本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微型化、低功耗、長(zhǎng)壽命資產(chǎn)追蹤終端。

背景技術(shù)：

目前，我國(guó)軍需物資多存放于野外，并采用傳統(tǒng)GPS傳感終端進(jìn)行定位。然而，傳統(tǒng)GPS傳感終端通常采用普通非充電電池供電，因此，一方面由于沒(méi)有持續(xù)能源供應(yīng)，往往容易導(dǎo)致物資管控中斷，為管理帶來(lái)不便；另一方面，當(dāng)需要長(zhǎng)時(shí)間(如3年)供電時(shí)，必須攜帶大容量電池，有時(shí)甚至需要幾公斤電池，導(dǎo)致終端體積較大，而且傳統(tǒng)GPS傳感終端的體積未經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，所以容易被敵對(duì)分子發(fā)現(xiàn)破壞。

國(guó)際上對(duì)資產(chǎn)追蹤設(shè)備的研究多集中于小體積和長(zhǎng)壽命方面，有多國(guó)的研究人員進(jìn)行了嘗試。歐洲微電子研究中心(IMEC)研究人員設(shè)計(jì)了三層PCB疊裝的方案，將追蹤設(shè)備體積縮小到2×2×2cm³，然而該結(jié)構(gòu)由于采用了壓電捕獲能源模式，能量密度低，只能供應(yīng)數(shù)小時(shí)的能量。在長(zhǎng)壽命技術(shù)研究方面，飛思卡爾在低功耗技術(shù)上開(kāi)始了探索，上海慕尼黑電子展上推出了ARM Powered微控制器Kinetis KL02，具有高速M(fèi)CU喚醒、處理和返回睡眠模式配置，以及靈活的低功耗模式和外設(shè)，可以用最小的電力預(yù)算實(shí)現(xiàn)最大的系統(tǒng)壽命。將該芯片運(yùn)用于追蹤設(shè)備后，盡管可以降低單個(gè)裝置的功耗，但未考慮整個(gè)設(shè)備的能耗。

國(guó)內(nèi)主要從事資產(chǎn)追蹤設(shè)備及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)長(zhǎng)壽命和低功耗技術(shù)研究的有南京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院寬帶無(wú)線通信與傳感網(wǎng)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、同濟(jì)大學(xué)、重慶郵電學(xué)院、中南大學(xué)信息與科學(xué)技術(shù)學(xué)院等，主要側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)通訊機(jī)制優(yōu)化、降耗等方面的研究。南京郵電大學(xué)陳正宇，重慶郵電學(xué)院楊翰超，中南大學(xué)信息與科學(xué)技術(shù)學(xué)院譚長(zhǎng)庚等人對(duì)網(wǎng)絡(luò)睡眠機(jī)制開(kāi)展了研究，主要目標(biāo)是希望通過(guò)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化降低節(jié)點(diǎn)能量損耗。另外中科院電工所、半導(dǎo)體所、廣州能源所對(duì)能源微型化技術(shù)開(kāi)展了理論探索，中科院電工所側(cè)重于光伏微能源研究，2006年研制出包含能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)的光伏微能源系統(tǒng)，該系統(tǒng)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集成的自治微系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能量的智能存儲(chǔ)、能源的自動(dòng)切換、穩(wěn)定的電壓輸出，無(wú)需維護(hù)，然而調(diào)研未見(jiàn)相關(guān)性能結(jié)果報(bào)道，也未見(jiàn)微能源體積有關(guān)數(shù)據(jù)。中科院廣州能源所學(xué)術(shù)帶頭人徐進(jìn)良博士2006年研制出能量密度高、供能時(shí)間長(zhǎng)、重量輕的微尺度燃燒及微燃燒透平發(fā)電微能源系統(tǒng)樣機(jī)。同濟(jì)大學(xué)黃曉生開(kāi)展GPS實(shí)時(shí)貨物跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究(華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，22(1)(2005)P49)，根據(jù)我國(guó)第三方物流企業(yè)的特點(diǎn),利用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)和GSM短信服務(wù)系統(tǒng),設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于GPS的實(shí)時(shí)貨物跟蹤系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，客戶可以通過(guò)Internet實(shí)時(shí)查詢貨物當(dāng)前的位置、狀態(tài)、估計(jì)到達(dá)時(shí)間等信息，,企業(yè)則可以對(duì)其移動(dòng)的車船進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度、導(dǎo)航、接警等處理。然而，該方案不能進(jìn)行三維定位，也未提及終端體積和功耗及壽命參數(shù)要求。

