CN109471136A - 一种微型低功耗定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微型低功耗定位装置，属于电子信息技术领域。采用NB‑IoT通信技术，结合北斗定位系统完成定位装置的设计，解决了定位装置在体积和功耗上难以突破的问题。该定位装置分为：GPS/北斗综合定位模块、NB‑IoT通信模块、MCU主控模块和电源管理模块，各模块通过MCU主控模块的接口进行数据传输，通过各模块分离工作机制和睡眠模式，可以更好地提升装置的稳定性和续航能力，低频工作模式下能够连续工作2‑3年。

Description

一种微型低功耗定位装置

技术领域

本发明属于电子信息技术领域。具体涉及一种微型低功耗的定位装置。

背景技术

随着生活节奏的加快，物品的位置信息对人们生活的影响更加明显。尤其是近年来共享商品和智能监护快速兴起，定位装置的需求正在逐年增加。另外随着消费节奏的加快，市场更新速度加快，商家对市场的把握难度逐步增大，因此部分商家希望在自己的产品上集成定位装置，能够精确地获取商品的使用地，从而更加准确地把握市场，也可以及时回收淘汰的商品。

目前市场上的定位装置多是采用GSM网络通信，GPS和GSM 基站综合定位技术，功耗较大，不适于对物体的长期追踪，传统的 MSP430微控制器的最低运行功耗也在120uA/MHz，已远落后于现有的低功耗MCU。现有微型定位装置体积在40*40*20mm也只能待机 90天，持续定位3天便需要更换电源，而且信号极其不稳定，智能穿戴等集成有定位功能的产品更是需要频繁充电。

综上所述，现有定位装置在体积和功耗方面仍不能满足市场需求，因此，设计一款体积小功耗低的定位装置变得尤为必要。

发明内容

针对以上现有定位装置的不足，设计一款专门用于对室外物体长期定位监控的微型低功耗定位装置，扩展定位装置的应用市场。根据场景需求，希望定位装置能够在每天发送一次定位数据的情况下持续工作2-3年，具备小体积、低功耗、高稳定性的优点。

为完成上述目标，本发明技术方案如下：

本发明提供一种基于GPS/北斗的微型定位装置，该定位装置分为定位模块、通信模块、MCU控制模块、电源管理模块，每个模块分开设计，使单个模块的体积和功耗都降为最低。其中GPS/北斗定位模块通过陶瓷天线接收卫星信号获取定位信息，等待通信模块唤醒，将数据通过通信模块发送给云服务器，并且定位装置能够接收云平台发送来的指令。

进一步地，所述的定位模块包括GPS/北斗定位芯片，稳压电路，陶瓷天线，其中陶瓷天线用来接收卫星信号，通过GPS/北斗芯片进行定位计算并打包成NMEA协议，通过串口输出NMEA协议包。

进一步地，所述MCU主控模块是连接定位模块和通信模块的核心，采用低功耗系列单片机STM32L，通过IO口控制各模块工作模式，通过计时器控制各模块的休眠时长，通过串口通信管理各模块之间的数据交互，并且为单片机设计两个外部晶振，不同模式下采取不同的晶振工作，提高运算性能的同时，降低睡眠模式下的功耗。

进一步地，所述通信模块主要负责定位数据的发送和服务器指令的接收，通信模块包括稳压电路、SIM卡电路、天线电路，稳压电路采用5V转3.3V降压电路芯片，增加滤波电路，保证供电电路不影响信号线路。SIM卡槽采用SMF05C小型卡槽，减少卡槽所占体积。天线模块采用小型折叠天线，长度较小且能够稳定接收和发送信号。

进一步地，所述定位装置采用定制3.7v锂电池供电，使用SX1308 稳压芯片设计，采用SOT2-3封装，具有小体积的特性，保证电路稳定的同时，给PCB省下更多空间。

进一步地，所述定位装置提前接入物联网云平台，通过平台与服务器进行数据通信，并且通过百度地图API将数据在地图展示。让定位数据更加直观，二次开发更加便捷。

本发明的有益效果是：该定位装置通过优化芯片选型、简化电路设计、降低程序冗余度等一定程度上降低装置功耗，且在体积上优于市场上现有的定位装置。该终端装置可嵌入到多种产品中，GPS/北斗双模定位增加定位成功率，提高系统的可靠性。NB-IoT低功耗PSM 模式极大程度上降低系统功耗，能够在低频工作模式下持续使用2-3 年，实现对户外物体的长期定位监视，也可用于野生动物行为研究，在物联网产品应用领域有着良好的时长前景。

