本發(fā)明屬于電子技術領域，尤其涉及一種微型化、低功耗、長壽命資產追蹤終端。

背景技術：

目前，我國軍需物資多存放于野外，并采用傳統(tǒng)GPS傳感終端進行定位。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，一方面由于沒有持續(xù)能源供應，往往容易導致物資管控中斷，為管理帶來不便；另一方面，當需要長時間(如3年)供電時，必須攜帶大容量電池，有時甚至需要幾公斤電池，導致終端體積較大，而且傳統(tǒng)GPS傳感終端的體積未經過優(yōu)化設計，所以容易被敵對分子發(fā)現破壞。

國際上對資產追蹤設備的研究多集中于小體積和長壽命方面，有多國的研究人員進行了嘗試。歐洲微電子研究中心(IMEC)研究人員設計了三層PCB疊裝的方案，將追蹤設備體積縮小到2×2×2cm³，然而該結構由于采用了壓電捕獲能源模式，能量密度低，只能供應數小時的能量。在長壽命技術研究方面，飛思卡爾在低功耗技術上開始了探索，上海慕尼黑電子展上推出了ARM Powered微控制器Kinetis KL02，具有高速MCU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，可以用最小的電力預算實現最大的系統(tǒng)壽命。將該芯片運用于追蹤設備后，盡管可以降低單個裝置的功耗，但未考慮整個設備的能耗。

國內主要從事資產追蹤設備及數據采集系統(tǒng)長壽命和低功耗技術研究的有南京郵電大學計算機學院寬帶無線通信與傳感網技術教育部重點實驗室、同濟大學、重慶郵電學院、中南大學信息與科學技術學院等，主要側重于網絡通訊機制優(yōu)化、降耗等方面的研究。南京郵電大學陳正宇，重慶郵電學院楊翰超，中南大學信息與科學技術學院譚長庚等人對網絡睡眠機制開展了研究，主要目標是希望通過網絡優(yōu)化降低節(jié)點能量損耗。另外中科院電工所、半導體所、廣州能源所對能源微型化技術開展了理論探索，中科院電工所側重于光伏微能源研究，2006年研制出包含能量轉換系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)的光伏微能源系統(tǒng)，該系統(tǒng)與無線傳感器網絡節(jié)點集成的自治微系統(tǒng)實現了能量的智能存儲、能源的自動切換、穩(wěn)定的電壓輸出，無需維護，然而調研未見相關性能結果報道，也未見微能源體積有關數據。中科院廣州能源所學術帶頭人徐進良博士2006年研制出能量密度高、供能時間長、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。同濟大學黃曉生開展GPS實時貨物跟蹤系統(tǒng)的設計研究(華東交通大學學報，22(1)(2005)P49)，根據我國第三方物流企業(yè)的特點,利用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)和GSM短信服務系統(tǒng),設計和實現了一個基于GPS的實時貨物跟蹤系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，客戶可以通過Internet實時查詢貨物當前的位置、狀態(tài)、估計到達時間等信息，,企業(yè)則可以對其移動的車船進行實時監(jiān)控、調度、導航、接警等處理。然而，該方案不能進行三維定位，也未提及終端體積和功耗及壽命參數要求。

此外，專利號為CN201320522364.7的發(fā)明專利公開了“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、無線通信裝置和無線通信天線；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，不能檢測高度，且同樣未提及功耗指標、體積指標。

技術實現要素：

針對上述現有技術的不足，本發(fā)明提供一種微型化、低功耗、長壽命資產追蹤終端，用于實現對資產的遠程實時追蹤。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種微型化、低功耗、長壽命資產追蹤終端，包括三維定位裝置、遠程傳輸裝置、MCU、能量儲存裝置、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程傳輸裝置分別連接，其設置為控制所述三維定位裝置采集待追蹤資產的三維位置信息，以及控制所述遠程傳輸裝置將所述三維位置信息上傳至一遠程上位機；

所述能量儲存裝置與所述MCU連接，其設置為給所述MCU供電；

所述能量捕獲裝置與所述能量儲存裝置連接，其設置采集光能并將采集到的光能轉換成電能以給所述能量儲存裝置充電；

所述充電控制電路與所述能量儲存裝置和所述充電裝置分別連接，其設置為采集外部環(huán)境光強和能量儲存裝置電量，并根據所述外部環(huán)境光強和能量儲存裝置的電量控制所述能量捕獲裝置進行充電操作。

優(yōu)選地，所述三維定位裝置、遠程傳輸裝置、MCU和能量儲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，且所述能量儲存裝置、第一PCB板、第二PCB板和能量捕獲裝置從下至上依次層疊設置。

優(yōu)選地，所述資產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。

進一步地，所述遠程傳輸裝置包括GSM傳輸裝置和/或GPRS傳輸裝置。

進一步地，所述三維定位裝置包括GPS定位裝置和/或Beidou定位裝置。

進一步地，所述能量儲存裝置包括充電鋰電池和/或超級電容。

進一步地，所述能量捕獲裝置包括太陽能電池板。

進一步地，所述充電控制電路包括用于感應外部環(huán)境光強的光強傳感器、用于采集能量儲存裝置電量的電量檢測電路、以及用于根據所述外部環(huán)境光強和所述能量儲存裝置電量控制所述能量捕獲裝置進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，所述光強傳感器為光敏二極管。

