基于卫星和GSM通信的双模项圈的制作方法

0、缩略语和关键术语定义

1、技术领域

本发明涉及一种卫星通信领域，特别涉及一种基于卫星和gsm通信的双模项圈。

2、

背景技术：

2.1技术背景卫星项圈是一项应用于动物保护方面的gps科技产品,它的主要用途是通过卫星定位记录受保护动物的行踪路径，进而帮助科学家更准确的研究受保护动物的繁衍。2008年，科学家和环保组织联合发起第一个长期的雪豹研究计划。使用相机陷阱和全球定位系统(gps)的项圈来收集雪豹的活动范围和生活习性等基本信息，并利用这些信息来更好地保护它们。卫星项圈广泛运用于珍稀动物追踪和动物野化放归训练中，同时对探究动物生活习性，迁徙位置等有极大帮助。目前已经广泛应用于野生动物的保护，信鸽等鸟类的追踪，动物的野化训练等场景中。

卫星项圈明显的局限点就是山坳处信号质量不好，并且卫星项圈一年的通讯成本很高，无法实现大批量使用。

2.2现有技术

2.2.1现有技术方案

现有技术主要是通过gps进行定位，传感器(温度，陀螺仪)收集传感器数据，通过低轨卫星(铱星，argos)进行数据传输，使用皮质材料构成项圈，采用锂离子电池做项圈供电系统。卫星收到的数据通过email的形式发送到用户邮件，用户通过电脑软件进行解码翻译邮件导入到平台软件，从而用户得到动物的一些基本信息。

2.2.2现有技术方案的缺点

现有技术方案通过纯粹的低轨卫星通信，在山坳处等地势低洼的地方无法进行数据发送，并且长期通过卫星数据发送通信成本高昂，无法大批量覆盖，基于锂离子电池供电相对容量较小。同体积情况小，续航短。需要频繁更换电池。

3、

技术实现要素：

本发明的构成分为四部分：(1)信息收集系统(2)供电系统(3)信号发射(天线)系统(4)项圈本体(结构)。本发明的信息收集系统基于微处理器单元做核心控制芯片，陀螺仪和温度传感器及gps收集传感器和定位信息。供电系统采用锂亚电池供电，主体为锂亚电池34615+复合电容1550，标称电量为19ah，信号发射(天线)模块有两个天线，均采用陶瓷天线的形式，一个是gsm天线，一个是卫星通信/gps双模天线。项圈顶部左边安装卫星通信/gsm天线发射模块，顶部右边安装信息控制系统。本发明可以在有2g基站覆盖的区域使用地面网络进行通信，有效的降低了传统卫星通信项圈的通讯成本，同时采用锂亚电池供电，延长续航。

本发明可以在有2g基站覆盖的区域使用地面网络进行通信，有效的降低了传统卫星通信项圈的通讯成本，同时采用锂亚电池供电，相同体积下锂亚电池能提供更长的续航，降低电池的更换频率。

4、附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1收集系统的硬件构成

图2锂亚电池尺寸图

图3锂亚电池尺寸图

图4项圈结构图

图5顶部仓体结构图

图6底部仓体结构图

图7流程图

5、具体实施方式

5.1本发明提供的完整技术方案

本发明的构成分为四部分：(1)信息收集系统(2)供电系统(3)信号发射(天线)系统(4)项圈本体(结构)。下面分别描述项圈各部分构成。

本发明的信息收集系统的硬件构成如图1所示，基于微处理器单元做核心控制芯片，陀螺仪和温度传感器及gps收集传感器和定位信息。通过gsm和卫星通信模块(二选一)进行数据传输。通过ad采样采集电压数据。当电池电量低的时候，传输电量低的信号给平台。收到电量数据后，通知人员回收项圈更换电池。本发明的信息收集系统采用低功耗的工作方式，主要分为两大块，一块是数字电路部分，一块是dcdc电源供电部分。其中数字电路部分，核心处理ic采用意法半导体的stm32l4系列的低功耗微处理器，通过串口通信的方式和gsm模块连接，gps内置在gsm模块内和gsm模块采用同一串口与微处理器通信，gsm入网的卡采用移动/联通的esim卡和gsm模块进行连接，。微处理器和卫星通信模块也采用串口通信的方式连接，使用at指令进行控制，微处理器通过i2c接口和陀螺仪和温度传感器连接，微处理器通过adc采样先接电压跟随器再接电阻分压最后接入电池检测当前的电压。dcdc电源供电部分先由锂亚电池输入电源(电压：3.6到2.8v)，先经过一个升压电源芯片使得系统电源稳定至5v，然后这部分电源供给三部分，一部分供给给卫星模块，一部分通过降压dcdc芯片供给gsm模块，最后一部分通过线性稳压器供给给各个数字模块(微处理器，传感器)。项圈在休眠的时候，通过微处理器控制关闭卫星模块，gsm/gps模块的供电，只保留微处理器的实时时钟在工作，以实现低功耗的要求。当到预设时间时，项圈主体激活，项圈进入发射模式，gsm入网搜索信号，如搜索到gsm信号，通过gsm上发数据到云平台。如搜索不到gsm，开启卫星发送搜寻，如卫星有信号(并且能达到传输要求)，通过铱星传输数据到云平台。如都搜寻不到信号，停止此次传输命令，进入待机模式等候，等待一定时长(下次命令触发)后再此检测。

