一种定位系统及其使用方法与流程

本发明涉及车载设备技术领域，尤其涉及一种定位系统及其使用方法。

背景技术：

2014年1月28日公安部交管局公布：至2013年底，全国机动车数量突破2.5亿辆，机动车驾驶人近2.8亿人，其中，汽车达1.37亿辆，汽车驾驶人2.19亿人。当下由于中国车多，开车的人更多，交通拥堵已经成为全国性的问题。几乎所有的大城市都面临着这一棘手的难题，北京尤其严重，是中国大城市堵车最为严重的典型，早晚高峰时段公交车行驶的平均速度12--15公里/小时；深圳2013年汽车保有量超230万辆，高峰时段主要干道公交运营速度已降到约10公里/小时。广州、上海等城市的交通问题也是不容乐观。导航仪，现代科技的产物，多用于汽车上，用于定位、导航和娱乐，随着汽车的普及和道路的建设，城际间的经济往来更加频繁，车载导航仪显得很重要，准确定位、导航、娱乐功能集于一身的导航更能满足车主的需求，成为车上的基本装备。GPS系统具备定位精度高，覆盖范围广等优点，但是由于该系统为他国军方控制，在特定情况下会认为增加其定位误差或者使其失效。鉴于卫星导航在经济生活和国防领域方面的重要意义，我国在2003年初步建起了北斗一号卫星导航定位系统，并投入使用。北斗卫星导航系统，英文名称为Compass，是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS)，是继美全球定位系统(GPS)和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20米，授时精度优于100纳秒。北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。但是由于车载导航处于不断电工作状态，其连接到车载电源上，给汽车带来额外的电源消耗。

能量收集装置或其思想自2000年初就出现了，但只是凭借近期的技术发展才将其推近至商业化阶段。其运用在运输基础设施，无线医疗设备，轮胎压力检测，楼宇自动化等等多个方面。能量收集技术主要包括压电能量收集技术、电磁能量收集技术、热电能量收集技术、薄膜电池材料与技术、生物MEMS能量收集技术等。

但现有的能量收集技术的装置体积较大，小型化过程存在着一定的困难，而由于导航定位设备本身体积较小。因此，在车载导航设备中应用能量收集技术来降低其能耗是亟需解决的问题之一。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种定位系统及其使用方法，旨在解决现有的定位系统能耗较大，与能量收集技术不兼容的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种定位系统，包括用于确定定位数据的定位模块、与所述定位模块连接的显示模块以及用于为显示模块供电的电源模块，其中，所述定位系统还包括：用于采集机械振动并转换为电能的能量收集模块；所述能量收集模块与所述定位模块连接，向所述定位模块供电；

所述能量收集模块包括至少一个压电能量收集单元；所述压电能量收集单元包括：固定外壳本体；与所述固定外壳本体通过若干弹性件弹性连接的质量块，所述质量块在所述固定外壳的弹性件的限制范围内往复摆动；以及一端与所述固定外壳本体连接，另一端随质量块摆动的压电元件；

所述压电元件的压电陶瓷片为等边三角形，顶点设置有至少一个金属压点。

所述的定位系统，其中，所述压电元件具体包括：

一柔性支撑基片；以及设置在所述柔性支撑基片两侧的压电层；所述压电层粘合于所述柔性支撑基片两侧。

所述的定位系统，其中，所述柔性支撑基片的材料为塑料或者金属。

所述的定位系统，其中，所述弹性件为压缩弹簧。

所述的定位系统，其中，所述固定外壳本体包括：底座；垂直设置在底座两侧的立柱，所述立柱上设置有压电元件；与所述立柱连接的，与底座相对设置的上梁；

所述底座、上梁以及压电元件通过弹性件与所述质量块连接。

所述的定位系统，其中，所述立柱设置为对称的至少两对。

所述的定位系统，其中，所述立柱设置为对称的两对。

一种如上所述的定位系统的使用方法，其中，将所述定位系统设置于车辆中；所述能量收集模块收集汽车运行过程中的振动并转换为电能为所述定位模块供电。

有益效果：本发明提供的一种定位系统及其使用方法，通过增设压电能量收集单元，实现了对于振动能量的采集，有利于降低定位系统的定位模块在使用过程中的功耗。而且该压电能量收集单元结构设计能够很好的实现小型化，便于在车载定位这样小型的设备中实现，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的定位系统的功能框图。

图2为本发明实施例提供的压电能量收集单元的俯视图。

图3为现有技术中的压电能量收集器的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的压电能量收集单元的侧视图。

图5为本发明实施例提供的智能封条的示意图。

图6为本发明实施例提供的数据处理与移动传输模块的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种定位系统及其使用方法。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种定位系统。该定位系统包括：定位模块100，显示模块200，电源模块300,以及能量收集模块400。

进一步的，如图1所示，所述定位系统还可以包括外部移动终端。所述外部移动终端与定位模块100连接，获取定位信息。所述外部移动终端可以通过任何合适的方式与所述定位模块建立通信连接，例如移动蜂窝网络，所述外部移动终端可以是任何合适的智能或者非智能终端设备，例如手机、平板电脑、可穿戴设备、个人电脑等。

在本实施例中，以GPS/北斗定位系统，在车载设备中的应用为例进行阐述。应当说明的是，本发明的定位系统还可以应用于其他不同的定位系统或者其他相类似的，要求小型化设置的应用场合，例如移动式定位系统。

