野生動物微型遠程追蹤器的制造方法
【專利摘要】一種野生動物微型遠程追蹤器，由太陽能電池、改進型MPPT控制電路、鋰電池、能效管理模塊、通信模塊、微處理器、衛(wèi)星定位模塊、高可靠性數(shù)據(jù)管理模塊、系統(tǒng)永不失效監(jiān)控模塊、星歷數(shù)據(jù)熱備份模塊組成，太陽能電池通過改進型MPPT控制電路給鋰電池充電，同時微處理器通過能效管理模塊對鋰電池進行進一步的能效管理；系統(tǒng)永不失效監(jiān)控模塊防止系統(tǒng)死機，高可靠性數(shù)據(jù)管理模塊保存系統(tǒng)重要的參數(shù)設置數(shù)據(jù)，微處理器通過RS232接口和衛(wèi)星定位模塊通信。本實用新型防水、體積小、重量輕、超低功耗，可在高海拔、高低溫環(huán)境下長期工作，可廣泛應用于野生動物的追蹤和定位。
【專利說明】野生動物微型遠程追蹤器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及現(xiàn)代電子通信和物聯(lián)網(wǎng)【技術領域】，特別是涉及一種利用移動通信技術和衛(wèi)星定位技術的野生動物微型遠程追蹤器。
【背景技術】
[0002]目前，市場上比較普遍的GPS追蹤定位器有兩大類。一類是車載設備上的GPS導航儀，這種設備將GPS技術與地圖結合，為使用者提供實時路況的導航，它無法將具體的位置信息發(fā)送至遠程服務器；另一類是專門針對老人、小孩和寵物的GPS定位器，當終端請求者需要獲取這類設備的位置信息時，通過加密短信或者撥打設備上的電話的方式獲取實時位置信息，設備將以短信的方式將位置信息發(fā)送給請求者。這類定位器一般都需要使用者定時給設備充電，而且體積大較為笨重，而且無法和遠程的服務器終端軟件系統(tǒng)連接，功能單一。

【發(fā)明內容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供了一種野生動物微型遠程追蹤器，它不僅能定時發(fā)送實時位置信息至指定手機終端或遠程服務器，同時遠程服務器能主動查詢設備實時信息及歷史軌跡。具有防水、體積小、重量輕、超低功耗、終生能量自持的特點，并且可在高海拔、高低溫環(huán)境下長期工作；這些優(yōu)勢方便本實用新型廣泛應用于野生動物的追蹤與定位，本實用新型還可與服務器軟件系統(tǒng)連接，方便管理者做進一步的數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計。
[0004]本實用新型采用的技術方案是:
[0005]一種野生動物微型遠程追蹤器，由太陽能電池、改進型MPPT控制電路、鋰電池、能效管理模塊、通信模塊、微處理器、衛(wèi)星定位模塊、高可靠性數(shù)據(jù)管理模塊、系統(tǒng)永不失效監(jiān)控模塊、星歷數(shù)據(jù)熱備份模塊組成，太陽能電池通過改進型MPPT控制電路連接鋰電池，微處理器連接控制改進型MPPT控制電路和能效管理模塊，能效管理模塊連接控制鋰電池，微處理器與衛(wèi)星定位模塊和通信模快雙向連接通信，微處理器輸出數(shù)據(jù)信息連接高可靠性數(shù)據(jù)管理模塊和系統(tǒng)永不失效監(jiān)控模塊，星歷數(shù)據(jù)熱備份模塊輸出連接衛(wèi)星定位模塊，鋰電池為上述模塊及電路供電。
[0006]本實用新型利用GPS衛(wèi)星追蹤和GSM無線通訊，利用TI公司的高性能單片機作為系統(tǒng)的控制器，該控制器通過RS232接口讀取衛(wèi)星模塊的信息，利用通信模塊以短消息的形式將信息發(fā)送至請求者或遠程服務器。