此外，專利號(hào)為CN201320522364.7的發(fā)明專利公開(kāi)了“一種用于空降物資的定位追蹤裝置”，所述定位追蹤裝置主要適用于空投物資定位，其綁定在需空投的物資上，包括定位天線、定位裝置、主控裝置、無(wú)線通信裝置和無(wú)線通信天線；所述定位裝置連接定位天線，獲取空降物資的位置信息，并傳輸至主控裝置。然而，該發(fā)明只可以定位XY平面位置，不能檢測(cè)高度，且同樣未提及功耗指標(biāo)、體積指標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種微型化、低功耗、長(zhǎng)壽命資產(chǎn)追蹤終端，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)資產(chǎn)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)追蹤。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種微型化、低功耗、長(zhǎng)壽命資產(chǎn)追蹤終端，包括三維定位裝置、遠(yuǎn)程傳輸裝置、MCU、能量?jī)?chǔ)存裝置、能量捕獲裝置以及充電控制電路；

所述MCU與所述定位裝置和所述遠(yuǎn)程傳輸裝置分別連接，其設(shè)置為控制所述三維定位裝置采集待追蹤資產(chǎn)的三維位置信息，以及控制所述遠(yuǎn)程傳輸裝置將所述三維位置信息上傳至一遠(yuǎn)程上位機(jī)；

所述能量?jī)?chǔ)存裝置與所述MCU連接，其設(shè)置為給所述MCU供電；

所述能量捕獲裝置與所述能量?jī)?chǔ)存裝置連接，其設(shè)置采集光能并將采集到的光能轉(zhuǎn)換成電能以給所述能量?jī)?chǔ)存裝置充電；

所述充電控制電路與所述能量?jī)?chǔ)存裝置和所述充電裝置分別連接，其設(shè)置為采集外部環(huán)境光強(qiáng)和能量?jī)?chǔ)存裝置電量，并根據(jù)所述外部環(huán)境光強(qiáng)和能量?jī)?chǔ)存裝置的電量控制所述能量捕獲裝置進(jìn)行充電操作。

優(yōu)選地，所述三維定位裝置、遠(yuǎn)程傳輸裝置、MCU和能量?jī)?chǔ)存裝置布置在一第一PCB板上，所述充電控制電路布置在一第二PCB板上，且所述能量?jī)?chǔ)存裝置、第一PCB板、第二PCB板和能量捕獲裝置從下至上依次層疊設(shè)置。

優(yōu)選地，所述資產(chǎn)追蹤終端還包括與所述MCU連接的溫度傳感器和/或濕度傳感器。

進(jìn)一步地，所述遠(yuǎn)程傳輸裝置包括GSM傳輸裝置和/或GPRS傳輸裝置。

進(jìn)一步地，所述三維定位裝置包括GPS定位裝置和/或Beidou定位裝置。

進(jìn)一步地，所述能量?jī)?chǔ)存裝置包括充電鋰電池和/或超級(jí)電容。

進(jìn)一步地，所述能量捕獲裝置包括太陽(yáng)能電池板。

進(jìn)一步地，所述充電控制電路包括用于感應(yīng)外部環(huán)境光強(qiáng)的光強(qiáng)傳感器、用于采集能量?jī)?chǔ)存裝置電量的電量檢測(cè)電路、以及用于根據(jù)所述外部環(huán)境光強(qiáng)和所述能量?jī)?chǔ)存裝置電量控制所述能量捕獲裝置進(jìn)行充電操作的充電控制器。

優(yōu)選地，所述充電控制器和所述MCU均采用低功耗芯片。

優(yōu)選地，所述光強(qiáng)傳感器為光敏二極管。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明通過(guò)三維定位裝置采集待追蹤資產(chǎn)的三維位置信息，通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸裝置將所述三維位置信息上傳至一遠(yuǎn)程上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)資產(chǎn)的精確位置追蹤。

(2)本發(fā)明通過(guò)采用能量?jī)?chǔ)存裝置進(jìn)行供電，采用能量捕獲裝置為能量?jī)?chǔ)存裝置補(bǔ)充電能，采用充電控制電路控制充放電時(shí)間，一方面可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)能源供應(yīng)，延長(zhǎng)了工作壽命，另一方面無(wú)需攜帶大容量電池，減小了終端體積。

