CN109532760A - 一种待机对外零功耗机车gps定位防盗器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种待机对外零功耗机车GPS定位防盗器，包括无线通信模块、GPS定位模块、振动传感器、无线短距离通信模块、电源模块、防盗器电池、主控芯片MCU，GPS定位模块上传信息给远程服务器，主控芯片MCU通过无线通信模块与远程服务器通信，主控芯片MCU调整无线通信模块、GPS定位模块、电源模块的工作状态，无线短距离通信模块与外部预设的智能手机实时通信，防盗器电池在机车电瓶掉电的状态下通过电源模块给主控芯片MCU供电。本发明还涉及一种GPS定位防盗器低功耗控制方法，将装置耗能等级在正常、休眠、关机模式下转换实现待机对外零功耗。本发明采用内部供电模块以及智能供电管理方案，具有待机对外零功耗的特点。

Description

一种待机对外零功耗机车GPS定位防盗器及控制方法

技术领域

本发明涉及一种机车GPS定位防盗装置，特别涉及一种待机状态下功耗低的机车GPS定位防盗器及控制方法，属于车辆防盗装置领域。

背景技术

GPS定位防盗器已经被广泛的应用于摩托车、电瓶车等两轮机车的安全防盗领域，其体积小巧，安装方便，有显著的安全防盗效用。通过直接从机车电瓶获取电源，GPS定位防盗器可以实现长期而稳定的工作，避免了因充电需要而反复拆装设备。但是，在两轮车的实际使用中，会存在长期不使用机车的情况，特别是在我国北方地区，冬季严寒导致道路结冰，很多机车车主会选择将机车封存起来，待来年回春时再继续使用。如果封存的机车安装了GPS定位防盗器，机车的电瓶电量会被GPS防盗器一直消耗。若封存时间较长，机车电瓶电量会因为GPS定位防盗器的耗电而放光，电瓶也会因为严重的过放电而损耗寿命，甚至报废。

目前，市场上主流GSP定位防盗器使用的电源方案是通过机车电瓶获取电能，再经过设备内部的DC/DC芯片转换成输出稳定，噪声较小的稳压源供给设备内部的其他模块芯片使用。GPS防盗设备内部的模块芯片主要有GPS芯片和基带芯片等，这几种模块芯片在正常工作模式下的功耗大约有100毫安，在低功耗模式下有约10毫安的功耗。常见的摩托车电瓶电量为12伏/6安时，在不考虑电压电平转换时能量损耗的理想情况下，一块充满电的摩托车电瓶仅能支持GSP定位防盗器正常工作一周左右，在设备低功耗模式下，也仅能支持工作两个月。当考虑电瓶自放电，电流驱动能力，低温环境和DC/DC转换效率等因素时，设备实际能工作的时间将远小于上述时间，电瓶电量会更快的被防盗器设备耗尽。当电瓶电量被GSP定位防盗器耗尽时，不仅电瓶很可能会因过放电而报废，而且设备也会因没有电源不能工作，失去防盗效用。因此，针对以上方面的问题，需要对现有技术进行有效创新。

发明内容

本发明待机对外零功耗机车GPS定位防盗器及控制方法公开了新的方案，采用内部供电模块以及智能供电管理方案，解决了现有产品因长时间封存导致机车电瓶电量过耗的问题。

本发明待机对外零功耗机车GPS定位防盗器包括无线通信模块、GPS定位模块、振动传感器、无线短距离通信模块、电源模块、防盗器电池、主控芯片MCU，机车电瓶通过电源模块给无线通信模块、GPS定位模块、振动传感器、无线短距离通信模块、防盗器电池、主控芯片MCU供电，GPS定位模块将从全球定位卫星收到的位置、时间信息通过无线通信模块发送给远程服务器，主控芯片MCU将检测到的监控信息通过无线通信模块发送给远程服务器，主控芯片MCU根据振动传感器发送的机车状态信号调整无线通信模块、GPS定位模块、电源模块的工作状态，主控芯片MCU根据无线短距离通信模块与外部预设的智能手机的通信状态切换机车布防/撤防模式，防盗器电池在机车电瓶掉电的状态下通过电源模块给主控芯片MCU、振动传感器、无线短距离通信模块供电。

