动物行为监测跟踪器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种动物行为监测跟踪器，包括太阳能电池、蓄电部件、CPU处理器、无线通信部件、以及充电控制电路，蓄电部件为超级电容器；CPU处理器包括CPU单元、内部存储器、CPU电源、射频通讯控制器、以及I/O端子；无线通信部件包括射频电源和无线射频通信电路；无线射频通信电路上设有板载天线IPX插座，板载天线IPX插座插接有射频天线；模数转换单元设有两个电源电压信号输入端子、一个状态电压输入端子、以及一个工作电压输入端子；无线射频通信电路包括至少一个位置定位系统。通过采用上述技术方案，本实用新型中充电控制电路的电阻与太阳能电池的内阻相等，因此可以保证充电控制电路的输出功率最大化。
【专利说明】动物行为监测跟踪器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及鸟类跟踪设备【技术领域】，特别是涉及一种动物行为监测跟踪器。
【背景技术】
[0002] 众所周知，动物行为监测跟踪器是人类了解动物、以及了解动物生存环境的必备 设备之一；由于动物行为监测跟踪器在对动物跟踪、研究的过程中承担着非常重要的角色； 因此各国科研工作者正在不遗余力地研发新的跟踪技术或者是对现有技术跟踪设备进行 改进，从而使得现有的动物行为监测跟踪器能够满足多种条件的需要；目前，传统动物行为 监测跟踪器的主要功能是对动物的位置监测，比如中国专利申请号200720305341. 5,实用 新型名称为：一种动物运动跟踪装置及系统；其公开了一种基于GPS、和GSM模块的双定位 系统；中国专利申请号为201020552567. 7,实用新型名称为：一种太阳能寻踪装置；其公开 了一种基于太阳能的动物跟踪装置。
[0003] 通过长期的实践环节发现：由于动物（特别是野生鸟类动物）的生产环境比较恶 劣，因此对动物行为监测跟踪器的性能就提出了更高的要求，其中，电能是动物行为监测跟 踪器的能量依靠，目前，为了延长动物行为监测跟踪器的使用寿命，人们利用太阳能充电系 统替代传统的干电池作为动物行为监测跟踪器的电能；这一技术在一定程度上延长了动物 行为监测跟踪器的使用寿命，但是，随着人们对动物行为监测跟踪器的功能要求越来越多， 动物行为监测跟踪器的能耗需求不断增大，直接导致结果是其体积不断增大，因此，设计 开发一种通过对动物行为监测跟踪器各部件的耗电量进行综合管理，从而提高其电能利用 率，最终达到低功耗的动物行为监测跟踪器显得尤为重要。 实用新型内容
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是：提供一种低功耗的动物行为监测跟踪器及其方 法。
[0005] 本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0006] 一种动物行为监测跟踪器，包括太阳能电池、蓄电部件、CPU处理器、以及无线通信 部件；其特征在于：所述蓄电部件为超级电容器；所述CPU处理器包括CPU单元、以及与所 述CPU单元电连接的模数转换单元、内部存储器、CPU电源、射频通讯控制器、以及I/O端子； 所述无线通信部件包括射频电源和无线射频通信电路；所述无线射频通信电路上设有板载 天线IPX插座，所述板载天线IPX插座插接有射频天线；所述模数转换单元设有两个电源电 压信号输入端子、一个状态电压输入端子、以及一个工作电压输入端子；所述无线射频通信 电路包括至少一个位置定位系统；
[0007] 还包括充电控制电路，所述充电控制电路包括至少一个电源输入端子、BOOST型升 压电路、控制逻辑电路、PWM信号发生器、至少一个充电输出端子、以及至少一个电源驱动输 出端子，所述充电控制电路的电阻与太阳能电池的内阻相等；
