CN211018372U - 无线定位追踪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无线定位追踪装置，包括依次电连接的振动发电单元、整流单元、能量收集充电单元、储能单元、DC‑DC升压单元和IoT通讯模块。振动发电单元用于收集振动能量，将振动能量转化为交流电电能后输出至整流单元；整流单元将振动发电单元产生的交流电转变为直流电后输出至能量收集充电单元；能量收集充电单元收集整流单元输出的直流电并升高电压，收集的电能被储存在超级电容中供IoT通讯模块使用；IoT通讯模块进行定位并将位置数据向外发送。本实用新型摆脱了对电池的依赖，避免了电池续航有限、需要定期维护且会造成污染的缺点，在对定位实时性要求不高且不方便维护或不允许有污染的场景中，有较佳的应用效果。

Description

无线定位追踪装置

技术领域

本实用新型涉及无线定位领域，特别涉及一种无线定位追踪装置。

背景技术

物联网(IoT)是在互联网基础上的延伸和扩展，通过信息传感设备与互联网的连接，物体通过网络进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、追踪、监管。无线定位追踪装置的IoT通讯模块将定位技术与通讯技术结合，支持GPS/GLONASS(全球卫星导航系统)/北斗多种制式卫星定位，同时支持GSM(全球移动通信系统)/NB-IoT(窄带物联网)/CAT-M(LTE标准的Category M方案)等通讯技术。对IoT模块的供电方式，现有设计方案普遍采用一次性电池或充电电池。各种电池都存在容量有限、污染环境且需要定期充电或更换的缺点，不能胜任续航需求高、维护不便的场景。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中无线定位追踪装置采用一次性电池或充电电池进行供电，导致电池供电带来的续航不足、需要定期维护的缺陷，提供一种无线定位追踪装置。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种无线定位追踪装置，所述无线定位追踪装置包括依次电连接的振动发电单元、整流单元、能量收集充电单元、储能单元、DC-DC(直流-直流)升压单元和IoT通讯模块；

所述振动发电单元用于收集振动能量，将振动能量转化为交流电电能后输出至所述整流单元；

所述整流单元用于将所述振动发电单元产生的交流电转变为直流电后输出至所述能量收集充电单元；

所述能量收集充电单元用于收集所述整流单元输出的直流电并升高电压后将电能输出至所述储能单元；

所述储能单元用于储存接收到的电能；

所述DC-DC升压单元用于将所述储能单元输出的直流电电压升高后输出至IoT通讯模块；

所述IoT通讯模块用于进行定位并将位置数据向外发送。

较佳地，所述整流单元包括桥式整流电路。

较佳地，所述能量收集充电单元包括充电管理芯片，所述充电管理芯片包括VIN_DC(voltage input_direct current，直流电压输入)引脚、LBST(Inductor connectionfor the boost charger switching node，升压充电转换节点外接电感)引脚以及VBAT(battery voltage，电池电压)引脚；

所述能量收集充电单元还包括第一电容及第一电感，所述整流单元输出的直流电分别经所述第一电容滤波后输入至所述VIN_DC引脚以及经所述第一电容滤波后再经所述第一电感输入至所述LBST引脚；

所述充电管理芯片用于通过所述VBAT引脚输出电能。

较佳地，所述充电管理芯片还包括VSTOR(voltage store，电压储存)引脚，所述VSTOR引脚外接一负载电容；

所述充电管理芯片用于在检测到所述VSTOR引脚的电压高于第一电压阈值时通过所述VBAT引脚输出电能。

较佳地，所述储能单元包括超级电容。

较佳地，所述DC-DC升压单元包括DC-DC升压芯片，所述升压芯片包括SW(switch，转换)引脚、VIN(voltage input，电压输入)引脚以及VOUT(voltage output，电压输出)引脚；