进一步，本方案的无线通信模块通过基站交换系统向远程服务器传送信息。

进一步，本方案的无线短距离通信模块是蓝牙通信模块或WIFI通信模块或RFID模块或NFC通信模块或zigbee通信模块。

本发明还公开了待机对外零功耗机车GPS定位防盗器的控制方法，机车GPS定位防盗器包括无线通信模块、GPS定位模块、振动传感器、无线短距离通信模块、电源模块、防盗器电池、主控芯片MCU，主控芯片MCU根据无线短距离通信模块与外部预设的智能手机的通信状态切换机车布防/撤防模式，包括步骤：⑴机车电瓶通过电源模块给机车GPS定位防盗器供电，主控芯片MCU的计时器开始计时，防盗器电池进入充电状态，GPS定位模块将从全球定位卫星收到的位置、时间信息通过无线通信模块发送给远程服务器，无线通信模块与远程服务器建立连接，主控芯片MCU检测振动传感器的运动中断信号；⑵在计时器设定计时段A内主控芯片MCU没有收到振动传感器发送的运动中断信号，主控芯片MCU关断对GPS定位模块的供电，主控芯片MCU通过降低数据处理频率延长无线通信模块与远程服务器通信的间隔时间，无线通信模块进入低功耗状态，主控芯片MCU检测振动传感器的运动中断信号；⑶在计时器超出设定计时段A的设定计时段B内主控芯片MCU没有收到振动传感器发送的运动中断信号，主控芯片MCU关断对无线通信模块的供电，主控芯片MCU关断机车电瓶与电源模块的供电连接，防盗器电池通过电源模块给主控芯片MCU供电，主控芯片MCU进入低功耗状态，主控芯片MCU检测振动传感器的运动中断信号；⑷主控芯片MCU根据收到的振动传感器发送的运动中断信号控制机车GPS定位防盗器进入步骤⑴的工作状态。

进一步，本方案的控制方法的步骤⑵中的主控芯片MCU通过控制使能引脚关断对GPS定位模块的供电。

进一步，本方案的控制方法的无线通信模块通过GSM网络、GPRS网络、EDGE网络、TD-SCDMA网络、WCDMA网络、CDMA2000网络、TD-LTE网络与远程服务器通信连接。

进一步，本方案的控制方法的步骤⑵中的设定计时段A是5分钟，步骤⑶中的设定计时段B是25分钟。

本发明待机对外零功耗机车GPS定位防盗器及控制方法采用内部供电模块以及智能供电管理方案，具有待机对外零功耗的特点。

附图说明

图1是本发明待机对外零功耗机车GPS定位防盗器的原理图。

图2是机车电瓶以及防盗器电池供电的原理图。

图3是待机对外零功耗机车GPS定位防盗控制方法的原理图。

图4是主控芯片MCU的功能框图。

图5是待机对外零功耗机车GPS定位防盗控制方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种待机对外零功耗的机车GPS定位防盗器，该机车GPS定位防盗器在长时间待机时，可实现对机车电瓶零功耗。具体实现方式可通过将设备状态设计为正常工作模式、sleep休眠模式以及关机休眠模式三种，通过设备模式的转换实现对外“零功耗”功能。

设备在正常工作模式。包括基带芯片，射频功放，GPS定位模块，以及主控芯片均处于上电工作状态，设备属于标准的工作模式，不仅能够通过GPS定位模块获取GPS卫星发来的NEMA定位数据，也能够通过由基带芯片和射频功放组成的GSM通信模块实现设备端与服务器端的上下行通信。主控芯片MCU同时监控外围控制电路的中断发生，其芯片内部的ADC也在进行数据的采样和模数转换。