通過采用上述技術方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明通過三維定位裝置采集待追蹤資產的三維位置信息，通過遠程傳輸裝置將所述三維位置信息上傳至一遠程上位機，從而實現對資產的精確位置追蹤。

(2)本發(fā)明通過采用能量儲存裝置進行供電，采用能量捕獲裝置為能量儲存裝置補充電能，采用充電控制電路控制充放電時間，一方面可以實現持續(xù)能源供應，延長了工作壽命，另一方面無需攜帶大容量電池，減小了終端體積。

(3)本發(fā)明通過采用3DMCM封裝技術，即，將各部件分層層疊設置，進一步減小了終端體積。

(4)通過采用低功耗芯片，減小了終端的功耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明微型化、低功耗、長壽命資產追蹤終端的連接框圖；

圖2為本發(fā)明微型化、低功耗、長壽命資產追蹤終端的機械結構示意圖。

具體實施方式

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

本發(fā)明的微型化、低功耗、長壽命資產追蹤終端如圖1所示，主要包括三維定位裝置1、遠程傳輸裝置2、MCU3、能量儲存裝置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采集待追蹤資產的三維位置信息，以及控制遠程傳輸裝置2將三維位置信息上傳至一遠程上位機9；能量儲存裝置4與MCU3連接，用于給MCU3供電；能量捕獲裝置5與能量儲存裝置4連接，用于采集光能并將采集到的光能轉換成電能以給能量儲存裝置4充電；充電控制電路6與能量儲存裝置4和充電裝置分別連接，用于采集外部環(huán)境光強和能量儲存裝置4電量，并根據外部環(huán)境光強和能量儲存裝置4電量控制能量捕獲裝置5進行充電操作；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MCU3傳遞到遠程傳輸裝置2，再通過遠程傳輸裝置2傳送到遠程上位機9。通過本發(fā)明的終資產追蹤終端，可以在遠程實時收集不同地區(qū)、不同資產的信息，實現對資產的實時追蹤。

上述各部件均可以采用現有的硬件實現，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，在休眠模式下功耗小于0.2uA，選用IO口資源夠用為宜，單片機工作電流一般小于10mA。

2)遠程傳輸裝置2包括GSM和/或GPRS傳輸裝置，用于接入公網，依據GSM900的規(guī)范，遠程傳輸裝置2將根據當前的信號情況調整發(fā)射功率從5dBm至33dBm不等，因此瞬時發(fā)射功率可能達到2W，外加接收部分的功耗，遠程傳輸裝置2在工作狀態(tài)下的功耗可能大于600mA(工作電壓為3.3V時)。

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定位裝置冷啟動時間大約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(天線模塊一體化產品)GAM-1513-MTBD。

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

5)能量儲存裝置4包括充電鋰電池和/或超級電容，優(yōu)選采用充電鋰電池和超級電容相結合的方式，因為：超級電容的特點是功率密度高(W/Kg)、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬，是世界上已投入量產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)，其與其體積相當的超級電容相比可以存儲更多的能量。超級電容在其額定電壓范圍內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反應限制工作在較窄的電壓范圍，如果過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，將超級電容與鋰電池配合，超級電容器提供瞬時大電流脈沖，鋰離子電池用于長時間儲能，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包括太陽能電池板(室外優(yōu)選GaAs太陽能電池板，室內優(yōu)選非晶硅太陽能電池板)，其效率達到8％，對于紫外波段敏感，可收集微弱光。

7)充電控制電路6包括用于感應外部環(huán)境光強的光強傳感器61、用于采集能量儲存裝置4電量的電量檢測電路62、以及用于根據外部環(huán)境光強和能量儲存裝置4電量控制能量捕獲裝置5進行充電操作的充電控制器63，具體來說，當外部環(huán)境光強大于一預定閾值且能量儲存裝置4電量小于約60％時，開始對能量儲存裝置4充電。其中，光強傳感器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，可降低終端的待機損耗。

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

參閱圖2，為了對本發(fā)明資產追蹤終端進行體積優(yōu)化，本發(fā)明對終端進行了3DMCM封裝設計，具體如圖2所示，三維定位裝置1、遠程傳輸裝置2、MCU3和能量儲存裝置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置，且充電電池位于第一PCB板11下方?？梢?，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；經過優(yōu)化設計，在有限空間(體積)內可集成更多充電電池，提高了體積比功率密度。

本發(fā)明資產追蹤終端的制作過程為：首先提供一能量儲存裝置4、一包含三維定位裝置1、遠程傳輸裝置2、MCU3和能量儲存裝置4的第一PCB板11、一包含充電控制電路6的第二PCB板12以及一太陽能電池板；然后將能量儲存裝置4、第一PCB板11、第二PCB板12和太陽能電池板從下至上依次分層疊置；而后將每一層通過雙列插針(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，并進行數據發(fā)送實驗，以驗證終端數據采集與傳輸功能。

以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據本發(fā)明申請的權利要求書及說明書內容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權利要求保護范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為常規(guī)技術內容。