一种自供能定位跟踪一体化模块及其组装方法与流程

本发明属于物联网应用领域，涉及一种自供能定位跟踪一体化模块及其组装方法。

背景技术：

万物互联的时代也是数据为王的时代，然而在很多时候，没有对应的位置信息就意味着数据是“杂乱无章”的，可利用的价值就会大大降低。

随着物联网的蓬勃发展，定位技术在各种物联网应用场景的需求也大大提升。实现远距离的定位一般主要采用gps及北斗卫星等定位和移动基站定位两种形式。

gps卫星定位技术成熟，已经实现全球应用。北斗卫星定位是中国自主研发的，利用地球同步卫星为用户提供全天候、区域性的卫星定位系统。它能快速确定目标或者用户所处地理位置，向用户及主管部门提供导航信息。

gps定位模块又叫gps接收模块，单独的gps接收模块是不具备通信功能的，只是搜索当前的卫星，然后接收gps卫星的广播信号，经过解算得出gps模块与卫星的距离，通过三角定位确定当前gps模块的经纬度信息进行定位。

gps定位模块功能比较单一，要实现gps模块间的通信需要与gps定位模块有线连接后通过无线通信方式(电台、2g、3g、4g、蓝牙以及nbiot等)把定位数据发送出去。

技术实现要素：

本发明的目的是解决目前的gps定位模块功能单一的问题，提供一种自供能定位跟踪一体化模块，将定位跟踪模块集成到自供能模块上，集成化，小型化，该自供能模块采用太阳能电池与储能电池结合供电模式。白天太阳光照下太阳电池发电提供全模块供电，多余能量为储能电池充电；夜晚无光照下，储能电池为模块供电，实现能量的闭环循环。定位供电一体化模块无需充电，只要是工作在户外就能提供全天24小时不间断定位跟踪服务；定位跟踪采用gps卫星，通过nb-iot物联网(即，窄带物联网，narrowbandinternetofthings，以下简称nb-iot))通信和把定位数据发送到终端用户。

为了达到上述目的，本发明提供了一种自供能定位跟踪一体化模块，其包含由上到下依次设置的：

太阳电池层，其包含太阳能电池，及设置在太阳能电池上的若干天线；

储能电池层，包含若干储能电池组；

综合电子层，用于控制将所述的太阳能电池最大功率发电，优先提供负载，以提供整个系统工作时的供电管理和系统定位数据的获取和数据的发送，并将多余能量存储在所述的储能电池组中。

较佳地，所述的太阳能电池由单结砷化镓太阳电池和玻璃盖片构成。

较佳地，所述的天线为倒f天线。

较佳地，所述的天线包含：设置在所述的太阳能电池顶层板上的gps天线。

较佳地，所述的天线包含：设置在所述的太阳能电池底面的nb天线。

较佳地，所述的储能电池层采用全固态薄膜锂电池。

较佳地，所述的综合电子层包含微能量收集及充电管理芯片、gprs/nb-iot+gps集成模块和mcu芯片、sim卡。所述的gprs/nb-iot+gps集成模块是指gprs与gps集成的模块，或，nb-iot与gps集成的模块。

较佳地，所述的微能量收集及充电管理芯片选择pmuadp5091芯片。

较佳地，所述的sim卡选择nanosim卡。

本发明还提供了一种根据上述的自供能定位跟踪一体化模块的组装方法，其包含：

s1，将若干锂电池贴装，构成储能电池层；

s2，将太阳电池层、储能电池层与综合电子层同轴线互联；该同轴互联包括不同层之间信号互联，也包括若干锂电池之间的互联；

s3，向储能电池层的锂电池层间、以及锂电池与综合电子层的连接部灌封电子胶和粘结ab胶；

s4，抛光打磨；

s5，将gps天线安装在太阳能电池的顶层板上，nb天线安装在太阳能电池的底面，进行天线调试；

s6，将太阳能电池粘结在储能电池层上。

本发明提供的定位跟踪一体化模块，将定位跟踪模块集成到自供能模块上，尺寸大幅减小，实现了集成化、小型化。该自供能模块采用太阳能电池与储能电池结合供电模式。白天太阳光照下太阳电池发电为一体化模块供电，并将多余能量储存；夜晚无光照或光线不足时，储能电池层为一体化模块供电，实现能量的闭环循环。定位供电一体化模块无需充电，只要是工作在户外就能提供全天24小时不间断定位跟踪服务；定位跟踪采用gps卫星，通过nb-iot物联网通信，把定位数据发送到终端用户。

