电池不具备控制功能，相应的处理由后台根据前台检测的结果采取维护措施，前台不具备闭环控制和自动控制的功能，如专利“6,611,774 Method and apparatus for the continuous performance monitoring ofa lead acid battery system”就是这种设计模式；而且前台的软件设计基于CPU，使用商用操作系统，成本较高。

发明内容

[0003] 为解决现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种基于微控制器的移动通信电源管理控制系统及实现方法，以实现移动通信电源管理控制系统的闭环控制。

[0004] 为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

[0005] 基于微控制器的移动通信电源管理控制系统，包括：

[0006] 充放电控制模块，用于各类充放电模式的运行、切换和控制以及下电控制、开关机控制和时间控制；

[0007] 数字微调模块，用于通过软开关技术提供电流、电压和容量的调整，使系统正确进入到对应的充放电模式；

[0008] 抗干扰模块，用于为充放电控制模块提供系统校验、断电保护、温度补偿和时间补偿；

[0009] 数据管理模块，用于为充放电控制模块提供准确的模拟量和数字量的同步数据，并提供实时管理系统的配置数据和动态数据保护；

[0010] 数字微调模块，抗干扰模块，数据管理模块分别与充放电控制模块相连；

[0011] 在测试模式下，由抗干扰模块进行抗干扰处理，进行标准源的校准，标定处理后的标准数据源置于EEPROM标准校验数据区，由标准校验数据和标准电压源换算出标准转换因子；在运行模式下，电源管理控制系统进行数据采集，由实际采集数据和标准转换因子计算模拟数据，经数据管理模块对采集到的数据中的模拟量和数字量进行平滑处理，待平滑处理完成后，将数据处理结果同步到数字微调模块中，由数字微调模块根据配置电压对当前电压进行微调；调整完成后，将电压微调结果同步到充放电控制模块；充放电控制模块根据当前电压调整结果对脉宽调制的脉宽进行调整，并将电压微调结果写入到脉宽调制的控制字中，脉宽调制的输出作为下次数据管理模块数据采集的输入，从而控制充放电控制模块完成充放电模式的闭环控制。

[0012] 其中，所述充放电控制模块包括：浮充控制单元，均充控制单元，测试控制单元，容量控制单元，下电控制单元和时间控制单元；

[0013] 在电池的充电周期中，电池的充电电压维持在浮充状态，若系统接到后台测试申请，则由测试控制单元进行测试控制，按照测试配置电压调整当前充电电压，根据调整结果由均充控制单元或浮充控制单元进行均充控制或浮充控制；

[0014] 若系统接到容量预计申请，则由容量控制单元进行容量预计设置，根据容量控制的结果由均充控制单元或浮充控制单元进行均充控制或浮充控制；

[0015] 否则，由浮充控制单元进行浮充控制，根据浮充配置电压调整当前充电电压，待均充周期到或者充电电压低或电池容量低的情况下由均充控制单元进行均充控制和均充维持控制；在均充控制完成后，在均充时间到或均充维持时间到则由浮充控制单元进行浮充控制；

[0016] 在系统的动态控制中，当检测到市电停电，系统进入放电流程，进行电池供电，若系统处于过放电状态，则由下电控制模块进行下电控制；同时，在电池充放电模式切换的过程中，由时间控制模块对切换后的模式进行时间统计，其余模式的统计时间清零，并根据该统计时间进行充放电模式的切换。

[0017] 其中，所述数字微调模块包括电压微调单元，电流微调单元，容量控制单元，软开关脉宽调制微调单元；分别由电压微调单元、电流微调单元进行电压、电流的调整，并将调整结果送入到软开关脉宽调制微调单元，得到下次数据管理模块数据采集的输入；同时，由容量控制单元根据当前的容量数据进行充电电压的调整，保证容量控制和电压电流微调的同步和互斥。