本发明的供电系统采用锂亚电池供电，主体为锂亚电池34615+复合电容1550，标称电量为19ah，锂亚电池的电池特性决定了它不支持长时间大电流放电，所以我们先通过复合电容完成储能，储能的这部分能量可以供给项圈发射时的电流，发射结束后，项圈主体休眠。锂亚电池给复合电容充电用于下一次发射。锂亚电池+复合电容很符合动物项圈的使用场景，替代锂离子电池可以更好的降低项圈更换电池的频率。图2、图3是锂亚电池的尺寸图。

本发明的信号发射(天线)模块有两个天线，均采用陶瓷天线的形式，一个是gsm天线，一个是卫星通信/gps双模天线。本天线设计为左右两个模块，gsm天线设计了一个2x3cm的一个反射面，卫星通信/gps双模天线设计了一个4x4cm的反射面，天线模块放置在项圈的顶部，其中卫星通信/gps双模天位于项圈顶部的左边，gsm天线位于控制板上，放置在项圈顶部的右边。

本发明的项圈本体如图4所示，主体的装配方式都相同，但是根据皮带的长短，电池的大小会进行一些调整。

本项圈顶部左边(1)安装卫星通信/gsm天线发射模块，顶部右边(2)安装信息控制系统，(3)为项圈填充缓和物，项圈靠皮制带状物(4)连接，其中皮带部分中空内部穿过电源线和天线的馈线，项圈底部安装填充缓和物和电池仓主体(5)，底部电池仓主体和皮质连接部分设有多个小孔，用于调节项圈大小，由于两边同时调节，确保了调节项圈大小后天线的朝向不变，电池仓与皮带连接处设有一个电源线的出线口，出线后打胶密封，电源线走入皮带内，通过皮带内走线与位于左侧(1)的模块相连接。

其中顶部仓体的结构如图5，左右两边仓体设计完全一致。注重了美观性。

顶部仓体位于皮带的上方，由上下两部分构成，如图上部分是材料为塑料的上半部分壳体，具体材料为pa66，下半部分为金属块，主要目的是通过此金属固定在皮带上，壳体内分别安装安装卫星通信/gsm天线发射模块，信息控制系统。

底部仓体的结构如图6

底部仓体的材质为pa66，底部仓体内仅装配锂亚电池+复合电容放置在内，由上下部分构成，剖面图如上所示，上下部分构成结合的部分有防水圈垫在内侧，通过螺钉使得上下部分结合压紧，结构有弧形的这部分和项圈主体相连接，连接的定位孔位于结构两侧，项圈的弧状部分安装项圈填充缓和物材料为植绒毛的空心塑料。

本项圈的工作方式为在正常使用情况下，项圈处于待机状态，整机只保留实时时钟在工作，当到达预定发送信息的时间的时候，gsm入网搜索信号，如搜索到gsm信号，通过gsm上发数据到云平台。如搜索不到gsm，开启卫星发送搜寻，如卫星有信号(并且能达到传输要求)，通过铱星传输数据到云平台。如都搜寻不到信号，停止此次传输命令，进入待机模式等候，等待一定时长(下次命令触发)后再此检测。流程图如图7所示。

通过上述的工作流程使得两种通信方式结合，在有gsm网覆盖的情况下优先使用了2g网，在没有gsm网覆盖的情况下，采用卫星通信的方式，有效的扩大了通信的范围和降低了通讯成本。并且由于结合了gsm网的发送方式，相对于相同电量的单一卫星项圈拥有更长的待机寿命。预定的发送时间可以通过云平台预设，到项圈gsm网开启时，云平台下发预设时间指令，完成项圈的本地发送时间和频次的升级。

作为本发明的一种改进，根据动物体型选择更小的电池，电池仓尺寸相应缩小。提供锂亚14250，锂亚14335，锂亚14505，锂亚17335，锂亚18505，锂亚26500.

作为本发明的一种改进，在皮质项圈的左侧增加脱落电子锁，仅皮质部分断开。使得项圈可以自动脱落。

6、本发明技术方案带来的有益效果

通过本发明，带来了以下几点有益效果：

6.1改变原有卫星项圈的单一通信方式，增添了gsm网，扩大的通讯范围，同时，在有gsm的情况下，优先使用6sm，极大的降低了通讯费用，同时6sm通信的功耗比卫星更低，有效的提高了相同电量下的发送次数。

6.2合理选择电池，增加了等体积下项圈的总电量，同时也延长了的续航时间。

6.3获取数据通过平台直接发送给用户，提升原有卫星项圈的可操作性。

6.4天线发射/接受模块均位于项圈的顶部，并增加合适大小的反馈面，提高了信号质量。

6.5项圈的两侧调节同时调节方式使得天线始终位于项圈的正上方，提高信号质量。