[0008] 所述太阳能电池与充电控制电路的电源输入端子电连接，所述充电控制电路的充 电输出端子与超级电容器电连接，所述充电控制电路的电源驱动输出端子与CPU电源电连 接；所述超级电容器分别与模数转换单元的一个电源电压信号输入端子、射频电源电连接； 所述太阳能电池与模数转换单元的另一个电源电压信号输入端子电连接；所述I/O端子与 控制射频电源工作状态的开关端子电连接；所述无线射频通信电路通过通讯总线与射频通 讯控制器连接；所述射频通讯控制器通过数据线与无线射频通信电路的工作状态开关端子 连接。
[0009] 进一步：所述CPU处理器设有SPI通信控制器。
[0010] 更进一步：所述CPU处理器设有DCMI控制器。
[0011] 更进一步：所述CPU处理器设有IIC通信协议控制器。
[0012] 更进一步：所述CPU单元为16位MSP430芯片。
[0013] 更进一步：所述CPU单元的型号为MSP430F2410。
[0014] 更进一步：所述位置定位系统为GPS卫星定位系统、格洛纳斯系统定位系统、移动 通信基站定位系统中的一种。
[0015] 本实用新型具有的优点和积极效果是：
[0016] 由于本实用新型中充电控制电路的电阻与太阳能电池的内阻相等，因此可以保证 充电控制电路的输出功率最大化；进而满足超级电容器和CPU处理器的电量需求；提高电 能的利用率；
[0017] 由于在太阳能电池和负载（CPU处理器和无线通信部件）之间增加了充电控制电 路，因此一方面可以保证CPU处理器电压工作的稳定性，另外一方面保证超级电容器的快 速充放电电压要求；
[0018] 由于无线通信部件设置有射频电源，因此为CPU处理器控制无线通信部件间歇性 工作提供了很好的硬件基础；同时进一步提高了电能的利用率，降低电能的损耗；
[0019] 由于无线射频通信电路包括至少一个位置定位系统，因此在使用的过程中，可以 采用多个位置定位系统组合的方式，在提高定位精度的同时，保证定位功能的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本实用新型的电路框图；
[0021] 图2是本实用新型中充电控制电路的等效电路图；
[0022] 图3是本实用新型中图2的优化电路图；
[0023] 其中：1、太阳能电池；2、充电控制电路；3、超级电容器；4、CPU处理器；5、无线通 信部件。
【具体实施方式】
[0024] 为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并 配合附图详细说明如下：
[0025] 请参阅图1，一种动物行为监测跟踪器，包括太阳能电池1、充电控制电路2、蓄电 部件、CPU处理器4、以及无线通信部件5 ;作为优选实施例，为了实现快速充电的功能，上述 蓄电部件为超级电容器3 ;CPU处理器4包括CPU单元、以及与CPU单元电连接的模数转换 单元、内部存储器、CPU电源、射频通讯控制器、以及I/O端子；无线通信部件5包括射频电 源和无线射频通信电路；所述模数转换单元设有两个电源电压信号输入端子、一个状态电 压输入端子、以及一个工作电压输入端子；所述无线射频通信电路包括至少一个位置定位 系统；为了便于射频天线的拆卸以及更换，所述无线射频通信电路上设有板载天线IPX插 座，所述板载天线IPX插座插接有射频天线；
[0026] 充电控制电路2包括至少一个电源输入端子、BOOST型升压电路、控制逻辑电路、 PWM信号发生器、至少一个充电输出端子、以及至少一个电源驱动输出端子，为了实现充电 控制电路2的输出功率最大化，充电控制电路2的电阻与太阳能电池1的内阻相等；
[0027] 太阳能电池1与充电控制电路2的电源输入端子电连接，充电控制电路2的充电 输出端子与超级电容器3电连接，充电控制电路2的电源驱动输出端子与CPU电源电连接； 超级电容器3分别与模数转换单元的一个电源电压信号输入端子、射频电源电连接；太阳 能电池1与模数转换单元的另一个电源电压信号输入端子电连接；所述I/O端子与控制射 频电源工作状态的开关端子电连接；无线射频通信电路通过通讯总线与射频通讯控制器连 接；所述射频通讯控制器通过数据线与无线射频通信电路5的工作状态开关端子连接。