附图说明

图1为本发明的一种自供能定位跟踪一体化模块的爆炸示意图。

图2为层间互联及外壳封装设计工艺流程图。

图3为太阳能电池片设计图。

图4为pifa天线示意图。

图5为综合电子层电路系统架构图。

附图标记说明

太阳电池层10

太阳能电池11

gps天线121

nb天线122

储能电池层20

综合电子层30

pmuadp5091芯片31

gprs/nb-iot+gps集成模块32

mcu芯片33

nanosim卡34。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一体化模块由太阳电池层、储能电池和综合电子三层构成。最上层为太阳电池层10，其包含若干太阳能电池11及天线。所述的太阳能电池11由单结砷化镓太阳电池和玻璃盖片构成，顶层板上边面生长gps天线121，底面生长nb天线122。第二层为储能电池层20。第三层为综合电子层30，用于实现将太阳电池最大功率发电，优先提供负载，多余能量存储在储能电池组中，并提供整个系统工作时的供电管理和系统定位数据的获取和数据的发送。所述的综合电子层由电源管理单元(powermanagementunit，pmu)、gps定位芯片、nb-iot和单片机(mcu芯片)、nanosim卡及相应辅助电路构成。该电源管理单元用于进行微能量收集及充电管理。

本发明的一体化模块的层间互联及外壳封装设计工艺流程图如图2所示，其包含：

s1，将若干锂电池(即薄膜电池层)贴装，构成储能电池层20；

s2，将太阳电池层、储能电池层与综合电子层同轴线互联；该同轴互联包括不同层之间信号互联、电源端同轴互联；也包括若干锂电池之间的互联，将若干锂电池同轴线互联，将各锂电池的输出端接在一起，相当于一个特大容量的锂电池；

s3，向储能电池层的锂电池层间、以及锂电池与综合电子层的连接部灌封电子胶和粘结ab胶；

s4，抛光打磨，以使得不同层之间更好贴合；

s5，将gps天线安装在太阳能电池的顶层板上，nb天线安装在太阳能电池的底面，进行天线调试；

s6，将太阳能电池粘结在储能电池层上。

太阳电池正面电极为负极、背面为正极。电学连接时可采用电阻焊、金线焊接等多种方式。如图3所示，正面连接时，焊接区域为主栅线。考虑到砷化镓太阳电池工作时电流较小为毫安级别，可根据金线的直径选择适当的金线数目。电池背面整个区域均可以用于正极连接，在正面引线相对另一侧(背面引线)，进行金线焊接。

pifa(倒f天线)的基本模型如图4所示，其馈电线为中心竖线，右端竖线为射频短路点，引入感性并产生谐振(不影响直流的信号)，正上方横线为天线主体，其长度为1/4波长。天线工作在gps以及nb-lot的频段，即双频覆盖830mhz和870mhz的全向天线。

储能电池层采用全固态薄膜锂电池设计，其具有厚度小，能量密度高且倍率性能好的优点。采用钴酸锂(licoo2)为正极，金属锂为负极制备而成，正负电极厚度仅为2μm，可实现30c放电与10c充电，并能进行10000次深度循环使用。

如图5所示为综合电子层，主要实现对于太阳能电池片和储能电池的能量管理，同时控制定位系统和数据传输系统的启动工作休眠等各阶段工作状态。主要由pmuadp5091芯片，gprs/nb-iot+gps集成模块(即，nb-iot芯片)，mcu芯片，nanosim卡以及相应的辅助电路(如隔离电平匹配电路)构成。所述的pmuadp5091芯片通过太阳能电池连接接口与太阳能电池11连接，以收集能量；所述的pmuadp5091芯片通过锂电池连接接口与储能电池层20连接，对薄膜电池层进行充电，将多余的能量储存下来；所述的pmuadp5091芯片还分别与gprs/nb-iot+gps集成模块、隔离电平匹配电路及mcu芯片连接，以提供电压。所述的gprs/nb-iot+gps集成模块分别连接gps天线及nb天线用于采集定位跟踪的gps卫星信号；所述的gprs/nb-iot+gps集成模块还连接有sim卡(优选nanosim卡)，将采集的gps卫星信号传输给所述的sim卡，所述的sim卡进行数据传输，发送给终端用户；所述的mcu芯片通过隔离电平匹配电路与gprs/nb-iot+gps集成模块进行数据交互，与pmu信息交互、控制定位及通信数据交互与传输，对模块整体工作状态进行流程控制。

能源管理芯片，即，电源管理单元(powermanagementunit，pmu)用于实现把太阳能电池最大功率输出，并把输出的电压转换为一个稳定的高电压，提供其它芯片的工作电压，同时将太阳能电池输出的多余电量存储在储能电池组。

本发明提供的一体化模块为集成化微型自供能定位模块，尺寸24mm×24mm×4mm，结合物联网通信以及超低功耗管理技术，内嵌集成式天线，提供全天24小时不间断工作。本发明的微小的集成化模块，且设有超低功耗能量管理技术能实现全天24小时工作，可应用于穿戴设备或军事用途的自装备上。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。