[0007]本實用新型的微處理器采用TI公司物聯(lián)網(wǎng)專用型超低功耗單片機，本實用新型專利中采用的單片機具體型號是MSP430F2419，該微處理器在工作模式下電流只有300uA，待機模式下電流32uA;2、利用太陽能給追蹤器充電，在白天陽光充足時，太陽能電池通過控制電路給微處理器鋰電池充電，系統(tǒng)設計有太陽能智能充電管理系統(tǒng)，防止鋰電池過充過放；3、采用定時器定時喚醒微處理器，其他時間微處理器和外設處于關機或待機狀態(tài)，大大降低了系統(tǒng)功耗，同時每天在固定的時間復位系統(tǒng)，防止系統(tǒng)死機，保證了系統(tǒng)的可靠性；4、系統(tǒng)設計高效的功耗管理模塊，只有定時發(fā)送時間到或者收到主動請求命令時，系統(tǒng)才開啟GPS搜索衛(wèi)星，定位成功后系統(tǒng)自動關閉GPS和GSM ;5、可遠程開關機，服務器發(fā)送加密的短信指令可遠程對設備進行開關機管理；6、低電壓自動報警和待機，在系統(tǒng)電池電壓低于設定的閥值時，系統(tǒng)自動關閉GPS和GSM，待電池電壓高于設定的閥值時，系統(tǒng)自動按照用戶要求開啟GPS和GSM。
[0008]與應用已有技術設計的追蹤器相比，本實用新型采用太陽能電池發(fā)電、改進型MPPT控制電路、能效管理模塊、星歷數(shù)據(jù)熱備份模塊、高可靠性數(shù)據(jù)管理模塊、系統(tǒng)永不失效監(jiān)控模塊。本實用新型具有防水、體積小、重量輕、超低功耗、終生能量自持、高可靠性的特點。本實用新型可在高海拔、高低溫環(huán)境下長期工作。本實用新型可廣泛應用于野生動物的追蹤和定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是系統(tǒng)連接框圖；
[0010]圖2是微處理器電路圖；
[0011]圖3是GPS、GSM 一體化模塊電路圖；
[0012]圖4是EEPROM電路圖；
[0013]圖5是看門狗及手動復位電路圖；
[0014]圖6是充放電管理電路圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本實用新型進一步說明。
[0016]圖1為本實用新型系統(tǒng)連接框圖，太陽能電池通過改進型MPPT控制電路給鋰電池充電，同時微處理器通過能效管理模塊對鋰電池進行進一步的能效管理。系統(tǒng)永不失效監(jiān)控模塊防止系統(tǒng)死機，保證軟件系統(tǒng)穩(wěn)定運行。高可靠性數(shù)據(jù)管理模塊保存系統(tǒng)重要的參數(shù)設置數(shù)據(jù)，比如當用戶需要通過短信密碼更改接收實時位置信息的手機號碼時，系統(tǒng)將更改后的號碼存入掉電保存區(qū)，當系統(tǒng)斷電再次上電時保證數(shù)據(jù)不會丟失。微處理器通過RS232接口和衛(wèi)星定位模塊通信，以AT命令的方式控制通信模塊。
