[發明專利]一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊及其通信方法

有效

• 申請號: 201811279380.1
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109257697B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 王健康;曾貴明;劉飛;李海偉;古月;張聲艷;梁君;歐連軍;劉文文;榮剛;羅臻
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W64/00;H04B7/185;H02N11/00;H02N2/18;H02J7/35;H02J7/32;G01S19/42
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

1.一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊，其特征在于：包括供電子系統、定位通信子系統；供電子系統收集環境能量，并轉化為電能，將轉化后的電能傳輸至定位通信子系統，為定位通信子系統提供電源輸入；所述環境能量包括振動、溫差、光能；定位通信子系統通過建立與北斗衛星或移動公網的信息鏈路，將信息傳遞至北斗衛星或公網基站，再通過北斗衛星或公網基站將信息傳輸至地面監控站，實現可移植定位模塊實時定位功能；同時定位通信子系統接收地面監控站發送的控制指令。

2.根據權利要求1所述的一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊，其特征在于：所述定位通信子系統接收地面監控站發送的控制指令時，由地面監控站采用北斗短報文的方式將控制指令發送至北斗衛星，再由北斗衛星廣播至定位通信子系統，在衛星信號弱的環境下，地面監控站采用移動公網通信的方式將控制指令發送至公網基站，再由移動公網基站傳輸至定位通信子系統。

3.根據權利要求1所述的一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊，其特征在于：所述供電子系統包括振動能量收集器、熱能收集器、光能收集器、電池、能量管理電路；振動能量收集器、熱能收集器、光能收集器收集能量并傳輸至能量管理電路的輸入端，在能量管理電路中進行整流、電能存儲與釋放，為定位通信子系統的工作提供電能；能量管理電路的輸出端與電池直接連接，在產生電能大于定位通信子系統消耗電能情況下，能量管理電路通過充電模式將多余電能存儲在電池中，反之在產生電能小于定位通信子系統消耗電能情況下，能量管理電路通過放電模式將電池中的電能用于供電輸出。

4.根據權利要求3所述的一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊，其特征在于：所述振動能量收集器采用共質量塊MEMS壓電懸臂梁陣列結構，該結構由8個相同的壓電懸臂梁單元和一個硅質量塊組成，8個相同的壓電懸臂梁單元分為兩排，每排4個安裝在硅質量塊上，兩兩壓電懸臂梁之間電絕緣。

5.根據權利要求3所述的一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊，其特征在于：所述熱能收集器由基板、導流層、熱電偶以及焊接層四部分組成，采用陶瓷為基板材料，采用銅片作為導流層，采用不含鉛成分的Sn-Sb合金作為焊接層，分別選用Skutterudite基材料與BiTe基材料作為熱電偶的熱段材料和冷段材料。

6.根據權利要求3所述的一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊，其特征在于：所述光能收集器采用全固態染料敏化太陽電池片實現能量轉換，導電基板上依次沉積致密TiO₂層和介孔納米晶TiO₂層作為光陽極，在此之上吸附固態染料分子后填充固態電解質，在固態電解質上以熱蒸鍍的方法沉積一層貴金屬電極，形成光陽極和對電極集成在單一導電基板材料上的結構。

7.根據權利要求3所述的一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊，其特征在于：所述能量管理電路由整流電路、阻抗匹配電路、儲能電路、能量瞬時釋放電路和穩壓電路組成；整流電路的輸出端與阻抗匹配電路相連，阻抗匹配電路的輸出端與儲能電路相連，儲能電路的輸出端與能量瞬時釋放電路以及電池相連，能量瞬時釋放電路的輸出端與穩壓電路相連，穩壓電路輸出電能供負載使用。

8.根據權利要求7所述的一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊，其特征在于：所述能量瞬時釋放電路及穩壓電路設置遲滯比較器的上門限電壓V_THR、下門限電壓V_THF，隨著放電的進行，儲能電路輸出的電壓逐漸下降，當降到低于門限電壓V_THF時，遲滯比較器輸出低電平，關閉開關NMOS₁和PMOS₁，儲能電路與后續電路斷開連接而停止放電。