本實用新型涉及定位通信系統(tǒng)，具體涉及一種自供電定位監(jiān)控裝置。

背景技術(shù)：

目前定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用于交通、運輸?shù)阮I(lǐng)域中，在定位過程中需要向定位監(jiān)控系統(tǒng)供電，才能實現(xiàn)定位功能。對于汽車等能夠提供電源的交通工具其定位服務(wù)不受限于電源供應(yīng)，而對于集裝箱等這類自身無法提供電源的物體其定位服務(wù)常常受限于電源供應(yīng)，常因定位監(jiān)控系統(tǒng)斷電而無法定位、追蹤。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約能源、自供電方便、定位精確的自供電定位裝置。

本實用新型采用的技術(shù)方案是：

一種自供電定位裝置，包括CPU模塊、定位模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、電源模塊和充電模塊，其中

所述CPU模塊，接收數(shù)據(jù)通訊模塊輸出的信息，接收定位模塊輸出的定位信息，并對接收到的信息進(jìn)行處理，然后將處理后的信息通過數(shù)據(jù)通訊模塊發(fā)送到監(jiān)控中心；

所述數(shù)據(jù)通訊模塊接收衛(wèi)星信號，處理后將集裝箱位置信息等輸出到CPU模塊；CPU模塊處理的信息通過數(shù)據(jù)通訊模塊發(fā)送到監(jiān)控中心。

所述電源模塊向裝置供電；

所述充電模塊向電源模塊供電，充電模塊包括太陽能電池、振動發(fā)電機、充電管理模塊和鋰電池，充電管理模塊控制太陽能電池和振動發(fā)電機向鋰電池充電，由鋰電池或震動發(fā)電機向電源模塊供電；

進(jìn)一步地，所述自供電定位監(jiān)控系統(tǒng)還包括溫濕度檢測模塊，對集裝箱內(nèi)的溫度、濕度信息進(jìn)行采集，輸出到CPU模塊。

進(jìn)一步地，所述自供電定位監(jiān)控系統(tǒng)還包括二維碼掃描模塊，用于獲取集裝箱內(nèi)貨物信息。

本實用新型由于采用上述結(jié)構(gòu)，使得充電模塊通過太陽能電池和振動發(fā)電機雙向為鋰電池充電，在集裝箱振動時直接由振動發(fā)電機自動發(fā)電，無需其他外置電源為系統(tǒng)供電，有效解決了現(xiàn)有定位監(jiān)控系統(tǒng)因長時間不能充電導(dǎo)致斷電而無法定位、追蹤物件的技術(shù)問題，具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約能源、自供電方便、定位精確等優(yōu)點。

附圖說明

圖1本實用新型的原理框圖。

圖2本實用新型的充電模塊原理框圖。

圖3本實用新型的充電模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4本實用新型的CPU結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5本實用新型的數(shù)據(jù)通訊模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6本實用新型的定位模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7本實用新型的電源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型的自供電定位裝置包括CPU模塊、定位模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、電源模塊和充電模塊，CPU模塊接收數(shù)據(jù)通訊模塊輸出的信息，接收定位模塊輸出的定位信息，并對接收到的信息進(jìn)行處理，然后將處理后的信息通過數(shù)據(jù)通訊模塊發(fā)送到監(jiān)控中心。數(shù)據(jù)通訊模塊接收衛(wèi)星信號，處理后將位置信息等輸出到CPU模塊；CPU模塊處理的信息通過數(shù)據(jù)通訊模塊發(fā)送到監(jiān)控中心。而電源模塊向裝置供電。充電模塊向電源模塊供電，保證其具有充足的電量。充電模塊包括太陽能電池、振動發(fā)電機、充電管理模塊和鋰電池，充電管理模塊控制太陽能電池和振動發(fā)電機向鋰電池充電。監(jiān)控中心可利用現(xiàn)有技術(shù)來實現(xiàn)，在此不贅述。