[0017]圖2為微處理器電路圖，本實用新型以MSP430F2419單片機為核心控制部件，衛(wèi)星定位和通信模塊通過串口和單片機連接，本實用新型中單片機的32腳通過一個100歐姆的限流電阻跟衛(wèi)星定位模塊的RXDO連接，33腳通過一個100歐姆的限流電阻跟模塊的TXD連接，34腳通過一個100歐姆的限流電阻跟GSM模塊的RXD連接，35腳通過一個100歐姆的限流電阻跟GSM模塊的TXD連接，這樣通過軟件就能控制模塊獲取實時位置信息和發(fā)送接收短信了。12、13腳分別為控制GSM模塊復位和開關機的IO 口。12引腳的一個低電平使模塊復位，13引腳在模塊開機狀態(tài)下出現(xiàn)一個1-5秒的正跳變或負跳變脈沖，會關閉GSM模塊，在關機狀態(tài)下出現(xiàn)一個1-5秒的正跳變或負跳變脈沖，會啟動模塊。通過這兩個IO 口就能對模塊進行低功耗的控制。通過控制14、15引腳即可以對GSM和衛(wèi)星定位模塊進行硬件電源的開啟控制。電路圖中單片機的第3腳WDI為看門狗芯片的喂狗信號，當單片機軟件出現(xiàn)程序“跑飛”或者死機的情況，不能及時“喂狗”時，“看門狗”芯片會產生一個低電平使單片機復位。電路中單片機的第2腳VAD為電池電壓的采集端口，通過單片機內置的12位AD，單片機將系統(tǒng)電池電壓采集后和實時位置信息一起發(fā)送給請求者或者服務器，便于管理者實時了解系統(tǒng)工作電壓。
[0018]圖3為GPS、GSM模塊電路，本實用新型中GSM模塊采用的是ublox公司高度集成的GSM模塊，簡化了硬件電路。本GSM電路圖中模塊的32、33、34、35引腳連接的是SM座，15腳為串口數(shù)據(jù)接收引腳RXD0，16腳為串口數(shù)據(jù)的發(fā)送引腳TXD0，單片機通過這兩個引腳便能控制模塊。47引腳為GSM天線的接口，19引腳為單片機控制模塊開關機用，22腳為模塊復位引腳，50引腳直接鋰電池，給模塊供電。
[0019]GPS為衛(wèi)星定位模塊電路，本實用新型中衛(wèi)星定位模塊GPS采用的是ublox公司MAX-6Q模塊，本電路中模塊的2、3引腳接單片機的GPS_TXD和GPS_RXD，通過單片機的串口即可獲取模塊的位置信息，6腳為備用電源引腳，接鋰電池，備用電源的設計能保證GPS定位的信息不丟失，在下次定位時能快速的定位，減少了定位的時間、降低了系統(tǒng)的功耗。8腳為衛(wèi)星定位模塊電源引腳，鋰電池通過穩(wěn)壓芯片后提供2.5V的電源給衛(wèi)星定位模塊供電。14腳為有源天線接口引腳。
[0020]圖4為EEPROM電路，這部分電路主要是做數(shù)據(jù)的掉電保存用。AT24C256C是32K字節(jié)EEPROM芯片，它主要作用是在系統(tǒng)掉電時能保存重要的用戶數(shù)據(jù)不會丟失。它與單片機的連接電路也非常簡單，該電路的5腳SDA為數(shù)據(jù)引腳，6腳SCL為時鐘引腳。
[0021]圖5為看門狗電路，本電路中I腳RST連接至單片機的復位引腳RST，當芯片的3腳MR為低電平時即手動按下復位按鈕，RST產生復位信號，單片機被手動復位。4腳WDI為單片機的喂狗信號引腳，當在規(guī)定的時間內沒有喂狗信號時，單片機也會被復位。
[0022]圖6為充放電管理電路，輸入端連接太陽能板，輸出端接鋰電池。本設計可有效地保護鋰電池，防止電池過充、過放，從而延長電池的使用壽命。
[0023]本實用新型所述的改進型MPPT控制電路，其工作原理是:通過A/D轉換電路實時采集太陽能電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，各參數(shù)的測量精度達到1/1000。當太陽能電池輸出電壓高于0.3V，改進型MPPT控制電路可以正常工作。高效升壓轉換電路采用Boost變換結構，工作頻率高于1.5MHz。并輔以輸入、輸出電容，減少輸出紋波，另配備屏蔽儲能電感，進一步提高升壓轉換電路的轉換效率。在傳統(tǒng)的MPPT控制算法的基礎上加入溫度補償，編寫微處理器的軟件、設計相應的溫度自適應控制算法，該算法能根據(jù)系統(tǒng)采集的溫度按照溫度一效率曲線對輸出控制自動補償。改進型的MPPT控制電路比傳統(tǒng)的MPPT控制電路控制精度更高、跟蹤速度更快、自適應能力更強、轉換效率達98%以上。