(3)本發(fā)明通過(guò)采用3DMCM封裝技術(shù)，即，將各部件分層層疊設(shè)置，進(jìn)一步減小了終端體積。

(4)通過(guò)采用低功耗芯片，減小了終端的功耗。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明微型化、低功耗、長(zhǎng)壽命資產(chǎn)追蹤終端的連接框圖；

圖2為本發(fā)明微型化、低功耗、長(zhǎng)壽命資產(chǎn)追蹤終端的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，使能更好地理解本發(fā)明的功能、特點(diǎn)。

本發(fā)明的微型化、低功耗、長(zhǎng)壽命資產(chǎn)追蹤終端如圖1所示，主要包括三維定位裝置1、遠(yuǎn)程傳輸裝置2、MCU3、能量?jī)?chǔ)存裝置4、能量捕獲裝置5以及充電控制電路6，還包括溫度傳感器7和/或濕度傳感器8。其中，MCU3與定位裝置和遠(yuǎn)程傳輸裝置2分別連接，用于控制三維定位裝置1采集待追蹤資產(chǎn)的三維位置信息，以及控制遠(yuǎn)程傳輸裝置2將三維位置信息上傳至一遠(yuǎn)程上位機(jī)9；能量?jī)?chǔ)存裝置4與MCU3連接，用于給MCU3供電；能量捕獲裝置5與能量?jī)?chǔ)存裝置4連接，用于采集光能并將采集到的光能轉(zhuǎn)換成電能以給能量?jī)?chǔ)存裝置4充電；充電控制電路6與能量?jī)?chǔ)存裝置4和充電裝置分別連接，用于采集外部環(huán)境光強(qiáng)和能量?jī)?chǔ)存裝置4電量，并根據(jù)外部環(huán)境光強(qiáng)和能量?jī)?chǔ)存裝置4電量控制能量捕獲裝置5進(jìn)行充電操作；溫度傳感器7和/或濕度傳感器8與MCU3連接，用于采集溫度和濕度，所采集到的溫度和濕度同樣通過(guò)MCU3傳遞到遠(yuǎn)程傳輸裝置2，再通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸裝置2傳送到遠(yuǎn)程上位機(jī)9。通過(guò)本發(fā)明的終資產(chǎn)追蹤終端，可以在遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)收集不同地區(qū)、不同資產(chǎn)的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)資產(chǎn)的實(shí)時(shí)追蹤。

上述各部件均可以采用現(xiàn)有的硬件實(shí)現(xiàn)，具體選型示例如下：

1)MCU3選擇低功耗芯片，優(yōu)選在休眠狀態(tài)下耗電極低的STC15系列單片機(jī)，在休眠模式下功耗小于0.2uA，選用IO口資源夠用為宜，單片機(jī)工作電流一般小于10mA。

2)遠(yuǎn)程傳輸裝置2包括GSM和/或GPRS傳輸裝置，用于接入公網(wǎng)，依據(jù)GSM900的規(guī)范，遠(yuǎn)程傳輸裝置2將根據(jù)當(dāng)前的信號(hào)情況調(diào)整發(fā)射功率從5dBm至33dBm不等，因此瞬時(shí)發(fā)射功率可能達(dá)到2W，外加接收部分的功耗，遠(yuǎn)程傳輸裝置2在工作狀態(tài)下的功耗可能大于600mA(工作電壓為3.3V時(shí))。

3)三維定位裝置1包括GPS和/或Beidou定位裝置，用于全球定位，XY方向定位精度±1m，Z軸定位精度±0.5m。一般的GPS定位裝置冷啟動(dòng)時(shí)間大約30s，工作電流45mA。本發(fā)明中優(yōu)選采用MTK FLASH版本方案GPS&Beidou雙模定位模組(天線模塊一體化產(chǎn)品)GAM-1513-MTBD。

4)濕度傳感器8可選用DHT11，濕度測(cè)量范圍為20％-95％，誤差為5％；溫度傳感器7可選用DS18B20，溫度測(cè)量范圍為-55℃-125℃。

5)能量?jī)?chǔ)存裝置4包括充電鋰電池和/或超級(jí)電容，優(yōu)選采用充電鋰電池和超級(jí)電容相結(jié)合的方式，因?yàn)椋撼?jí)電容的特點(diǎn)是功率密度高(W/Kg)、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬，是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種；充電鋰離子電池具有大能量密度(Wh/Kg)，其與其體積相當(dāng)?shù)某?jí)電容相比可以存儲(chǔ)更多的能量。超級(jí)電容在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而鋰電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過(guò)放可能造成永久性破壞。因此，本發(fā)明可以充分利用兩者的優(yōu)點(diǎn)，將超級(jí)電容與鋰電池配合，超級(jí)電容器提供瞬時(shí)大電流脈沖，鋰離子電池用于長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能，其中，充電鋰電池優(yōu)選10000mAh以上的充電鋰電池。

