一种基于微能源电源的定位通信装置的制作方法

本发明涉及智能电子设备技术领域，特别是一种基于微能源电源的定位通信装置。

背景技术：

进入 21 世纪后，人类社会高速发展，同时却带来了众多的能源和环境问题。在有限的可利用能源和环境保护的双重制约面前，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑划。能源和环境问题越来越突出，主要表现在传统能源的不断减少及其对环境造成的危害日益突出。为了解决能源危机，全世界都把目光投向了新能源，人们希望新能源能够缓解目前紧张的能源供应。因此，环境中的微乳能量也称为了人们的关注焦点，人们希望将环境中的振动能、潮汐能、电磁能、太阳能加以收集，通过技术处理后能够给低功耗的器件利用。

随着社会的发展，传统化石燃料日渐枯竭，环境问题越来越突出。为了减少环境污染， 寻找可替代的清洁能源，科学家们提出了各种能量转换方案，如：太阳能发电，潮汐发电，风能及核能等。随着科学技术的进步，无线传感器技术已经渗透到我们生活的各个方面。无线通信已经逐步发展到能为人和物之间即时通信的物联网，但与此同时物联网的总体的稳定性和可持续发展问题也越来越突出。与此同时，为了满足人们生活和生产的需要，越来越多的传感器需要被安放在人迹罕至或者环境恶劣的地区，这些地区恶劣的环境决定了人们使用的化学电池为无线传感器节点供电是有着先天的不足，因为在这些地区更换化学电池往往是一件不太可能的事情。

尽管化学能电池因其方便的特点而被广泛应用，但是其有着自身的局限性。化学能电池供电这种方式一直工作可靠，但传感器网络的可用寿命取决于电池的可用寿命。这些电池一般能持续工作 3 ～ 5 年时间，在每个传感器节点中，都属于昂贵的组件。在有一些应用中难以更换电池，而且更换电池费用高昂。因此，人们希望能实现传感器的自供电，将自供电系统用在传感器网络系统中，可取代电池或延长电池的使用寿命。

近年来儿童、老人、大学生失联事件时有发生，如何及时定位失联者和失联者遇紧急情况及时发出请求信号是一个亟待解决的问题。可穿戴定位设备是一个较好的解决方案，目前市场可见定位手表、定位鞋、定位书包等产品。

但这些产品的供能方式大多采用电池供电或外接充电器供电，电源续航能力不足，在户外探险者掉队或遇到意外、老人或儿童迷路或遇到危险、卧底警察遇到危险、重要人物或高收入人群被绑架等诸多情况中，一旦定位设备的电源耗尽，用户是无法及时给定位设备充电的，从而影响了定位设备的使用，大大限制了突发情况的营救时间，给用户带来了诸多不便并且可能危及用户的生命安全。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于微能源电源的定位通信装置，本装置基于微能源电源可持续提供供电，从而实现实时定位、实时通信且结构简单。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种基于微能源电源的定位通信装置，包括电源装置、GPS定位模块、无线通信模块、发射器模块和接收器模块；所述电源装置包括压电发电模块和储能模块电路，所述压电发电模块包括第一压电层、橡胶隔层、第二压电层和多个垫片，所述储能模块电路包括整流模块、滤波模块、降压式变换模块、储能模块和输出控制模块；其中，

橡胶隔层设置在第一压电层和第二压电层之间，垫片设置在第二压电层下；压电发电模块、整流模块、滤波模块、降压式变换模块、输出控制模块依次顺序连接，储能模块和整流模块连接，输出控制模块与GPS定位模块、无线通信模块分别连接，GPS定位模块、发射器模块、接收器模块分别与无线通信模块连接；

整流模块、滤波模块和降压式变换模块包括LTC3588-1芯片、第一电容、第二电容和第一电阻；其中，LTC3588-1芯片的PZ1端与第一压电层连接，LTC3588-1芯片的PZ2端与第二压电层连接，LTC3588-1芯片的Vin2端、LTC3588-1芯片的D1端分别与第一电容的一端连接，第一电容的另一端接地，LTC3588-1芯片的D0端接地，LTC3588-1芯片的SW端与第一电阻的一端连接，LTC3588-1芯片的Vout端与第一电阻的另一端连接；

储能模块包括第三电容和第四电容，其中，LTC3588-1芯片的Vin端与第三电容的一端、第四电容的一端分别连接，第三电容的另一端与LTC3588-1芯片的CAP端连接，第四电容的另一端接地；

输出控制模块包括LTC1515芯片、第二电阻、第五电容和第六电容；其中，LTC1515芯片的Vin端与第一电阻的另一端连接，LTC1515芯片的端与LTC1515芯片的5/端、LTC3588-1芯片的Pgood端分别连接，LTC1515芯片的Vout端与LTC1515芯片的POR端、第二电阻的一端分别连接，第二电阻的另一端与第六电容的一端连接，第六电容的另一端与地连接，LTC1515芯片的C1-端与第五电容的一端连接，LTC1515芯片的C1+端与第五电容的另一端连接。

作为本发明所述的一种基于微能源电源的定位通信装置进一步优化方案，所述发射器模块包括发射器控制电路、发射器前级放大电路、发射器音频信号编码调制电路、发射器功率放大电路、发射器耳机和发射器麦克风，所述接收器模块包括接收器控制电路、接收器高频放大电路、接收器音频信号解码调制电路、接收器滤波电路、接收器前置放大电路、接收器功率放大电路和接收器耳机；其中，

发射器麦克风、发射器耳机、发射器音频信号编码调制电路、发射器功率放大电路分别与发射器前级放大电路连接，发射器控制电路与发射器音频信号编码调制电路连接；接收器控制电路与接收器音频信号解码调制电路连接，接收器高频放大电路、接收器音频信号解码调制电路、接收器滤波电路、接收器前置放大电路、接收器功率放大电路、接收器耳机依次顺序连接，接收器高频放大电路、发射器功率放大电路分别与无线通信模块连接。