[0028] 本实用新型的工作原理为：太阳能电池1产生的电能，一方面输出给充电控制电 路2,另一方面为CPU处理器4的模数转换单元提供电量，由于充电控制电路2的电阻与太 阳能电池1的内阻相等，因此，充电控制电路2的输出功率可以最大化，于是，充电控制电路 2 -方面可以为CPU处理器4提供3. 3V的驱动电能，另外一方面也可以为超级电容器2提 供充电电能，由于超级电容器2本身具有快速充电的功能，因此超级电容器2的电能达到饱 和状态的时间会比较短（与传统的普通蓄电池，比如锂电池相比较），当超级电容器2的电 能达到饱和状态时，射频电源得到电能，此时，射频电源具有为无线射频通信电路提供电能 的能力，此时，如果CPU单元通过I/O端子开启射频电源，则无线射频通信电路获得电能开 始工作，即无线射频通信电路通过位置定位系统获取动物的位置信息，然后将位置信息依 次通过通讯总线、射频通讯控制器、CPU单元发送给内部存储器，然后CPU单元再从内部存 储单元中提取存储的位置信息，再进行数据发送到服务器终端；由于本实用新型具有了上 述硬件基础，因此，CPU单元可以通过I/O端子向射频电源发送间断性启停信号，这样就可 以减少电能的损耗，保证动物行为监测跟踪器能够持续长久地处于最佳工作状态。
[0029] 为了便于CPU处理器4能够存储更多的数据，在上述具体实施例的基础上，CPU处 理器4设有连接MicroSD卡用的SPI通信控制器。
[0030] 为了便于动物行为监测跟踪器能够方便快速的连接更多外设，比如摄像头，在上 述具体实施例的基础上，CPU处理器4连接有DCMI控制器。
[0031] 为了便于动物行为监测跟踪器能够方便快速的连接外部传感器，比如陀螺传感 器；在上述具体实施例的基础上，CPU处理器4设有IIC通信协议控制器，当动物行为监测 跟踪器连接上陀螺传感器时，即可对对位的姿态位置信息进行及时的掌握；
[0032] 由于CPU单元是本实用新型的耗电元器件之一，为了减少电能的损耗，作为优选， 上述多个具体实施例中的CPU单元优选16位MSP430芯片。在本具体实施例中，CPU单元 的型号为MSP430F2410。
[0033] 为了保证位置定位系统工作的可靠性：所述位置定位系统选用技术比较成熟的 GPS卫星定位系统、格洛纳斯系统定位系统、移动通信基站定位系统中的一种，也可以选用 多种进行配合使用。
[0034] 如图2所述，为了充电控制电路2的输出功率可以最大化，充电控制电路2通过设 定电阻R4实现充电控制电路2的电阻与太阳能电池板1内阻的相等匹配；
[0035] 即：太阳能电池板1为高阻型功率输出器件，设它的内部等效电阻为Ri，则，太阳 能充电管理电路内部也有一个等效电阻，设定为Rx，则，通过Ri= Rx+R4实现外部电阻与内 部电阻等效，实现功率最大化。
[0036] 通过电阻R4设定，可以做到当外部太阳能电池板1在太阳光在多云等有临时性遮 蔽物的情况下，可以保证对充电电池充电电压不至于很快跌落到无法正常充电的情况，即： 跌落将是一个缓慢的过程，并同时保证被充电的超级电容器3不至于立刻再向充电电路进 行放电，从而保护充电电路。
[0037] 因为充电控制电路2在对超级电容器3充电的同时，还对CPU处理器4进行供电， 所以，太阳能电池板1内部等效电路如图3所示：
[0038] 该充电控制电路2属于LDO型电路架构（降压输出电路，S卩：输入〉输出）。通过 外部电阻R3和电阻R4进行外部输出电压调节控制。但在LDO电路之前，LDO电路输入电 压来自电容器C5两端电压。
[0039] 为了保证输入电源的利用率，也就是宽电压输入，所以，在控制逻辑电路内部，有 一个BOOST型控制逻辑电路。正常情况下，内部电路有一个PWM信号发生器，会周期性产生 一个PWM方波信号。而这个方波信号的输出连接到了场效应管Ql上。当PWM信号发生器 当前电平为高电平信号的时候，场效应管Ql的源级与栅极导通，即处于短路状态，此时场 效应管Ql器件后面的电容C2,电容C5电容没有被充电。