所述DC-DC升压单元还包括第二电容及第二电感，所述储能单元输出的直流电分别经所述第二电感输入至所述SW引脚以及经所述第二电容滤波后输入至所述VIN引脚；

所述DC-DC升压芯片用于通过所述VOUT引脚输出电能。

较佳地，所述DC-DC升压芯片还包括FB(feedback，反馈)引脚，所述DC-DC升压单元还包括第一电阻和第二电阻；

所述FB引脚分别与所述第一电阻和所述第二电阻电连接，所述第二电阻接地，所述第一电阻与所述VOUT引脚电连接。

较佳地，所述DC-DC升压单元还包括第三电容，所述DC-DC升压芯片输出的直流电经过所述第三电容的滤波后输出至所述IoT通讯模块。

较佳地，所述IoT通讯模块用于在检测到所述储能单元的电压高于第二电压阈值时开启GPS定位并将位置数据通过移动网络向外传输。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型公开的无线定位追踪装置，包括自发电电路，自发电电路通过振动能量发电单元收集振动能量产生交流电电能，交流电经过桥式整流单元转变为直流电，由能量收集充电单元升压并收集电能，收集的电能被储存在超级电容中供IoT通讯模块使用。本实用新型与现有技术相比，摆脱了对电池的依赖，避免了电池续航有限、需要定期维护且会造成污染的缺点，在对定位实时性要求不高且不方便维护或不允许有污染的场景中，有较佳的应用效果。

附图说明

图1为本实用新型的一较佳实施例的无线定位追踪装置的模块示意图。

图2为本实用新型的一较佳实施例的无线定位追踪装置的电路结构示意图。

图3为本实用新型的能量收集充电单元的电路结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，一种定位追踪装置，包括依次电连接的振动发电单元1、整流单元2、能量收集充电单元3、储能单元4、DC-DC升压单元5和IoT通讯模块6。振动发电单元1用于收集振动能量，将振动能量转化为交流电电能后输出至整流单元2；整流单元2用于将振动发电单元1产生的交流电转变为直流电后输出至所述能量收集充电单元3；能量收集充电单元3用于收集整流单元2输出的直流电并升高电压后将电能输出至所述储能单元4；储能单元4用于储存接收到的电能；DC-DC升压单元5用于将所述储能单元4输入的直流电电压升高后输出至IoT通讯模块6。IoT通讯模块6用于进行定位并将位置数据向外发送。

如图2所示，本实施例中，振动发电单元1可采用PMG17振动能量收集器。PMG17收集振动能量，将振动能量转化为交流电电能后输出至整流单元2。

如图2所示，本实施例中，整流单元2采用桥式整流单元，包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4。第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极相连，第二二极管D2的负极与第四二极管D4的负极相连，第一二极管D1的正极与第三二极管D3的正极相连，第三二极管D3的负极与第四二极管D4的正极相连。PMG17产生的交流电经第一二极管D1的负极和第三二极管D3的负极输入至桥式整流单元。第一二极管D1的正极接地，第二二极管D2的负极为桥式整流单元的正输出端VIN_DC。

如图2-3所示，本实施例中，能量收集充电单元3包括一块充电管理芯片bq25504，第一电容C1，第一电感L1，负载电容C_STOR。桥式整流电路的正输入端VIN_DC与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端接地。第一电容用于过滤电路中的交流电。经过过滤的直流电分别输入至第一电感L1的一端和充电管理芯片bq25504的VIN_DC引脚。第一电感L1的另一端与充电管理芯片bq25504的LBST引脚相连，第一电感用于升高电路电压。负载电容C_STOR一端连接充电管理芯片bq25504的VSTOR引脚，另一端接地。充电管理芯片bq25504的VIN_DC引脚的输入电压大于600mV时，充电管理芯片bq25504通过VSTOR引脚向负载电容C_STOR充电。当负载电容C_STOR的电压大于第一电压阈值(如1.8V)时，充电管理芯片bq25504结束冷启动状态，通过VBAT引脚向储能单元输送经过升压的电流。

如图2所示，本实施例中，储能单元4采用一超级电容C_SUP。能量收集充电单元3的输出端VBAT与超级电容C_SUP的一端；DC-DC升压单元5的输入端也与超级电容C_SUP的相同端口连接。超级电容C_SUP的另一端接地。

如图2所示，本实施例中，DC-DC升压单元5包括DC-DC升压芯片TPS61220、第二电容C2、第三电容C3、第二电感L2、第一电阻R1、第二电阻R2。储能单元4的输出端分别连接第二电感L2的一端和第二电容C2的一端。第二电感L2的另一端连接DC-DC升压芯片TPS61220的SW引脚，第二电感L2用于升高电路电压。第二电容C2的另一端接地，用于过滤电路中的交流电，经过过滤的直流电输入至DC-DC升压芯片TPS61220的VIN引脚以及EN引脚。当EN引脚有电流输入，DC-DC升压芯片TPS61220的升压功能开启。当EN引脚接地，DC-DC升压芯片TPS61220处于关断状态。在关断期间，输出端始终存在电压。该电压可以与输入电压一样高，也可以更低，具体取决于负载。DC-DC升压芯片TPS61220通过VOUT引脚向IoT通讯模块输出电流。

