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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、衛星定位模塊、高可靠性數據管理模塊、系統永不失效監控模塊、星歷數據熱備份模塊組成，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；系統永不失效監控模塊防止系統死機，高可靠性數據管理模塊保存系統重要的參數設置數據，微處理器通過RS232接口和衛星定位模塊通信。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]本實用新型涉及現代電子通信和物聯網【技術領域】，特別是涉及一種利用移動通信技術和衛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連接，功能單一。

【發明內容】

[0003]為了克服上述現有技術的不足，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、高低溫環境下長期工作；這些優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連接，方便管理者做進一步的數據分析與統計。
[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、衛星定位模塊、高可靠性數據管理模塊、系統永不失效監控模塊、星歷數據熱備份模塊組成，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，微處理器與衛星定位模塊和通信模快雙向連接通信，微處理器輸出數據信息連接高可靠性數據管理模塊和系統永不失效監控模塊，星歷數據熱備份模塊輸出連接衛星定位模塊，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的控制器，該控制器通過RS232接口讀取衛星模塊的信息，利用通信模塊以短消息的形式將信息發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公司物聯網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，系統設計有太陽能智能充電管理系統，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，大大降低了系統功耗，同時每天在固定的時間復位系統，防止系統死機，保證了系統的可靠性；4、系統設計高效的功耗管理模塊，只有定時發送時間到或者收到主動請求命令時，系統才開啟GPS搜索衛星，定位成功后系統自動關閉GPS和GSM ;5、可遠程開關機，服務器發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，在系統電池電壓低于設定的閥值時，系統自動關閉GPS和GSM，待電池電壓高于設定的閥值時，系統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電、改進型MPPT控制電路、能效管理模塊、星歷數據熱備份模塊、高可靠性數據管理模塊、系統永不失效監控模塊。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。系統永不失效監控模塊防止系統死機，保證軟件系統穩定運行。高可靠性數據管理模塊保存系統重要的參數設置數據，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，系統將更改后的號碼存入掉電保存區，當系統斷電再次上電時保證數據不會丟失。微處理器通過RS232接口和衛星定位模塊通信，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下出現一個1-5秒的正跳變或負跳變脈沖，會關閉GSM模塊，在關機狀態下出現一個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，單片機將系統電池電壓采集后和實時位置信息一起發送給請求者或者服務器，便于管理者實時了解系統工作電壓。
[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腳為串口數據接收引腳RXD0，16腳為串口數據的發送引腳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為衛星定位模塊電路，本實用新型中衛星定位模塊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、降低了系統的功耗。8腳為衛星定位模塊電源引腳，鋰電池通過穩壓芯片后提供2.5V的電源給衛星定位模塊供電。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據的掉電保存用。AT24C256C是32K字節EEPROM芯片，它主要作用是在系統掉電時能保存重要的用戶數據不會丟失。它與單片機的連接電路也非常簡單，該電路的5腳SDA為數據引腳，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，各參數的測量精度達到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，該算法能根據系統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據熱備份模塊，其工作原理是:采用獨立的后備電池，單獨給星歷數據存儲器供電，確保星歷數據實時更新并長期有效。該星歷數據可用于預判以后工作中可用的衛星。
[0025]本實用新型所述的高可靠性數據管理模塊，其工作原理是:數據管理模塊主要作用是在系統掉電時能保存重要的用戶數據不會丟失。數據的存儲，本實用新型采用EEPROM芯片。數據的存儲采用“先存后讀”的方法，即先將數據寫入EEPROM中，從同一個地址將寫入的數據讀出并與寫入的數據比較，若讀取與寫入的數據一致，則本次存儲是有效的，否則更換存儲地址繼續本次數據存儲。對于數據的讀取，本實用新型采用“三舉二”冗余的方法，對于同一個數據，分三個不同的地址存儲，讀取時分別讀取三個地址的數據，至少兩個數據一致本次讀取操作有效，否則重復本次數據讀取操作。
[0026]本實用新型所述的系統永不失效監控模塊，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，故而觸發微處理器復位。定時復位是利用實時時鐘的定時觸發來實現，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，故而觸發微處理器復位。
【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、衛星定位模塊、高可靠性數據管理模塊、系統永不失效監控模塊、星歷數據熱備份模塊組成，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，微處理器與衛星定位模塊和通信模快雙向連接通信，微處理器輸出數據信息連接高可靠性數據管理模塊和系統永不失效監控模塊，星歷數據熱備份模塊輸出連接衛星定位模塊，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 優先權日:2013年10月25日
【發明者】周立波, 周明輝, 趙運林 申請人:湖南環球信士科技有限公司