[0018] 其中，所述抗干扰模块包括数字调零单元、电压校验单元、断电保护单元、温度补偿单元、时间补偿单元、模块互斥单元；

[0019] 其中，数字调零单元和电压校验单元，用于实现系统校验；温度补偿单元，用于处理系统在运行过程中的运行温度与标准温度的差距对充放电电压和电压微调过程带来的影响；断电保护单元，用于在交流异常时，进行系统的延时保护；时间补偿单元，用于均充周期中，补偿处理时间和实际时间的差距；模块互斥单元，使用中断互斥和信号量互斥；

[0020] 数字调零单元、电压校验单元、断电保护单元、温度补偿单元、时间补偿单元、模块互斥单元依次连接。

[0021] 其中，所述的数据管理模块包括；配置管理单元，数据保护单元，数据采集和处理单元，数据同步单元；

[0022] 其中配置管理单元，用于对系统数据进行配置；数据保护单元，用于保护系统的动态数据；数据采集和处理单元，用于系统数据的采集及对数据的平滑处理；数据同步单元，将数字微调模块产生的数据同步到充放电控制模块接口和采样数据同步到数字微调模块接口。

[0023] 所述配置管理单元、数据保护单元、数据采集和处理单元、数据同步单元依次连接。

[0024] 采用本发明所述方法，实现了移动通信电源对基站供电的闭环控制，完成了电源系统的实时控制，减少了配置管理人力和技术资源投入的目标，实现了全数字化控制的先进设计，包括数字微调技术和模式控制及切换，并实现了通信电源控制系统中的抗干扰目标。

附图说明

[0025] 图1是现有移动通信电源管理控制系统的结构原理框图；

[0026] 图2是本发明移动通信电源管理控制系统的软件结构原理框图；

[0027] 图3是电压微调的闭环控制过程图；

[0028] 图4是电池充放电模式的闭环控制流程图；

[0029] 图5是下电控制流程图；

[0030] 图6A是交流异常的放电结构图，图6B为交流恢复正常的充电结构图；

[0031] 图7是时间管理流程图；

[0032] 图8是EEPROM的数据分配结构图；

[0033] 图9是移动通信电源管理控制流程图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

[0035] 本发明为全新设计的通信电源子系统，硬件上致力于成本的降低和设计的简化，因而软件的设计难度相对较大，系统功能的创新和难点主要集中在软件系统的设计上(如果不特别说明，以下的系统主要指软件系统)。PWS(Power System电源系统)通信电源软件系统是基于MCU在OS(Operate System操作系统)内核进行二次开发的、运行在电源控制板上的管理控制系统。该软件系统的设计已经完全摆脱检测阶段，系统不利用后台就具有自动控制即闭环控制的功能，具体的创新包括电池的充放电控制技术、数字微调技术以及相应的数据管理技术，同时提供了控制系统的抗干扰技术。

[0036] 本发明的核心内容就是电源管理闭环控制系统的设计，目的是使电源系统处于稳定，保证电源系统在市电下对基站进行供电，对蓄电池充电，并保证蓄电池的最佳使用寿命，同时在市电异常的情况下能够不间断供电。

[0037] 如图2所示，电源的闭环控制系统的设计模块包括电池的充放电控制模块、数字微调模块、抗干扰模块、数据管理模块。

[0038] 其中充放电控制模块是核心设计，包括各类充放电模式的运行、切换和控制以及下电控制、开关机控制和时间控制；数字微调模块为充放电控制模块服务，利用软开关技术提供电流、电压和容量的调整，使系统正确进入对应的充放电模式；抗干扰模块为充放电控制模块提供系统校验、断电保护、温度补偿和时间补偿；数据管理模块为充放电控制模块提供准确的模拟量和数字量的同步数据，并提供实时管理系统的配置数据。所有模块加入定时器控制队列，参与内核操作系统的实时调度。