DC-DC升压单元5可以通过在DC-DC升压芯片TPS61220的FB引脚连接外部电阻分压器来调整VOUT引脚的输出电压VOUT。FB引脚分别与第一电阻R1和第二电阻R2电连接，第二电阻R2另一端接地，第一电阻R1与VOUT引脚电连接。在这种情况下，FB引脚上的电压为VFB(典型电压值为500mV)，第二电阻R2应低于500kΩ。第一电阻R1的确定公式：

IoT通讯模块6的VCC端口接收DC-DC升压单元5输入的电流，GPIO端口接收能量收集充电单元3输入的充电状态信号(如VBAT_OK)。IoT通讯模块6支持GPS定位技术和GSM/NB-IoT/CAT-M等通讯技术。当IoT通讯模块6的主控芯片检测到储能单元4的电压高于第二电压阈值后，开启GPS定位并将位置数据通过移动网络更新到云平台，否则，模块进入休眠待机模式。休眠状态下，模块的内置计数器对充电管理芯片的充电状态信号进行计数，达到某一数值C后，中断唤醒模块，主控芯片重新检测储能单元4的电压。休眠状态下，模块的内置定时器按一定时间间隔T中断唤醒模块，主控芯片重新检测储能单元4的电压。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种无线定位追踪装置，其特征在于，所述无线定位追踪装置包括依次电连接的振动发电单元、整流单元、能量收集充电单元、储能单元、DC-DC升压单元和IoT通讯模块；

所述振动发电单元用于收集振动能量，将振动能量转化为交流电电能后输出至所述整流单元；

所述整流单元用于将所述振动发电单元产生的交流电转变为直流电后输出至所述能量收集充电单元；

所述能量收集充电单元用于收集所述整流单元输出的直流电并升高电压后将电能输出至所述储能单元；

所述储能单元用于储存接收到的电能；

所述DC-DC升压单元用于将所述储能单元输出的直流电电压升高后输出至IoT通讯模块；

所述IoT通讯模块用于进行定位并将位置数据向外发送。

2.如权利要求1所述的无线定位追踪装置，其特征在于，所述整流单元包括桥式整流电路。

3.如权利要求1所述的无线定位追踪装置，其特征在于，所述能量收集充电单元包括充电管理芯片，所述充电管理芯片包括VIN_DC引脚、LBST引脚以及VBAT引脚；

所述能量收集充电单元还包括第一电容及第一电感，所述整流单元输出的直流电分别经所述第一电容滤波后输入至所述VIN_DC引脚以及经所述第一电容滤波后再经所述第一电感输入至所述LBST引脚；

所述充电管理芯片用于通过所述VBAT引脚输出电能。

4.如权利要求3所述的无线定位追踪装置，其特征在于，所述充电管理芯片还包括VSTOR引脚，所述VSTOR引脚外接一负载电容；

所述充电管理芯片用于在检测到所述VSTOR引脚的电压高于第一电压阈值时通过所述VBAT引脚输出电能。

5.如权利要求1所述的无线定位追踪装置，其特征在于，所述储能单元包括超级电容。

6.如权利要求1所述的无线定位追踪装置，其特征在于，所述DC-DC升压单元包括DC-DC升压芯片，所述升压芯片包括SW引脚、VIN引脚以及VOUT引脚；

所述DC-DC升压单元还包括第二电容及第二电感，所述储能单元输出的直流电分别经所述第二电感输入至所述SW引脚以及经所述第二电容滤波后输入至所述VIN引脚；

所述DC-DC升压芯片用于通过所述VOUT引脚输出电能。

7.如权利要求6所述的无线定位追踪装置，其特征在于，所述DC-DC升压芯片还包括FB引脚，所述DC-DC升压单元还包括第一电阻和第二电阻；

所述FB引脚分别与所述第一电阻和所述第二电阻电连接，所述第二电阻接地，所述第一电阻与所述VOUT引脚电连接。

8.如权利要求6所述的无线定位追踪装置，其特征在于，所述DC-DC升压单元还包括第三电容，所述DC-DC升压芯片输出的直流电经过所述第三电容的滤波后输出至所述IoT通讯模块。

9.如权利要求1所述的无线定位追踪装置，其特征在于，所述IoT通讯模块用于在检测到所述储能单元的电压高于第二电压阈值时开启GPS定位并将位置数据通过移动网络向外传输。

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