[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

一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊及其通信方法，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。本發明解決定位通信模塊的長期供電問題，同時采用衛星定位與公網定位一體化設計，并通過北斗短報文實施監控通信，實現對地面設備定位監控能力的最大化。

技術領域

本發明涉及一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊及其通信方法，屬于電氣電子設計領域。

背景技術

為了實現地面車輛、海上設備、無人機以及軍貿產品的實時監控，需要對使用中的產品設備進行實時定位通信，并為定位通信模塊提供電源供電。目前，各個領域的電氣設備都以小型化、集成化為設計思路，在通用設備或已經成型的電氣產品中加入新的定位通信功能就需要較大的更改，在設計與研制上成本均比較高，代價較大。

為了便于設備集成，整個定位通訊模塊需要進行小型化、模塊化設計，且具有長使用壽命。目前，國內外對于定位通訊模塊的電能補給均是基于固態電池來實現，該實現方法不能保證定位通訊模塊的長期持續性供電，在電池電量耗盡后需要更換電池或充電，不利于提高小型化設備的便捷使用性。同時，目前的資料文獻中僅存在基于北斗的定位模塊或基于公網的定位模塊，缺乏根據指令響應實現信息定向回傳的功能，不能滿足后臺的特殊監視需求，且未將基于北斗和基于公網的定位模塊進行集成一體化設計，在關鍵產品上或通信方式不能保證的區域使用時，模塊通信可靠性方面還需要進一步提升。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：本發明提出了一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊及其通信方法，通過不斷收集環境能量轉化為電能存儲或使用，解決定位通信模塊的長期供電問題，同時采用衛星定位與公網定位一體化設計，并通過北斗短報文實施監控通信，實現對地面設備定位監控能力的最大化。

本發明所采用的技術方案是：一種基于微弱能量收集的可移植定位模塊，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。

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。

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。

所述振動能量器采用共質量塊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。

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。