[0039] 充放电控制模块包括：浮充控制单元，均充控制单元，测试控制单元，容量控制单元，下电控制单元和时间控制单元；数字微调模块包括电压微调单元，电流微调单元，容量控制单元，软开关脉宽调制微调单元；抗干扰模块包括数字调零单元、电压校验单元、温度补偿单元、断电保护单元、时间补偿单元、模块互斥单元；数据管理模块包括：配置管理单元，数据保护单元，数据采集和处理单元，数据同步单元。

[0040] 下面详细介绍每个模块的工作原理。

[0041] (一)充放电控制模块设计

[0042] 1、充放电模式的运行、切换和控制。

[0043] 充放电模式包括浮充、均充、测试、容量预计。充放电周期是闭环控制的周期，闭环控制的过程如图3和图4所示。

[0044] 首先，在测试模式下，进行抗干扰处理，保留系统的标准数据，即配置数据，配置数据包括均充电压、浮充电压、测试电压、均充周期、电池容量、均充时间、测试时间、均充维持时间等；然后进入运行模式。在运行模式下，系统进行数据采集，数据包括模拟量和数字量，在完成数据的甩点和平滑处理后，把这些数据同步到数字微调模块。

[0045] 其次，数字微调模块根据同步过来的采集电压比较相应的配置电压进行数字微调，包括两个过程，一个过程是当前电压和配置电压比较，如果低于配置电压，对当前的电压或者电流进行高调(粗调&微调)，否则，进行低调(微调&粗调)，如果调整到位，调整的当前电压同步到充放电控制模块；这时，进行另一个过程，充放电控制模块根据同步的过来的当前电压，把当前电压和PWM(Pulse Width Modulation脉冲宽度调制)脉宽电压进行比较，如果当前电压高于脉宽电压，进行低微调，调整范围为一个bit表示的电压值，否则，进行高微调，调整到一定的范围限度后，根据测试过程中PWM脉宽和当前电压的线性关系计算最新调整电压值，把最新调整电压值写入PWM脉宽寄存器中。采集电压对应当前的充电模式，即如果充电模式为均充(浮充/测试)，则当前电压与均充(浮充/测试)配置电压比较，当前采集电压也为均充(浮充/测试)电压，调整过程使调整的电压结果不断接近相应充放电模式的配置电压，而PWM的输出作为下次数据采集的输入，完成一个闭环，不断循环的闭环控制的过程完成充放电相应模式的配置电压和当前充放电电压的不断逼近，以此达到对电池充放电模式的控制。

[0046] 在充电周期中，电池维持的状态是浮充，在此过程中，将电池的充电电压控制在浮充配置电压上，当由于电池过放、停电、测试等原因造成的充电电压过低、电池电容过低，或者均充周期到，控制切换到均充流程。在进入均充流程中，根据前述闭环控制的设计进行电压和电流的高微调过程，根据均充配置电压调整充电电压，当电压调整到位，即满足充电电流低于0.15C，电池充满，或者电池电压达到均充配置电压，进入均充维持控制流程，当均充时间到或者均充维持时间到，再次切换到浮充流程和控制，并根据浮充配置电压调整浮充当前电压；在均充过程中，为避免过放电，基于电池维护的设计，不允许切换到测试或者容量预计的状态。

[0047] 在均充切换到浮充流程后，电流和电压进行低微调过程，直到PWM的控制电压满足浮充配置电压；在浮充过程中，如果接到后台的测试申请，或者满足自动测试的条件，即电池长期处于充电状态导致电池的活性降低，控制切换到测试流程，在均充周期内需要一次测试控制。

[0048] 在测试流程中，根据性能手册的设计和后台配置的测试电压配置数据，电池的电压和电流进入低微调过程，同时进行测试时间的统计，如果当前电压调整到测试配置电压，则测试完成；测试完成后，测试电压时统计的时间反应电池的性能，此时进入控制模式的切换，由当前的电压或者电流与测试配置电压比较判断是否进入到过深度测试，如果发现进行过深度测试，即当前电压不大于测试配置电压3V，则切换到均充流程，根据均充配置电压调整当前电压，否则切换到浮充流程。