设备在sleep休眠模式。主控芯片MCU会通过控制使能引脚来关断GPS定位模块的电源，即在sleep休眠模式下，GPS定位模块处于断电状态，GPS定位模块本身不再有功耗，设备也不能进行GPS定位。主控芯片MCU在设备进入sleep休眠模式前会根据通信协议下发指令给GSM通信模块(无线通信模块)，令其进入低功耗模式。GSM通信模块在低功耗模式下，模块不再频繁与服务器通信，而是以较长的时间间隔定期与服务器建立连接，以保持通信链路畅通，并同时上报部分设备状态信息。在sleep休眠模式下，主控芯片MCU依然保持对外围电路中断的监控，内部的ADC则隔一段时间进行一次数据采样，以减小相关的功耗。

设备在关机休眠模式。主控芯片MCU会关断GPS定位模块和GSM通信模块的电源，即在关机休眠模式下，设备不能使用GPS定位功能，也不能与服务器建立连接。GPS定位模块和GSM通信模块此时无功耗产生。在关机休眠模式下，MCU会进入超低功耗模式，关闭芯片内部的ADC等功能，仅间断性的监控外围控制电路的中断发生。同时，MCU会通过控制开关电路使能引脚来关断DC/DC芯片和充电芯片。该模式下，由于DC/DC芯片和充电芯片的关断，GPS定位防盗器不再消耗外部电量。同时，设备依然保持在待机工作中，在中断产生时会被及时唤醒，实现了待机对外零功耗的功能。

为了实现GPS定位防盗器在待机状态下的低功耗性能，本方案对组成元件进行了目的性筛选，并且增设了内部储能供电单元。

采用具有静态功耗极低的DC/DC芯片。在实际电路中，由于DC/DC芯片是被MCU通过使能引脚关断的，而不是真正完全切断了GPS定位防盗器与外部机车电瓶的电源线路，所以客观上存在一定微小的功耗，即芯片的静态功耗。芯片静态功耗主要由芯片的制造工艺决定，无法通过外部电路设计来降低。因此，降低DC/DC芯片的静态功耗主要取决于芯片的选型。通过采用具有极低静态功耗的DC/DC芯片，在关机休眠模式下可以实现低至十几微安的静态功耗。对比机车电瓶一个昼夜约1%容量的自放电，十几微安的静态功耗可以近乎为零，在真正意义上实现本方案的GPS定位防盗器对外零功耗功能。

设备内置可充电电池和采用超低功耗MCU芯片。当机车在越冬时期，被封存数月之久不被使用时，GPS定位防盗器会长期处于关机休眠模式中，设备对外为零功耗。通过设备内置可反复充电的锂电池，主控芯片MCU可以长期保持在超低功耗运行，随时监控外围电路的中断发生。但由于受到设备内空间大小和材料成本等因素的限制，锂电池的电池容量是受限。要实现设备持续数月都能稳定工作在关机休眠模式中，本方案采用内置可充电电池和采用超低功耗MCU芯片。本方案实例采用超低功耗下50微安的MCU芯片并内置150毫安时的锂电池，保证了GPS定位防盗器至少四个月的待机时间，极大的扩展了机车防盗功能的有效时间。若在机车封存期发生盗车，MCU会检测到中断发生，并立即从超低功耗休眠模式转换到正常工作模式，同时打开DC/DC芯片的使能以及GPS定位模块和GSM通信模块的电源开关。即在机车被盗走时，GPS定位防盗器能及时被唤醒并发挥定位防盗功效。设备被唤醒的同时，充电芯片也将上电工作，给内置锂电池进行充电，保证下一次进入高级休眠时，电池有足够电量。

为了实现上述设计构思，本方案公开了具体的产品，如图1所示，机车GPS防盗设备自动智能布防与撤防系统包括一个无线通讯功能单元、GPS功能单元、振动传感器功能单元、MCU控制功能单元、电源功能单元以及蓝牙或WiFi短距离通信功能单元，无线通讯功能单元外围分别与GPS功能单元、蓝牙或WiFi短距离通信功能单元、MCU控制功能单元相连接，该MCU控制功能单元两侧分别设置振动传感器功能单元、电源功能单元，具体实现方式如下。