[0040] 当PWM信号发生器从高电平瞬间转换成为低电平的时候，场效应管Ql的源级与栅 极断开，场效应管Ql不在让后面的电路处于短路状态，从而获得电量。此时，由于先前电感 Ll 一直处于被充电的状态，所以，此时，夕卜部输入电压和电感Ll所感生出的电压叠加到一 起对电容C2,电容C5充电。
[0041] 即：输出电压〉输入电压
[0042] 而电感产生的电压又由外部电阻Rl和R2设定。设定方法在PWM信号发生器发生 期内完成。
[0043] 经过以上若干各PWM信号周期，电容C2,电容C5被稳定在用户设定输出电压上， 故，此时，射频电路趋于稳定输出状态。
[0044] 之后，充电控制电路2将会分出两路进行输出，一路被送到CPU处理器4，对它进行 供电；另一路，被送到超级电容器3，使得充电得以进行。
[0045] 这个外部LDO型电路输出电压可以为CPU处理器4供电；使得CPU处理器4可以 独立于被充电的超级电容器3的电源独立工作。这使得在超级电容器3被充电的同时，CPU 处理器4可以实时监控产品电路中任何一个电路的工作状态。
[0046] 太阳能电池1的电压输入范围：0.2V至5V的极宽输入范围内工作，充电控制电路 2接受的输入源为：太阳能电池1。其中充电控制电路2的最大功率电压设定为2V输入电 压。故，太阳能电池1在大于等于2V电压的时候，充电控制电路2会全效率对超级电容进 行充电。
[0047] 图3中，太阳能电池1电阻选型计算方法：
【权利要求】
1. 一种动物行为监测跟踪器，包括太阳能电池、蓄电部件、CPU处理器、以及无线通信 部件；其特征在于：所述蓄电部件为超级电容器；所述CPU处理器包括CPU单元、以及与所 述CPU单元电连接的模数转换单元、内部存储器、CPU电源、射频通讯控制器、以及I/O端子； 所述无线通信部件包括射频电源和无线射频通信电路；所述无线射频通信电路上设有板载 天线IPX插座，所述板载天线IPX插座插接有射频天线；所述模数转换单元设有两个电源电 压信号输入端子、一个状态电压输入端子、以及一个工作电压输入端子；所述无线射频通信 电路包括至少一个位置定位系统； 还包括充电控制电路，所述充电控制电路包括至少一个电源输入端子、BOOST型升压电 路、控制逻辑电路、PWM信号发生器、至少一个充电输出端子、以及至少一个电源驱动输出端 子，所述充电控制电路的电阻与太阳能电池的内阻相等； 所述太阳能电池与充电控制电路的电源输入端子电连接，所述充电控制电路的充电输 出端子与超级电容器电连接，所述充电控制电路的电源驱动输出端子与CPU电源电连接； 所述超级电容器分别与模数转换单元的一个电源电压信号输入端子、射频电源电连接；所 述太阳能电池与模数转换单元的另一个电源电压信号输入端子电连接；所述I/O端子与控 制射频电源工作状态的开关端子电连接；所述无线射频通信电路通过通讯总线与射频通讯 控制器连接；所述射频通讯控制器通过数据线与无线射频通信电路的工作状态开关端子连 接。
2. 根据权利要求1所述的动物行为监测跟踪器，其特征在于：所述CPU处理器设有SPI 通信控制器。
3. 根据权利要求2所述的动物行为监测跟踪器，其特征在于：所述CPU处理器连接有 DCMI控制器。
4. 根据权利要求3所述的动物行为监测跟踪器，其特征在于：所述CPU处理器设有IIC 通信协议控制器。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的动物行为监测跟踪器，其特征在于：所述CPU单元 为16位MSP430芯片。
6. 根据权利要求5所述的动物行为监测跟踪器，其特征在于：所述CPU单元的型号为 MSP430F2410。
7. 根据权利要求5所述的动物行为监测跟踪器，其特征在于：所述位置定位系统为GPS 卫星定位系统、格洛纳斯系统定位系统、移动通信基站定位系统中的一种。
【文档编号】G08C17/02GK204166134SQ201420548444
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】方炳祥, 左莹, 石慧慧 申请人:天津市浙海科技有限责任公司