山体滑坡监测仪的电源设计

　　1概述

　　山体滑坡监测仪是一种新型的便携式地质监测仪器，它通过 GPS(全球定位系统)、GSM 网络(无线通信)等技术能及时、准确地监测山体的滑动情况。

　　图 1 是由n台监测仪器构成的网络式的山体滑坡监测报警系统。n 台监测仪器在监测中心的控制下采集 GPS 观测数据，并将观测数据发送给监测中心。监测中心将多个监测仪器的 GPS 同步观测数据经过静态差分解算，得出各仪器监测点的相对位置，通过相对位置的变化可判断各个监测点的滑动情况。其中每台监测仪器的电源设计是保证系统正常、稳定工作的基本要求。由于监测仪器大多工作在没有市电的野外现场，并且需要 24h不间断、全天候地连续工作，因此如何保证系统长时间稳定的电源供应是一个极为关键的问题。本文经过分析论证，选择了太阳能电池加铅酸蓄电池的供电方案。

　　2 仪器构成及各模块对电源的要求

　　山体滑坡监测仪由5个模块构成：GPS模块、崩塌传感器模块、主控模块、无线通信模块及电源模块。

　　各模块部分对电源的电压和电流均有不同的要求，GPS 接收模块 5V/180mA(包括有源天线)，主控模块3.3V/15mA，崩塌传感器 5V/6mA，手机模块 4.1V/400mA(传输时)，5mA(守候时)，其中崩塌传感器与主控模块光电隔离，为防止雷击，必须为崩塌传感器提供隔离电源。本文采用SR5S5/100 隔离DC/DC模块，总功耗每天约为 5W(非隔离部分 3.88W，隔离部分 1.08W)。

　　3 仪器电源电路设计

　　3.1 电源模块部分总原理图

　　山体滑坡监测仪的电源模块原理图如图 2 所示。太阳能电池板与蓄电池联合通过 DC/DC 模块给系统各模块提供满足要求的各种电压和电流。阳光充足且太阳能电池板输出满足系统要求时，太阳能电池板为终端供电并对蓄电池充电;阳光强度不够时则由蓄电池为系统终端供电。

　　3.2 蓄电池充电管理电路

　　本系统中，充电电路始终与铅酸蓄电池相连接，可以随时对蓄电池充电。UC3906 和一些附属元件构成了“双电平浮充充电电路”。UC3906 集成块是密封式铅酸蓄电池的充电控制集成电路。它具有该种电池充电所需的全部控制和检测功能，可以在各种环境温度下，保证电池充足电，并能保证电池寿命不受影响。其电路如图 3 所示。

　　密封铅酸蓄电池所要求的充电曲线如图 4 所示，有 3 种充电状态：大电流恒流充电状态(状态 1)、高电压恒压过充电状态(状态 2)及低电压恒压浮充状态(状态 3)。

　　充电首先从状态 1 大电流恒流充电状态开始，充电器输出恒定的充电电流 Imax，同时充电器监视蓄电池两端电压。当电池电压达到转换电压 Vzh时，电池的电量已恢复到放出容量的 70%~90%，这时充电器转入状态 2 高电压恒压过充电状态。此状态下充电器输出电压达到 VOC，此时由于充电器输出电压不变，所以充电电流会连续下降，当下降到 Ioct时，电池容量已达到其额定容量的 99%左右，充电器输出电压下降到较低的浮充电压 Vf。