无线通讯功能单元通过GSM、GPRS、EDGE、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000、TD-LTE实现该通讯单元的功能，该通讯单元通过基站实现与服务器之间的通信，把接收到GPS的NIMA信号与监控到定位追踪设备的状态数据信息送到服务器上，该功能单元实现人车信息交互功能，例如，该功能单元可以采用MTK平台MT6260D芯片来设计实现。

GPS功能单元是从卫星接收该监控定位追踪设备经度、纬度、高度、时间信息，把这些信息编解码后，再通过串口把数据信息传送到无线通讯功能单元，例如，可采用UBLOX平台G7020系列芯片来实现GPS功能单元，此外，GPS功能单元也可使用中国北斗芯片方案替代。

振动传感器功能单元采用MVS0608.02为振动传感器功能模块，其中振动传感器主要用于节省功耗，当车辆处于静止状态时，MCU立即让GPS功能单元与无线通讯功能单元进入睡眠模式(即SLEEP模式或叫STANDBY模式)，该震动传感器还可用于加速度功能单元代替，即用加速度传感器功能单元判断车辆是处于静止还是运动状态，以及车辆是否被非法移动等。

MCU控制功能单元，其一是用于监控GPS模块 与GSM 功能单元(无线通信模块)的工作状态是否正常，其二是检测振动传感器功能单元，其三是当检测到振动传感器功能单元的移动与振动数据后，将GPS功能单元与无线通讯功能单元从睡眠状态中唤醒至正常工作状态。具体而言，该MCU控制功能单元是监控无线通讯功能单元与GPS功能单元的工作状态，当无线通讯功能单元与GPS功能单元工作异常，MCU功能单元断开电源后重新启动设备。MCU可以采用PIC16F883的MCU来重新启动功能。

电源功能单元为将车辆电瓶电压转换成VBAT(4.35V)给无线通讯功能单元等各个功能单元供电，该电源部分可以采用LM5010A。该电源功能单元不仅用于给整个定位追踪监控设备供电，同时还给该定位追踪监控设备的内置锂电池充电。

蓝牙或WiFi短距离通信功能单元，即可通过蓝牙技术实现机车GPS防盗设备的蓝牙与智能手机的蓝牙进行无线信息交互。或者利用WiFi-P2P(点对点)技术实现机车GPS防盗设备的WiFi与智能手机的WiFi进行无线信息交互。此短距离通信功能单元还可以通过RFID以及NFC、zegbee来实现机车GPS防盗设备智能自动布防与撤防。布防与撤防方式，由以下步骤组成：⑴当无线通讯GPS防盗设备功能单元扫描检测到事先设置好的用户智能手机的WIFI或蓝牙的ID号时，无线通讯GPS防盗设备功能单元自动进入撤防模式；⑵当无线通讯GPS防盗设备功能单元连续几次无法扫描检测到事先设置好的WIFI或蓝牙的ID号时，无线通讯GPS防盗设备功能单元将自动进入布防模式；⑶若一台无线通讯GPS防盗设备事先设置多个WIFI或蓝牙的ID号，只要扫描检测到任意一个与之相匹配的ID号，无线通讯GPS防盗设备均能自动进入撤防模式；⑷若无法检测到任一ID号，无线通讯GPS防盗设备功能单元均能自动进入布防模式。

基于以上内容，本方案具有以下有益效果：

⑴采用MCU控制关断外部供电输入和采用具有静态功耗极低的DC/DC芯片的设计方案，实现了设备待机时对外零功耗的功能。本发明的GPS定位防盗器在长时间待机时，不再消耗机车电瓶的电量，有效避免传统的定位防盗器在机车长时间封存时，耗尽电瓶电量而造成电瓶损坏问题。实现了待机下对外零功耗的功能。

⑵采用内置电池和使用超低功耗MCU芯片的设计方案，极大的扩展了机车防盗功能的有效时间。相对于传统机车防盗器，在机车封存时期，耗尽机车电瓶电量后便失去防盗功效，本方案的GPS定位防盗器即使在长达数月之久的封存期间也能发挥定位防盗的功能，极大提高了防盗器的防盗功效。