[0049] 如果控制系统收到用户的进入容量预计的申请，或者达到自动容量预计的要求，即切换到容量预计流程。在容量预计的过程中，进行小容量放电，电压和电流进入低微调过程，并根据当前的电流和电压由标准电压表得到当前容量和容量百分比，并统计过程时间，在容量预计的过程中统计的时间可以判断当前电池的性能，以确定维护状态。具体过程为：计算系统总的电池容量，获得0.05C下放电到当前时刻的理论放电容量，根据最终电池额定容量和百分比确定容量预计的结果，当测试电池的容量为总容量的75％或者放电电流不大于4A，表示容量预计流程完成。容量预计完成后，由当前电压与标准电压表比较判断是否进入深度容量预计，如果为过深度容量预计，即容量不大于0.7C，切换到均充控制，否则，切换到浮充。

[0050] 2、下电控制单元设计

[0051] 如图5所示，在控制系统动态控制流程中，当系统发现连续一定的时间，电压和电流稳定满足停电的条件，则确认系统停电，进入放电流程，进行电池供电；当电池处于过放状态，则进入下电预处理流程，保证下电条件在一定过程中没有任何毛刺出现，把下电数据同步到控制模块，断开负载，进行下电控制，进行电池保护；当满足上电条件，即来电且存在有效回差电压，进入上电流程，在数据平滑处理后，连接负载，进行上电控制，进行正常供电和电池维护阶段，在此阶段，需要根据充电电压和充电电流判断进入均充或者浮充流程，在电压或者电流低于一定的阀值时，进入均充控制，否则，进入浮充控制。

[0052] 详细过程如下：在下电流程的控制中，首先在数据采集模块中对交流电压和交流标志进行平滑处理，并同步到数字微调模块中，在进行10～20次的同步后，如果持续保持交流电压不大于85V，则进行全程交流异常的告警，同时如果持续保持交流标志异常，则认为交流电异常(交流电压和异常交流标志的持续保持稳定值，确保不出现毛刺)，此时，电池对负载供电，进入放电处理，放电时，电流的流向和系统结构如图6A所示，在放电流程中，放电电压不断减小，当持续10次～20次放电电压不大于断电配置电压时，置下电标志有效，否则清除下电累积计数，流程重新回到数据采集；有效的下电标志同步到充放电控制模块，把下电数据写入寄存器进行下电，断开负载，系统处于监控负载电压的状态；如果在负载下电后，连续获得10次～20次的负载电压大于断电电压有1V的回差电压，同时，交流电压稳定大于85V，交流标志稳定正常，说明交流来电，此时置下电恢复标志有效，并把下电恢复标志同步到充放电控制模块，否则，清除下电恢复标志，流程重新回到数据采集；有效的下电恢复标志同步到充放电控制模块，把下电恢复数据写入寄存器进行下电恢复，连接负载，系统进入数字微调模块，根据连接负载时的充电电压判断充电模式，并进入相应的充电控制，在电压或者电流低于一定的阀值时，进入均充控制，否则，进入浮充控制。

[0053] 3、时间管理单元设计

[0054] 设计一种定时器队列，把定时控制的任务列入定时器队列，定时控制的任务由定时器中断的Tick(1个Tick为10ms)累积数进行周期触发，根据定时器任务的触发周期和电池的充放电模式分别针对均充、浮充、测试、均充维持、容量预计等设计时间定时器，周期设置为1分钟，在某个充放电模式运行时，启动对应模式的时间定时器，即增加1分钟，在对应的充电模式结束时，对定时器进行清0。