本實施例中CPU模塊的芯片U1采用意法半導(dǎo)體公司的STM32F103VBT6，芯片U1的BOOT1、BOOT0為運行模式選擇，它們分別通過電阻R1和電阻R2接地，選擇運行FLASH中的程序。芯片U1的OSC IN引出導(dǎo)線連接電阻R5一端， OSC OUT引出導(dǎo)線接電阻R5的另一端，電阻R5與晶振JZ1并聯(lián)后OSC IN和 OSC OUT分別連接電容C10、電容C11后接地，JZ1為8MHz晶振，電阻R5、JZ1、電容C10、電容C11共同保證了U1的運行時鐘的可靠；芯片U1的RESET#引出導(dǎo)線一端接電阻R6后3.3V電源，另一端連接電容C12后接地，電阻R6、電容C12組成U1的復(fù)位電路；電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6、電容C7和電容C8共八個電容用于保證U1電源的平穩(wěn)；芯片CN1為JTAG接口，用來連接調(diào)試器進(jìn)行程序下載及調(diào)試，芯片CN1的引腳3、引腳5、引腳7、引腳9和引腳13分別引出導(dǎo)線接電阻R7、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R14的一端，芯片CN1的引腳1引出到導(dǎo)線分別與電阻R7、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R14的另一端連接，并接到3.3V電源上。芯片CN1的引腳15與芯片U1的RESET#連接，從CN1的引腳4、引腳6、引腳8、引腳10、引腳12、引腳14、引腳16、引腳18和引腳20引出導(dǎo)線接地。電阻R7、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R14將芯片U1相關(guān)調(diào)試端口穩(wěn)定在一個穩(wěn)定狀態(tài)，防止不連接調(diào)試器時，端口受到干擾，導(dǎo)致故障發(fā)生。

數(shù)據(jù)通訊模塊為裝置的物理通訊通道，主要包括通訊芯片MK1和UIM卡座CN5。通訊芯片MK1的引腳VGP引出導(dǎo)線接電容C17后接地，芯片通訊芯片MK1的引腳SIMVCC直接與UIM卡座CN5的第2腳連接并引出導(dǎo)線接C21后接地，引腳SIMDATA引出導(dǎo)線接C15后接地，并通過電阻R36與UIM卡座CN5的第5腳相連，引腳SIMCLK引出導(dǎo)線接C14后接地，并通過電阻R35與UIM卡座CN5的第6腳相連，引腳SIMRST引出導(dǎo)線接C13后接地， 并通過電阻R31與UIM卡座CN5的第4腳相連，引腳TXDGPRS引出導(dǎo)線與CPU模塊中U1的25腳連接，引腳RXDGPRS引出導(dǎo)線與CPU模塊中U1的26腳連接，引腳CTSGPRS引出導(dǎo)線與CPU模塊中U1的23腳連接，引腳RTSGPRS引出導(dǎo)線與CPU模塊中芯片U1的24腳連接，引腳DCDGPRS引出導(dǎo)線與CPU模塊中芯片U1的29腳連接，引腳DTRGPRS引出導(dǎo)線與CPU模塊中U1的31腳連接。電容C17為鉭電容，用來穩(wěn)定通訊芯片MK1的電源；通訊芯片MK1通過SIMVCC、SIMDATA、SIM CLK、SIMRST連接SIM卡座CN5，CN5用來放置通訊卡，電阻R31、電阻R35、電阻R36防止通訊芯片MK1從通訊卡讀數(shù)據(jù)時產(chǎn)生沖突，導(dǎo)致通訊芯片MK1損壞，電容C13、電容C14、電容C15用來穩(wěn)定通訊線，電容C21用來穩(wěn)定通訊卡的供電電源SIMVCC。

定位模塊用來取得當(dāng)前的地理位置信息，該模塊為GPS定位模塊，用來取得當(dāng)前位置信息。定位模塊主要包括芯片MK2，芯片MK2的VCC引腳引出導(dǎo)線依次連接電容C25和電容C26，電容C25和電容C26的分別接地，VCC引腳連接電源模塊，3.3V電源經(jīng)電阻R25、電阻R27連接MK2的TXD0引腳，從電阻R25和電阻R27間引出導(dǎo)線連接CPU模塊的RXDGPS；3.3V電源經(jīng)電阻R26、電阻R28連接MK2的RXD0引腳，從電阻R26和電阻R28間引出導(dǎo)線連接CPU模塊的TXDGPS。電容C25、電容C26用來穩(wěn)定MK2的電源；電阻R27、電阻R28用來防止通訊沖突；電阻R25、電阻R26采用上拉模式，使MK2與U1通訊電壓相同，避免了由于電壓不同導(dǎo)致的通訊不正常。電容CN6為GPS天線接口。