附图说明

图1为微型定位装置硬件结构图；

图2为微型定位装置主控制程序流程图；

图3为微型定位装置GPS/北斗定位模块数据解析流程图；

图4为微型定位装置与服务器数据通信流程图；

图5为微型定位装置NB-IoT通信模块PSM模式工作流程图；

具体实施方法

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落为本申请所附属权利要求所限定的范围。

参见附图1，为一种基于GPS/北斗的定位装置，该装置包括： GPS/北斗综合定位模块、STM32L单片机控制模块、NB-IoT通信模块和电源管理单元。该定位装置体积仅有3*3*3cm，在一天只发一次数据的情况下能够持续工作2-3年，明显优于市场现有同类产品。并且微型低功耗定位装置已与物联网云平台进行绑定，用户只需登陆平台，输入设备编号即可查看定位装置的数据，且可以通过百度地图在地图上展示位置信息。并且支持平台端的二次开发。

参见附图2，为微型低功耗定位装置主程序运行流程图，此定位装置工作在低频模式下，一天发送一次数据，因此微型低功耗定位装置将长期处于睡眠模式下，只有当睡眠模式结束，才会唤醒定位模块获取定位数据，接着唤醒通信模块发送数据，处理完之后迅速进入睡眠模式，等待下以后周期的到来。

参见附图3，为微型低功耗定位装置获取位置信息的流程图，定位装置所采用的GPS/北斗综合定位模块采用NMEA协议，本次采用协议数据包中的$GNRMC语句，通过串口读取该数据包，找到 GNRMC语句并解析获取有用信息。

参见附图4，为微型低功耗定位装置发送数据信息的通信模块，采用NB-IoT网络，移远BC95模块，与传统的GPRS通信模块大致相同，发送AT指令进行网络附着，与服务器建立连接并发送数据，数据发送完成后，基站检测不到该链路有数据交互便会释放链路，模块随即进入睡眠模式。此时单片机开启计时器中断，等待下一个周期的到来。

参见附图5，为微型低功耗定位装置通信模块PSM模式，在低频工作场景中，定位装置大部分时间处于低功耗睡眠状态，当睡眠时间结束，开启中断，激活各个模块。通过串口获取到位置信息后，激活NB-IoT模块与物联网云平台建立连接，若有下发消息，则优先处理下发消息，再发送数据包。发送完成后，基站不会立即释放链路，而是等待一个寻呼监听周期，在此期间若有下发任务，仍然可以连接处理，直至监听时间结束，模块会再次进入睡眠状态，模块的最长睡眠周期可长达310小时。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，本定位装置意在解决现有定位装置体积大、功耗高的问题，通过多种技术方法，提升定位装置性能，因此并非只有以上此种工作模式。该微型低功耗定位装置因其体积小的特性，可嵌入到多种产品中。并且其功耗极低，可用于对户外物体位置信息的长期采集。

Claims (7)

1.一种微型低功耗定位装置，其特征在于：包括定位模块、通信模块、MCU和电源；其中，各部分之间分开设计，通过接口与主控板对接，在降低设计复杂度的同时，拥有良好的可扩展性；该装置通过降低电路结构的复杂度，将体积降低到3*3*3cm，能够嵌入到大多数产品中；各模块之间分离工作，降低了不同模块之间的信号干扰，降低通信模块工作时长，极大程度上降低装置功耗。

2.根据权利要求书1所述的微型低功耗定位装置，其特征在于，定位模块、通信模块和MCU主控模块分开设计，使用FPC软排线进行连接，通过UART接口进行通信。

3.根据权利要求书2所述的微型低功耗定位装置，其特征在于，定位模块的设计采用超低功耗双模定位芯片GP-02，其特点在于：体积为10.1*9.7*2.2mm，功耗仅有15mA，定位精度2.5米，高灵敏度，拥有天线自检和保护的功能。

4.根据权力要求书2所述的微型低功耗定位装置，其特征在于，通信网络采用NB-IoT网络，使用电信BC95模块，其功耗仅为传统GSM模块的40％左右。

5.根据权利要求书2所述的微型低功耗定位装置，其特征在于，MCU主控模块采用STM32L系列MCU，其特点在于：体积仅有10*10mm，活动模式功耗为87uA/MHz，睡眠模式下仅有120nA，且成本极低。

6.根据权利要求书1或4所述的微型低功耗定位装置通信模式，其特征在于，使用NB-IoT的PSM工作模式，终端装置发送完数据后，进入间断性寻呼状态一段时间后立刻进入PSM睡眠状态，睡眠时长最高可达310小时。

7.根据权力要求书1或2所述的微型低功耗定位装置，其特征在于，三大模块分离工作模式如下：MCU定时中断首先唤醒定位模块采集位置信息，缓存位置信息后使其进入睡眠模式，缓存的位置数据满足发送条件时唤醒通信模块，打包并发送缓存数据，完成工作后立即进入PSM睡眠模式。