[0055] 如图7所示，充放电时间管理具体为：系统上电后，对均充时间、均充维持时间、测试时间、容量预计时间清0；当系统控制切换到浮充时，对浮充时间累积，其余时间清0，当浮充时间达到均充周期时，控制转为均充；当控制切换为均充，均充时间累加，其余时间清0，当均充时间到，控制切换到浮充，或者充电电流很小、电池电容满，切换到均充维持，均充维持时间累积，其余时间清0，当均充维持时间到，切换到浮充。如果切换到测试，则累积测试时间，其余时间清0，当测试时间到(由用户提出，以不影响电池性能为宜)，系统根据条件切换到浮充或者均充；如果切换到容量预计，容量预计时间累积，其余时间清0，当容量预计时间到(由用户提出，以不影响电池性能为宜)，根据条件切换到浮充或均充。同时，对时间轴的累积最终是在定时器中断的Tick下进行的，为避免累积导致时间轴溢出，在Tick累积达到均充周期时，对时间轴清0。

[0056] (二)数字微调控制模块设计

[0057] 1、电压和电流微调单元设计

[0058] 以电池充电电流比率与电池容量的乘积作为电流限流值，以当前的电流与电流限流值进行比较，根据比较结果调节电压，稳定调整结果将通过PWM调整后输出，保证电压与容量匹配。微调的过程需要受控数据的稳定，对于电压和电流的微调过程分为粗调和精调，比较的基准为电流和电压的限流值。

[0059] 2、容量控制单元设计

[0060] 电池动态容量的计算是通过电池电流对时间的积分实时计算的，它反映了电池充入或者放出容量的多少。获取一组完好的标准电池在0.05C放电电压曲线后，对电池进行小电流放电，动态比较一次放电端电压值以及放出的容量，根据当前的容量数据进行充电电压的调整，容量低时，进行电压高粗调或微调，否则，进行低粗调或者微调，在调整过程中，要确保数据的稳定性，同时保证容量控制和电压电流微调的同步和互斥。

[0061] 3、软开关PWM微调单元设计

[0062] 用于PWM脉宽调整，PWM输出信号用于整流器输出电压的调节，通过PWM信号的占空比来调节整流器的输出，而占空比的变化是通过改变PWM控制器的值来实现的。调整的过程是比较当前电压和电压微调结果，电压低时，根据占空比和电压的关系公式降低脉宽，否则，提高脉宽，关系公式是根据定标过程中获得的线形经验公式给出的。

[0063] 关系公式的定标使用如下方法：在PWM脉宽寄存器中写入占空数据(注意，有的脉宽寄存器使用1作为有效占空，有的则使用0作为有效占空，两者互补)，同时在直流输出端接上电压测量器。先测最小和最大电压对应的有效占空，当电压超出这个范围时，占空数据溢出；然后在这个范围内测试1、0对占空和电压的对应数据，拟合线性公式。

[0064] (三)抗干扰模块设计

[0065] 1、数字调零和电压校验单元设计

[0066] 在控制系统中，控制源数据的稳定是控制流程正常运行的保证；但是由于电源系统的硬件设计极为紧凑，存在较大的辐射干扰。为保证控制源的稳定，需要利用测试模式，在测试模式中进行标准源的校准，标定处理后的标准数据源置于EEPROM标准校验数据区，由标准校验数据和标准电压源换算出标准转换因子，在进入运行模式后由实际采集数据和标准因子计算模拟数据。这部分的设计展望是自动校验，达到国际领先水平。

[0067] 2、断电保护单元设计

[0068] 交流异常时，进行全程交流异常告警，为使后台在接到交流告警进行有效处理保护现场数据，进行延时保护。交流断电时，对于负载下电采用分级控制，即对负载电压和配置断电电压的差值进行分级，进行对应的处理，当负载电压不大于配置断电电压，进行负载断电，并延时保护。

[0069] 3、温度补偿单元设计

[0070] 电池电压会因温度发生变化，为避免运行温度与标准温度的差距对电池充放电电压和对电压微调过程的影响，对电压进行温度补偿，首先获得在标准温度下的充放电电压，对高于标准温度获得的电压进行温度低补偿，低于标准温度获得的电压进行温度高补偿。