電源模塊主要包括芯片U2、芯片U7、芯片U8和芯片U6，其中芯片U2、芯片U7、芯片U8和芯片U6為P溝道MOSFET，在電源模塊中用作電源開關(guān)，U6為降壓芯片。U2的1、2、3腳連接到一起接到充電模塊U4的5腳，并通過R8連接到U2的4腳，U2的4腳通過R16連接到CPU模塊U1的52腳，U2的4腳連接到三極管Q1的C極，三極管Q1的E極接地，三極管Q1的B極通過電阻R21接到充電模塊二極管D1的負(fù)極, 芯片U2的5、6、7、8腳連到一起接到芯片U7的1、2、3管腳，芯片U8的1、2、3管腳，芯片U6的2腳；芯片U8的1、2、3管腳連接到一起通過電阻R9連接到芯片U8的4腳，芯片U8的4腳通過電阻R17連接到CPU模塊的芯片U1的51腳，芯片U8的5、6、7、8腳連接到一起，連到通訊模塊通訊芯片MK1的VGP管腳；芯片U7的1、2、3管腳連接到一起通過電阻R29連接到芯片U7的4腳，芯片U7的4腳通過R30連接到CPU模塊芯片U1的43腳，芯片U7的5、6、7、8腳連接到一起，連到定位模塊MK2的VGPS管腳；芯片U6的2腳引線到電容E3、電容C19后接地，芯片U6的3腳引線到電容E4、電容C20后接地，1腳直接接地，芯片U6的1腳接到U2的5、6、7、8腳，芯片U6的3腳接到CPU模塊的21、22、11、28、50、75、100、6腳。電源模塊的U2、U7、U8為美國仙童公司的IRF7404，IRF7404的G為高電平時斷開S與D，為低電平時S與D導(dǎo)通；電阻R8、電阻R9、電阻R29在電容CPU不控制時，分別將U2、U7、U8的門極G接高電平；電阻R16、電阻R17、電阻R30在ENCPU、ENGPRS、ENGPS電壓接近0V時，使U2、U7、U8門極G接低電平；電阻R21與三極管Q1行程反相電路，當(dāng)ENZD為高電平時，三極管Q1的PN結(jié)導(dǎo)通將ENCPU拉低，當(dāng)ENZD為懸浮態(tài)或者低電平時，ENCPU處于懸浮態(tài)；芯片U6為臺灣合泰公司HT7533-1，為降壓芯片，其將電池電壓降到3.3V供芯片U1及相關(guān)部分使用，電容E3、電容E4、電容C19、電容C20用來穩(wěn)定芯片U6的輸入和輸出的電壓。

充電模塊包括芯片U4、接線端子CN3、鋰電池、振動發(fā)電機和太陽能電池，其核心芯片U4采用南京拓微集成電路有限公司的TP4056，用來將4.5-6V的輸入電壓充到鋰電池中。U4的5腳連接到電容E1后接地，并連接到接線端子CN3的1腳，芯片U4的1、3、6腳直接接地，芯片U4的2腳連接到R20后接地，芯片U4的4、8腳連接到一起后接到二極管D11、D12的負(fù)極。接線端子CN3的1腳連接鋰電池的正極，接線端子CN3的2腳為鋰電池、振動發(fā)電機、太陽能電池的負(fù)極，直接接地，接線端子CN3的3腳為太陽能電池的正極通過D11接到芯片U4的4、8腳，接線端子CN3的4腳為振動發(fā)電機的正極通過D12接到芯片U4的4、8腳，CN3的4腳通過二極管D1接到電源模塊R21上。電阻R20用于充電電流調(diào)節(jié)；E1用來穩(wěn)定充電輸出；二極管D11、D12使電流向一個方向流動，二極管D11與二極管D12分別將太陽能電池以及振動發(fā)電機的電流匯集后輸入到TP4056的VIN腳；CN3的第一腳連接鋰電池的正極，第二腳連接鋰電池、太陽能電池以及振動發(fā)電機的負(fù)腳；當(dāng)裝置振動時，振動發(fā)電機的電流通過二極管D1形成ENZD信號。