作为本发明所述的一种基于微能源电源的定位通信装置进一步优化方案，无线通信模块为蓝牙模块。

作为本发明所述的一种基于微能源电源的定位通信装置进一步优化方案，垫片为两个，垫片分别设置在第二压电层下的两侧。

作为本发明所述的一种基于微能源电源的定位通信装置进一步优化方案，还包括按键模块和LED灯，输出控制模块、按键模块、LED灯依次顺序连接。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本装置基于微能源电源，利用电源装置中的压电发电模块将压力产生的机械能转化为电能，这种机械能随时随地都能产生，从而能够持续地为其他各模块供电；

（2）本装置能够为电子设备持续供电，实现无需外接充电且可实时定位、通信；

（3）本装置结构简单、方便实用。

附图说明

图1是本装置的结构示意图；

图2是发射器模块结构示意图；

图3是接收器模块结构示意图；

图4是储能模块电路的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

图1是本装置的结构示意图，一种基于微能源电源的定位通信装置，其特征在于，包括电源装置、GPS定位模块、无线通信模块、发射器模块和接收器模块；所述电源装置包括压电发电模块和储能模块电路，所述压电发电模块包括第一压电层、橡胶隔层、第二压电层和多个垫片，所述储能模块电路包括整流模块、滤波模块、降压式变换模块、储能模块和输出控制模块；其中，

橡胶隔层设置在第一压电层和第二压电层之间，垫片设置在第二压电层下；压电发电模块、整流模块、滤波模块、降压式变换模块、输出控制模块依次顺序连接，储能模块和整流模块连接，输出控制模块与GPS定位模块、无线通信模块分别连接，GPS定位模块、发射器模块、接收器模块分别与无线通信模块连接；

图4是储能模块电路的电路示意图，整流模块、滤波模块和降压式变换模块包括LTC3588-1芯片、第一电容、第二电容和第一电阻；其中，LTC3588-1芯片的PZ1端与第一压电层连接，LTC3588-1芯片的PZ2端与第二压电层连接，LTC3588-1芯片的Vin2端、LTC3588-1芯片的D1端分别与第一电容的一端连接，第一电容的另一端接地，LTC3588-1芯片的D0端接地，LTC3588-1芯片的SW端与第一电阻的一端连接，LTC3588-1芯片的Vout端与第一电阻的另一端连接；

储能模块包括第三电容和第四电容，其中，LTC3588-1芯片的Vin端与第三电容的一端、第四电容的一端分别连接，第三电容的另一端与LTC3588-1芯片的CAP端连接，第四电容的另一端接地；

输出控制模块包括LTC1515芯片、第二电阻、第五电容和第六电容；其中，LTC1515芯片的Vin端与第一电阻的另一端连接，LTC1515芯片的端与LTC1515芯片的5/端、LTC3588-1芯片的Pgood端分别连接，LTC1515芯片的Vout端与LTC1515芯片的POR端、第二电阻的一端分别连接，第二电阻的另一端与第六电容的一端连接，第六电容的另一端与地连接，LTC1515芯片的C1-端与第五电容的一端连接，LTC1515芯片的C1+端与第五电容的另一端连接。

图2是发射器模块结构示意图，所述发射器模块包括发射器控制电路、发射器前级放大电路、发射器音频信号编码调制电路、发射器功率放大电路、发射器耳机和发射器麦克风，图3是接收器模块结构示意图，所述接收器模块包括接收器控制电路、接收器高频放大电路、接收器音频信号解码调制电路、接收器滤波电路、接收器前置放大电路、接收器功率放大电路和接收器耳机；其中，

发射器麦克风、发射器耳机、发射器音频信号编码调制电路、发射器功率放大电路分别与发射器前级放大电路连接，发射器控制电路与发射器音频信号编码调制电路连接；接收器控制电路与接收器音频信号解码调制电路连接，接收器高频放大电路、接收器音频信号解码调制电路、接收器滤波电路、接收器前置放大电路、接收器功率放大电路、接收器耳机依次顺序连接，接收器高频放大电路、发射器功率放大电路分别与无线通信模块连接。

橡胶隔层用于将第一压电层和第二压电层之间分隔开以避免相互间的磨损，垫片可用于增加第一压电层和第二压电层的变形量，以提高发电效率。当第一压电层和第二压电层受到振动压力时，发生弯曲变形，即产生电压输出至整流单元；

整流模块，用于对电压进行整流处理，输出整流后的直流电至滤波模块和储能模块；

滤波模块，用于对直流电进行滤波，输出滤波后的直流电至降压式变换模块；

降压式变换模块，用于对滤波后的直流电进行限压处理，输出限压后的直流电至输出控制模块；

输出控制模块，用于对限压后的直流电进行稳压，输出稳定的电压至GPS定位模块、无线通信模块供电；

所述限压后的直流电若低于储能单元的储能电压时，所述储能模块对整流模块放电。

GPS定位模块进行定位并通过无线通信模块发送定位信号至外部的监测终端，监测终端处的监测者即可实时得到位置信息。

发射器模块可将信号通过无线通信模块传输至其它人所持有的设备中接收器模块，随时保持人员之间的联系，提高了使用的便利性。

无线通信模块可为蓝牙模块、ZigBee模块或者WIFI模块。

其中的垫片最佳为两个，垫片分别设置在第二压电层下的两侧，最大的增加第一压电层和第二压电层的变形量。

本发明还包括按键模块和LED灯，输出控制模块、按键模块、LED灯依次顺序连接。通过按键模块控制LED灯的亮灭。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。