[0024]本實用新型所述的星歷數(shù)據(jù)熱備份模塊，其工作原理是:采用獨立的后備電池，單獨給星歷數(shù)據(jù)存儲器供電，確保星歷數(shù)據(jù)實時更新并長期有效。該星歷數(shù)據(jù)可用于預判以后工作中可用的衛(wèi)星。
[0025]本實用新型所述的高可靠性數(shù)據(jù)管理模塊，其工作原理是:數(shù)據(jù)管理模塊主要作用是在系統(tǒng)掉電時能保存重要的用戶數(shù)據(jù)不會丟失。數(shù)據(jù)的存儲，本實用新型采用EEPROM芯片。數(shù)據(jù)的存儲采用“先存后讀”的方法，即先將數(shù)據(jù)寫入EEPROM中，從同一個地址將寫入的數(shù)據(jù)讀出并與寫入的數(shù)據(jù)比較，若讀取與寫入的數(shù)據(jù)一致，則本次存儲是有效的，否則更換存儲地址繼續(xù)本次數(shù)據(jù)存儲。對于數(shù)據(jù)的讀取，本實用新型采用“三舉二”冗余的方法，對于同一個數(shù)據(jù)，分三個不同的地址存儲，讀取時分別讀取三個地址的數(shù)據(jù)，至少兩個數(shù)據(jù)一致本次讀取操作有效，否則重復本次數(shù)據(jù)讀取操作。
[0026]本實用新型所述的系統(tǒng)永不失效監(jiān)控模塊，其工作原理是:該模塊由軟件“看門狗”、硬件“看門狗”電路和定時復位電路組成。軟件“看門狗”由微處理器在軟件系統(tǒng)設置“喂狗”周期，并且使能“看門狗”。在設定的周期內如無“喂狗”信號，微處理器在該芯片的RST引腳產生低電平復位脈沖，系統(tǒng)軟件復位。微處理器只需一個跳變脈沖即可以產生“喂狗”信號，當在規(guī)定的時間內微處理器沒有喂狗信號時，該芯片的復位引腳產生復位脈沖，該芯片復位脈沖與微處理器的復位信號并聯(lián)，故而觸發(fā)微處理器復位。定時復位是利用實時時鐘的定時觸發(fā)來實現(xiàn)，在實時時鐘與設定的定時時間匹配后定時輸出引腳輸出有效信號，該信號與微處理器的復位信號并聯(lián)，故而觸發(fā)微處理器復位。
【權利要求】
1.一種野生動物微型遠程追蹤器，其特征在于，由太陽能電池、改進型MPPT控制電路、鋰電池、能效管理模塊、通信模塊、微處理器、衛(wèi)星定位模塊、高可靠性數(shù)據(jù)管理模塊、系統(tǒng)永不失效監(jiān)控模塊、星歷數(shù)據(jù)熱備份模塊組成，太陽能電池通過改進型MPPT控制電路連接鋰電池，微處理器連接控制改進型MPPT控制電路和能效管理模塊，能效管理模塊連接控制鋰電池，微處理器與衛(wèi)星定位模塊和通信?？祀p向連接通信，微處理器輸出數(shù)據(jù)信息連接高可靠性數(shù)據(jù)管理模塊和系統(tǒng)永不失效監(jiān)控模塊，星歷數(shù)據(jù)熱備份模塊輸出連接衛(wèi)星定位模塊，鋰電池為上述模塊及電路供電。
【文檔編號】G01S19/14GK203595810SQ201320660818
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權日:2013年10月25日
【發(fā)明者】周立波, 周明輝, 趙運林 申請人:湖南環(huán)球信士科技有限公司