6)能量捕獲裝置5包括太陽(yáng)能電池板(室外優(yōu)選GaAs太陽(yáng)能電池板，室內(nèi)優(yōu)選非晶硅太陽(yáng)能電池板)，其效率達(dá)到8％，對(duì)于紫外波段敏感，可收集微弱光。

7)充電控制電路6包括用于感應(yīng)外部環(huán)境光強(qiáng)的光強(qiáng)傳感器61、用于采集能量?jī)?chǔ)存裝置4電量的電量檢測(cè)電路62、以及用于根據(jù)外部環(huán)境光強(qiáng)和能量?jī)?chǔ)存裝置4電量控制能量捕獲裝置5進(jìn)行充電操作的充電控制器63，具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)外部環(huán)境光強(qiáng)大于一預(yù)定閾值且能量?jī)?chǔ)存裝置4電量小于約60％時(shí)，開(kāi)始對(duì)能量?jī)?chǔ)存裝置4充電。其中，光強(qiáng)傳感器61采用光敏二極管；充電控制器63采用低功耗芯片，優(yōu)選采用Linear公司的LT3105芯片，工作電流24μA，靜態(tài)電流小于1μA，可降低終端的待機(jī)損耗。

本發(fā)明資產(chǎn)追蹤終端的功耗分析如下：假設(shè)向遠(yuǎn)程上位機(jī)9發(fā)送信號(hào)的頻率為1次/小時(shí)，每次GPS/Beidou需要工作約31s，且持續(xù)電流約為46mA，得出一小時(shí)的平均功耗約為0.375mAh；GSM/GPRS需要工作約11s(包括連接基站和發(fā)送數(shù)據(jù))，工作電流約610mA，得出一小時(shí)的平均功耗約為1.67mAh；MCU3需要工作約41s，電流約為11mA，其它時(shí)間處于休眠狀態(tài)，忽略不計(jì)，得出一小時(shí)的平均功耗為0.12mAh；溫度/濕度傳感器8功耗極低，忽略不計(jì)；每小時(shí)終端整機(jī)的功耗為0.375+1.67+0.12＝2.165mAh；則對(duì)于充滿電的10000mAh的鋰電池，理論上可以持續(xù)供電4639小時(shí)，約190天。

參閱圖2，為了對(duì)本發(fā)明資產(chǎn)追蹤終端進(jìn)行體積優(yōu)化，本發(fā)明對(duì)終端進(jìn)行了3DMCM封裝設(shè)計(jì)，具體如圖2所示，三維定位裝置1、遠(yuǎn)程傳輸裝置2、MCU3和能量?jī)?chǔ)存裝置4布置在一第一PCB板11上；充電控制電路6布置在一第二PCB板12上；其中第一PCB板11、第二PCB板12和能量捕獲裝置5從下至上依次層疊設(shè)置，且充電電池位于第一PCB板11下方。可見(jiàn)，本發(fā)明有效利用了終端高度方向上的空間，減小了終端面積，使總體積小于約150mm*100mm*20mm，不易被發(fā)現(xiàn)；經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在有限空間(體積)內(nèi)可集成更多充電電池，提高了體積比功率密度。

本發(fā)明資產(chǎn)追蹤終端的制作過(guò)程為：首先提供一能量?jī)?chǔ)存裝置4、一包含三維定位裝置1、遠(yuǎn)程傳輸裝置2、MCU3和能量?jī)?chǔ)存裝置4的第一PCB板11、一包含充電控制電路6的第二PCB板12以及一太陽(yáng)能電池板；然后將能量?jī)?chǔ)存裝置4、第一PCB板11、第二PCB板12和太陽(yáng)能電池板從下至上依次分層疊置；而后將每一層通過(guò)雙列插針(如header2x50，雙列，50腳)與鄰層連接；最后將連接完成的終端置于一殼體10中，并進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證終端數(shù)據(jù)采集與傳輸功能。

以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實(shí)施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)的權(quán)利要求書及說(shuō)明書內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為常規(guī)技術(shù)內(nèi)容。