基于光能采集的NB-IoT智慧学生卡及其系统的制作方法

本实用新型涉及光能供电和通信技术领域，特别涉及一种基于光能采集的nb-iot智慧学生卡及其系统。

背景技术：

随着r14版本nb-iot(窄带物联网)芯片的量产以及运营商nb-iot网络的正式商用，基于nb-iot技术的应用会井喷式增长；nb-iot技术的典型优势在于低功耗、广覆盖、大连接和低成本的巨大优势。

目前，有商家开发出基于nb-iot通信的智慧学生卡在保持原有对学生的管理功能的基础上，还具有紧急求救功能，比如：当学生遇到紧急情况时，可以通过学习卡上的一键求助按键触发求救信息，该信息通过nb-iot通信上传至运营商平台，同时上传学生当前的实时位置信息，由运营商平台将求救信息和学生当前的实时位置信息发送给绑定该学生卡的家长手机终端上。

为了节约更换电池的成本，目前智慧学生卡采用设置充电接口对锂电池充电的方式提供电源，随着功能的不断扩展，学生卡的功耗也越来越高，待机时间也越来越短，频繁充电较为麻烦，特别是在忘记充电时造成智慧学生卡无法提供相应功能；此外，目前的智慧学生卡通常采用北斗或者gps定位，如果被定位的目标处于室内或受室外天气影响，则往往无法追踪到其准确位置。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提出一种基于光能采集的nb-iot智慧学生卡及其系统，解决传统技术中的智慧学生卡存在的充电麻烦，定位容易受环境影响的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

基于光能采集的nb-iot智慧学生卡，包括外壳和封闭在外壳中的电路板，所述电路板上设置有nb-iot模组、卫星定位模块、wifi模块、加速传感器模块、电池模块以及充电控制模块；所述卫星定位模块与nb-iot模组通过串口通信，所述wifi模块以及加速度传感器模块与nb-iot模组通过i2c通信，所述电池模块为电路板上的各个模块供电；所述充电控制模块与电池模块电连接；

所述外壳上设置有太阳能板以及紧急求救按钮，所述太阳能板的输出端与充电控制模块电连接；所述紧急求救按钮的输出信号连接nb-iot模组；

所述nb-iot模组用于在室外模式下控制卫星定位模块进行卫星定位，并采用nb-iot通讯获取agps数据辅助卫星定位；在室内模式下室内通过nb-iot基站获取粗略位置数据，通过wifi模块获取室内定位数据，并结合加速度传感器模块记录的运行轨迹进行复合定位；以及用于在紧急求救按钮的触发下，通过nb-iot通讯发出求救信号和当前定位数据。

作为进一步优化，所述外壳的壳体上部位置设置有用于穿过挂绳的通孔。

通过在外壳上设置通孔，便于利用通孔穿过挂绳，从而使得学生卡携带更方便。

作为进一步优化，所述外壳的壳体下部位置设置有用于通过电源适配器为电池模块充电的充电接口。

本方案中，在外壳上保留了通过电源适配器充电的充电接口，从而便于在太阳光不充足的时候通过电源适配器为电池模块充电。

作为进一步优化，所述电池模块为锂电池。

锂电池具有工作温度范围宽、充电时间快、输出电压高、重量轻的优势，能够满足作为老年卡上的电源需求。

作为进一步优化，所述外壳上还设置有运行状态指示灯，所述运行状态指示灯与nb-iot模组电连接。

通过运行状态指示灯来反映学生卡中各个模块的运行状态，便于及时发现问题及时处理。

此外，本实用新型还提供了一种基于光能采集的nb-iot智慧学生卡系统，其包括上述智慧学生卡，还包括运营商平台、nb-iot基站以及移动终端；

所述智慧学生卡通过其nb-iot模组与nb-iot基站进行通讯，所述nb-iot基站与运营商平台进行通讯；所述移动终端与运营商平台通讯，用于获取与该移动终端绑定的智慧学生卡的位置信息以及求救信号。

基于该系统，智慧学生卡在紧急求救按钮的触发下可以通过nb-iot模组将求救信息和实时位置信息上传给运营商平台，运营商平台将求救信息和学生卡的实时位置信息发送给与该学生卡进行绑定的家长的手机终端。

本实用新型的有益效果是：通过太阳能板采集太阳能并转换为电能，并通过充电控制模块为电池模块进行充电，充电自动完成，不需要用户操作，此外保留了通过电源适配器充电的充电接口，从而便于在太阳光不充足的时候通过电源适配器为电池模块充电。另外，学生卡采用了复合定位方式，以nb-iot模组作为控制核心，在室外模式下控制卫星定位模块进行卫星定位，并采用nb-iot通讯获取agps数据辅助卫星定位；在室内模式下室内通过nb-iot基站获取粗略位置数据，通过wifi模块获取室内定位数据，并结合加速度传感器模块记录的运行轨迹进行复合定位，从而实现无论在何种环境下都能够进行精准定位。