定位模块100为核心工作单元，用于实现车辆定位并向外部移动终端发送定位数据。外部移动终端可以接收所述定位数据并进行进一步处理。所述显示模块与定位模块100连接并结合内置的地图信息或者处理程序，向用户展示当前导航情况以及实现其他更多的功能，例如提示拥堵道路、暂时禁止通行道路或者显示用户与目的地的推荐线路等。

电源模块300用于为显示模块200供电。考虑到显示模块200的耗电量较大，使用电源模块300为其供电才能够满足其基本使用需求。

所述能量收集模块400采集机械振动(例如在汽车运行过程中产生的振动等)并转换为电能，为所述定位模块100供电以减少定位系统的能耗。

图2为本发明实施例的压电能量收集单元500的俯视图。在实际应用过程中，该能量收集模块400包括至少一个压电能量收集单元500，还可以包括其他合适的，采用不同能量收集技术的能量收集单元或者装置，或者还可以同时设置多个压电能量收集单元500以满足定位模块的供电需求。

如图2所示，该压电能量收集单元500包括：固定外壳本体510；与所述固定外壳本体通过若干弹性件540弹性连接的质量块520以及一端与所述固定外壳本体连接，另一端随质量块摆动的压电元件530。

所述质量块520在所述固定外壳510的弹性件的限制范围内往复摆动，从而带动压电元件530发生弯曲变形，转换为电能。

图3为现有技术中常用的压电能量收集器，其中Si基片(101)基础上制备的SiO2悬臂梁是结构支撑层，Pt/Ti复合层(102)作为上下电极采集压电层PZT材料(103)模式下的压点电荷。

压电能量收集器其基本工作原理是压电效应，当器件谐振工作于外界振动激励时，压电结构发生最大形变，压电材料产生相应的应力应变，从而诱发材料内部电荷位移产生最强电场/电压。通过电路整流、电荷存储等即可实现机械能向电能的转换和采集。

虽然采用压电能量收集技术的压电能量收集单元能够很好的实现小型化，但是由于通常车辆内环境的振动源基本特征频率比较低(在1KHz以下甚至低于100Hz)。而通常情况下随着装置尺寸的减小，结构的固有频率会上升，导致压电能量收集装置难以应用在车载环境中，需要设计压电能量收集器结构谐振工作于低频振动。

所述压电元件的压电陶瓷片为等边三角形，顶点设置有至少一个金属压点。设置为等边三角形的压电陶瓷片能够具有较其他几何形状更优秀的许用应力，避免压点陶瓷片因震动而受到疲劳损伤等情况发生，与实际应用过程中的低频震动更为适应。该金属压点可以提高悬臂梁式压电能量收集器的带宽，避免在偏离工作频率时，发电效率迅速下降。

图4为本发明实施例提供的压电能量收集单元500的侧视图。在该压电能量收集单元500中，所述压电元件530具体包括：柔性支撑基片531以及设置在所述柔性支撑基片两侧的压电层532。所述压电层532粘合于所述柔性支撑基片531两侧。更具体的，所述柔性支撑基片531的材料可以为塑料或者金属，或者其他合适的柔性材料。

如图4所示，所述固定外壳本体510则具体包括：底座511、垂直设置在底座两侧的立柱512、与所述立柱连接的，与底座相对设置的上梁513。所述固定外壳构成一个非封闭的矩形结构。

所述立柱512上设置有压电元件530。所述底座511、上梁513以及压电元件530通过弹性件540与所述质量块530连接。在本实施例中，所述弹性件540具体为压缩弹簧。

具体的，所述立柱512可以根据实际情况的需要，设置为对称的至少两对，例如，在本实施例中，所述立柱512设置为对称的两对，还可以为4个，5个或者6个等。

如图4所示，在其中一个立柱的顶部设置有上梁，向底座511的中心方向延伸。从上梁远离立柱的端部下通过压缩弹簧540与质量块520的顶部连接。质量块520的底部通过压缩弹簧540与底座511的中心连接。各个立柱上的压电元件530也分别通过压缩弹簧540连接到质量块520的侧面上。

由此，在车辆运行中，车身的震动会引起质量块520上下震动，并通过各个弹性元件540使得各个立柱上的压电元件530发生弯曲形变，从而诱发材料内部电荷位移产生最强电场/电压。

本发明实施例提供的压电能量收集单元可以通过质量块520在上下左右前后各个方向上的移动从而引发压电元件530发生弯曲形变，达到了较好的震动能量收集效果，并容易实现小型化。

本发明还提供了一种如上所述的定位系统的使用方法。首先，可以将所述定位系统设置于车辆中，所述能量收集模块收集汽车运行过程中的振动并转换为电能为所述定位模块供电。

在设置过程中，还可以增设如图5所示的智能封条。所述智能封条包括：封条锁钢丝1，电子锁扣2以及数据处理与移动传输模块3。

数据处理和移动传输模块3具体可以包括如图6所示的功能模块(包括数据传输模块37，处理器31，第一信号转换模块32，复用端口33、第二信号转换模块36、数据编码模块35以及数据源模块34)。其中，智能封条的数据可以通过数据源模块34获得，其位置或者其他合适的信息则可以通过例如移动蜂窝网络等方式，由数据传输模块37向外传输。

通过设置该智能封条，可能很好的保持在定位系统设置过程中的位置，若不慎在修理或者进行其他操作时，破坏了封条，也可以及时的反馈信息，从而更好的避免对定位系统的正常工作造成影响。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。