⑶根据设备内部各个芯片模块的工作状态，将整个设备分为三种工作模式，既能保证设备能够发挥原有防盗定位功能，又避免在静置安全的情况下，打开不必要的模块，造成多余的功耗，实现了设备能源配置的合理化。

基于以上特点，本方案的待机对外零功耗机车GPS定位防盗器及控制方法相比现有的产品方案具有突出的实质性特点和显著的进步。

本方案待机对外零功耗机车GPS定位防盗器及控制方法并不限于具体实施方式中公开的内容，实施例中出现的技术方案可以基于本领域技术人员的理解而延伸，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。

Claims (7)

1.一种待机对外零功耗机车GPS定位防盗器，其特征是包括无线通信模块、GPS定位模块、振动传感器、无线短距离通信模块、电源模块、防盗器电池、主控芯片MCU，机车电瓶通过所述电源模块给所述无线通信模块、GPS定位模块、振动传感器、无线短距离通信模块、防盗器电池、主控芯片MCU供电，所述GPS定位模块将从全球定位卫星收到的位置、时间信息通过所述无线通信模块发送给远程服务器，所述主控芯片MCU将检测到的监控信息通过所述无线通信模块发送给远程服务器，所述主控芯片MCU根据所述振动传感器发送的机车状态信号调整所述无线通信模块、GPS定位模块、电源模块的工作状态，所述主控芯片MCU根据所述无线短距离通信模块与外部预设的智能手机的通信状态切换机车布防/撤防模式，所述防盗器电池在机车电瓶掉电的状态下通过所述电源模块给所述主控芯片MCU、振动传感器、无线短距离通信模块供电。

2.根据权利要求1所述的待机对外零功耗机车GPS定位防盗器，其特征在于，所述无线通信模块通过基站交换系统向所述远程服务器传送信息。

3.根据权利要求1所述的待机对外零功耗机车GPS定位防盗器，其特征在于，所述无线短距离通信模块是蓝牙通信模块或WIFI通信模块或RFID模块或NFC通信模块或zigbee通信模块。

4.根据权利要求1的待机对外零功耗机车GPS定位防盗器的控制方法，所述机车GPS定位防盗器包括无线通信模块、GPS定位模块、振动传感器、无线短距离通信模块、电源模块、防盗器电池、主控芯片MCU，所述主控芯片MCU根据所述无线短距离通信模块与外部预设的智能手机的通信状态切换机车布防/撤防模式，其特征是包括步骤：

⑴机车电瓶通过电源模块给机车GPS定位防盗器供电，主控芯片MCU的计时器开始计时，防盗器电池进入充电状态，GPS定位模块将从全球定位卫星收到的位置、时间信息通过无线通信模块发送给远程服务器，无线通信模块与远程服务器建立连接，主控芯片MCU检测振动传感器的运动中断信号；

⑵在计时器设定计时段A内主控芯片MCU没有收到振动传感器发送的运动中断信号，主控芯片MCU关断对GPS定位模块的供电，主控芯片MCU通过降低数据处理频率延长无线通信模块与远程服务器通信的间隔时间，无线通信模块进入低功耗状态，主控芯片MCU检测振动传感器的运动中断信号；

⑶在计时器超出设定计时段A的设定计时段B内主控芯片MCU没有收到振动传感器发送的运动中断信号，主控芯片MCU关断对无线通信模块的供电，主控芯片MCU关断机车电瓶与电源模块的供电连接，防盗器电池通过电源模块给主控芯片MCU供电，主控芯片MCU进入低功耗状态，主控芯片MCU检测振动传感器的运动中断信号；

⑷主控芯片MCU根据收到的振动传感器发送的运动中断信号控制机车GPS定位防盗器进入步骤⑴的工作状态。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤⑵中的主控芯片MCU通过控制使能引脚关断对GPS定位模块的供电。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，无线通信模块通过GSM网络、GPRS网络、EDGE网络、TD-SCDMA网络、WCDMA网络、CDMA2000网络、TD-LTE网络与远程服务器通信连接。

7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤⑵中的设定计时段A是5分钟，步骤⑶中的设定计时段B是25分钟。