[0071] 4、时间补偿单元设计

[0072] 在每个均充周期中，针对处理时间和实际时间的差距，使用处理器指令步补偿和处理周期处理补偿。

[0073] 5、模块互斥单元

[0074] 使用中断互斥和信号量互斥。如PWM调整模块和电压微调模块的同步和互斥，需要同步和互斥信号量。

[0075] (四)数据管理模块设计

[0076] 1、配置管理单元设计

[0077] 为了避免对EEPROM的多次改写导致对EEPROM的损害，配置管理使用的是存储块分块管理，配置分为主区和备区。EEPROM大小为8KBYTE，主区为512BYTE，备区为512BYTE，如图8所示。配置申请，在系统上电或者运行中，如果配置的校验结果正确，进行EEPROM配置主区、配置备区和SRAM的配置更新，否则，使用缺省配置，设置缺省配置的标志，如果系统使用缺省配置，要使系统保持周期申请配置，直到申请的配置正确。同时在运行模式中，配置需要进行周期校验，校验使用“3取2”的仲裁方式，在存储配置的3个区，即EEPROM主区、EEPROM备区、SRAM区，如果有两个区的数据一致，如主区和SRAM，则使用这两个区的数据更新第三个区，如备区，如果三个区的配置都不一致，则配置错误，需要向后台重新发起配置申请，只有3个区的配置一致，配置校验结果才正确。如果后台发起更新，需要对配置厂家进行检查，如果更新厂家和原始厂家一致，则不更新。

[0078] 2、数据保护单元设计

[0079] EEPROM的前1K空间用于配置数据，剩下7K用于电池运行数据的动态保护，确保在系统出现异常故障时，可以进行现场保护，如拔插或者断电，在系统上电或运行时恢复正常控制流程。为避免EEPROM的多次改写，电池运行数据需要进行分区读写。把7K内存分为112个区，每个区为64BYTE，参见图8，(电池运行数据为均充电压、浮充电压、均充时间、均充维持时间、电池容量、均充周期等，数据量为47BYTE)，使用特殊标志表示每块存储区是否使用过，如果没有使用，置当前块“写”有效，利用写指针在当前存储块保存动态运行数据，否则，指向下一存储块，并把上一存储块的“写”标志清为无效，如果写指针为满指针112，则写指针清为1；读数据时，利用指针扫描所有存储块，直到扫描到“写”有效的存储块，恢复此存储块的电池运行数据到SRAM。

[0080] 3、数据采集和处理单元设计

[0081] 采集模块和处理模块进行互斥处理，对高速采集的一组数据进行二次滤波。模拟量的一次滤波使用最大最小值或者冒泡法，二次滤波使用一次处理结果的二次平滑结果；数字量利用滑窗进行一次等值滤波和二次等值滤波。

[0082] 4、数据同步单元设计

[0083] 采集数据同步包括电池管理产生的数据同步到电池控制接口和采样数据同步到电池管理接口；配置数据同步包括配置设置同步和配置更新同步；利用前后的转换系数实现前后台数据同步。

[0084] 系统上电后，工作流程如图9所示：

[0085] (1)系统初始化。在初始化过程中，如果是测试模式，完成系统数字调零和电压校验，保护标准数据；如果是运行模式，进入内核操作系统的实时调度。校验的过程具体为在系统上电后，首先手动控制测试寄存器，进入测试模式，在此模式下，把标准源电压作为系统的直流电源输入写入PWM控制字，系统运行时采集标准源电压，连续采集10次，把采集对应的电压标准频率计数进行平滑处理，根据标准源电压和电压标准频率的线性关系，获得斜率即标准转换因子，转换因子存入EEPROM。重新拔插单板上电，手动控制测试寄存器，进入运行模式，采集直流输入电压的频率计数，读出EEPROM的转换因子，两者的乘积即获得当前直流电压。