當(dāng)裝置振動時，振動發(fā)電機的電流通過二極管D1形成ENZD信號，ENZD通過電源模塊的電阻R21、三極管Q1、電阻R16將U2的門極G拉低，使得U2導(dǎo)通，電池電壓VBAT1通過U2連接到VBAT上，VBAT通過電源模塊中的芯片U6降壓成3.3V電壓，U1獲得電壓開始工作。芯片U1工作后將ENCPU置低電平，接手芯片U2控制權(quán)，使其不因為失去振動信號而導(dǎo)致芯片U2斷開。芯片U1將ENGPS置低電平，導(dǎo)通芯片U7，給定位芯片MK2供電，等待芯片U1通過RXDGPS和TXDGPS從MK2取得有效位置信息和時間信息；判斷與上一次喚醒是否超過1小時，沒有超過1小時芯片U1將ENGPS置高電平，斷開芯片U7，定位芯片MK2掉電；芯片U1將ENCPU置高電平，斷開U2，芯片U1掉電。超過1小時，芯片U1將ENGPS置高電平，斷開芯片U7，定位芯片MK2掉電；同時芯片U1將ENGPRS置低電平，導(dǎo)通芯片U8，給通訊芯片MK1供電，芯片U1通過TXDGPRS、RXDGPRS、RTSGPRS、CTSGPRS、DCDGPRS、DTRGPRS與通訊芯片MK1進(jìn)行通訊，并設(shè)置通訊參數(shù)，等待通訊芯片MK1建立TCP/IP通道，TCP/IP通道建立后，芯片U1將從定位芯片MK2所取得的位置信息通過通訊芯片MK1的TCP/IP通道上傳至服務(wù)器；完成數(shù)據(jù)傳輸后。芯片U1將ENGPRS置高電平，斷開芯片U6，通訊芯片MK1掉電；芯片U1將ENCPU置高電平，斷開芯片U2，芯片U1掉電。等待下一次喚醒。

當(dāng)有振動時，振動發(fā)電機發(fā)電，電流通過接線端子CN3的端子4、D12進(jìn)入芯片U4的VIN，芯片U4經(jīng)過變換后通過芯片U4的BAT、接線端子CN3的端子1對鋰電池進(jìn)行充電，完成振動充電。

當(dāng)有太陽光時，太陽能電池發(fā)電，電流通過接線端子CN3的端子3、D11進(jìn)入芯片U4的VIN，芯片U4經(jīng)過變換后通過芯片U4的BAT、接線端子CN3的端子1對鋰電池進(jìn)行充電，完成振動充電。

本實用新型根據(jù)集裝箱運輸貨物的需要還可以設(shè)置溫濕度檢測模塊，對集裝箱內(nèi)的溫度、濕度信息進(jìn)行采集，輸出到CPU模塊；設(shè)置二維碼掃描模塊，用于獲取集裝箱內(nèi)貨物信息；設(shè)置開關(guān)門檢測模塊檢測集裝箱箱門的開關(guān)門信息，輸出信息到CPU模塊。

本實用新型由于采用上述結(jié)構(gòu)，使得充電模塊通過太陽能電池和振動發(fā)電機雙向為鋰電池充電，在集裝箱振動時直接由振動發(fā)電機自動發(fā)電，無需其他外置電源為系統(tǒng)供電，有效解決了現(xiàn)有定位監(jiān)控系統(tǒng)因長時間不能充電導(dǎo)致斷電而無法定位、追蹤物件的技術(shù)問題，具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約能源、自供電方便、定位精確等優(yōu)點。