[0086] (2)数据的采集和处理调度，调度周期100ms。分别启动和进行模拟量采集、数字量数据采集，数据采集使用一个100ms定时器队列进行调度。每进入一次模拟量采集，获得一组数据，当获得6组数据时，使用去掉最大最小值并取均值的算法进行数据的平滑处理后输出，然后把上次输出数据和本次输出数据再作二次平滑处理；每进入一次数字量采集，利用滑窗获得3个相同的数据作为一个稳定采集点，共进入6次采集获得6组数据，如果6组数据有连续4组以上相同则输出，其余作为毛刺甩掉；并且使用信号量保护数据采集模块和数据处理模块，独立处理数据采集和数据处理，避免冲突导致的数据错误。然后进行电池熔丝校验，判断整流器是否在正常供电。处理后的数据要同步到数字微调模块。

[0087] (3)时间管理，调度周期1分钟。对容量校验的结果进行判断，电池的配置容量保存再EEPROM中，为了确保系统的稳定性，需要定期对电池容量进行检查，如果错误，进行更新，以保证保护数据和配置数据一致。把定时控制的任务列入定时器队列，利用定时器中断的Tick计数修改队列对应任务的触发周期，分别针对均充、浮充、测试、均充维持、容量预计设计时间定时器，在某个充放电模式运行时，开启对应模式的时间定时器，并进行维护，以均充周期作为最大的累加界限，避免时间溢出，导致充放电的管理出现错误；对电池运行数据进行动态保护，如电压和电流状态、充放电状态和时间、数字量开关状态等存入EEPROM中，以保证在断电恢复时获得最近的电池运行状态。

[0088] (4)数据校验，周期10分钟。进行系统配置参数的动态校验，保证配置参数的正确性；校验使用“3取2”的仲权方式，即把配置数据分别保存EEPROM的配置主区、EEPROM的配置备区，SRAM区，使用等值校验判断如果有两个区的数据一致，则使用这两个区的配置数据更新第三个区的数据，如果3个区的配置都不一样，则在单板上没有正确配置，需要向后台申请配置，设置申请配置标志。如果申请配置正确，清除申请配置标志，如果发现后台对电池的配置或者配置更新错误、或者配置的动态校验错误时，使用缺省配置，并保留申请配置标志，重新发起申请配置。

[0089] (5)电池的控制和管理，周期5s。当电池管理满1天，调整均充辅助周期；对浮充电压和均充电压进行温度补偿，在电池工作正常的情况下，进行下电判断(参见下电控制)，保护稳定的下电和下电恢复标志，确保在数据同步到充放电控制模块后，对系统进行下电和下电恢复控制；通过对电流在时间上进行积分，计算电池的动态容量，积分单位为1分钟；利用交流电压和交流标志判断当前的市电状态，如果交流电压不小于85V，而且交流标志正常，则市电正常，进入充电流程，根据配置电压或者后台的请求，进行电池的浮充、均充、测试、容量预计的过程控制及其过程控制的切换(参见本文充放电模式的控制)，如果市电异常，进入放电流程的处理(参见本文下电控制)，且对电池的动态运行数据进行保护，注意同时控制全程进行断电保护，分别对交流断电和负载断电进行处理。然后，把数字微调模块的数据同步到控制接口，控制系统下电和下电恢复，在这些控制过程中，整流器电压利用数字微调设计进行调节。

[0090] 综上所述，本发明实现了成本降低、模块集成、易扩展、实用性强、全集成自动化程度高的基于微控制器的通信电源管理控制系统，并提供一种以嵌入式软件设计技术为基础、以电源管理控制设计为核心的对移动通信系统的电源进行管理和控制的软件系统，加强了产品的实用性，适应了通信电源技术发展趋势，实现了全数字化控制和抗干扰设计，以及闭环控制。