附图说明

图1是本实用新型基于光能采集的nb-iot智慧学生卡的结构框图；

图2是学生卡外壳的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型旨在提供一种基于光能采集的nb-iot智慧学生卡及其系统，解决传统技术中的智慧学生卡存在的充电麻烦，定位容易受环境影响的问题。其核心思想是：通过设置太阳能板和充电控制模块，太阳能板采集太阳能并转换为电能，并通过充电控制模块为电池模块进行充电，充电自动完成，不需要用户操作，此外保留了通过电源适配器充电的充电接口，从而便于在太阳光不充足的时候通过电源适配器为电池模块充电。另外，学生卡采用了复合定位方式，以nb-iot模组作为控制核心，在室外模式下控制卫星定位模块进行卫星定位，并采用nb-iot通讯获取agps数据辅助卫星定位；在室内模式下室内通过nb-iot基站获取粗略位置数据，通过wifi模块获取室内定位数据，并结合加速度传感器模块记录的运行轨迹进行复合定位，实现无论在何种环境下都能够进行精准定位。

如图1和图2所示，本实用新型中的基于光能采集的nb-iot智慧学生卡，包括外壳1和封闭在外壳中的电路板，所述电路板上设置有nb-iot模组、卫星定位模块、wifi模块、加速传感器模块、电池模块以及充电控制模块；所述卫星定位模块与nb-iot模组通过串口通信，所述wifi模块以及加速度传感器模块与nb-iot模组通过i2c通信，所述电池模块为电路板上的各个模块供电；所述充电控制模块与电池模块电连接；

所述外壳上1设置有太阳能板2以及紧急求救按钮3，所述太阳能板2的输出端与充电控制模块电连接；所述紧急求救按钮3的输出信号连接nb-iot模组；

所述nb-iot模组用于在室外模式下控制卫星定位模块进行卫星定位，并采用nb-iot通讯获取agps数据辅助卫星定位；在室内模式下室内通过nb-iot基站获取粗略位置数据，通过wifi模块获取室内定位数据，并结合加速度传感器模块记录的运行轨迹进行复合定位；以及用于在紧急求救按钮的触发下，通过nb-iot通讯发出求救信号和当前定位数据。

在具体实现上，为了让学生卡携带更方便，可以在外壳1的壳体上部位置设置一个通孔4，便于利用通孔4穿过挂绳；而对于电池模块而言，由于锂电池具有工作温度范围宽、充电时间快、输出电压高、重量轻的优势，能够满足作为学生卡上的电源需求，因此可以选择锂电池作为电池模块；另外，为了反映学生卡中各个模块的运行状态，便于及时发现问题及时处理，还在外壳上设置有运行状态指示灯6，比如绿灯表示正常工作，红灯表示主板电路出现异常。由于实际使用中，有可能出现太阳光不足或者雨天的情况，为了避免电池电量耗尽而影响使用，在所述外壳1的壳体下部位置设置有用于通过电源适配器为电池模块充电的充电接口5。

此外，本实用新型还提供了一种基于光能采集的nb-iot智慧学生卡系统，其包括上述智慧学生卡，还包括运营商平台、nb-iot基站以及移动终端；

所述智慧学生卡通过其nb-iot模组与nb-iot基站进行通讯，所述nb-iot基站与运营商平台进行通讯；所述移动终端与运营商平台通讯，用于获取与该移动终端绑定的智慧学生卡的位置信息以及求救信号。

基于该系统，智慧学生卡在紧急求救按钮的触发下可以通过nb-iot模组将求救信息和实时位置信息上传给运营商平台，运营商平台将求救信息和学生卡的实时位置信息发送给与该学生卡进行绑定的家长的手机终端。

此系统在具体使用场景下的工作原理是：

学生在携带此智慧学生卡时，在有太阳光的情况下，学生卡上的太阳能板采集太阳光，并转换为电能，在充电控制模块的控制下为电池模块充电，电池模块为学生卡电路板上的各个模块提供电能；nb-iot模组作为控制核心，学生卡中的各个定位模块可以在nb-iot模组的控制下实现复合定位，若处于室外环境，学生卡采用北斗和gps获取室外定位数据，采用nb-iot通讯获取agps数据辅助北斗和gps定位，从而获得精确位置信息上传运营商平台；若处于室内环境，则采用nb-iot基站获取粗略位置数据，采用wifi模块获取室内定位数据，并结合加速度传感器记录运行轨迹，最终定位确定学生卡的精确位置信息后通过nb-iot模组上传运营商平台；当学生遇到紧急情况需要求救时，可通过学生卡的紧急求取按钮触发求救信号，求救信号和学生卡的定位信息一同通过nb-iot模组经过nb-iot基站上传到运营商平台，运营商平台将此求救信号和学生卡的当前定位信息发送给绑定该学生卡的家长的手机终端，从而便于家长及时知晓该求救信息和孩子的位置。

此外，家长的手机终端通过访问运营商平台还可以获取孩子的历史运动轨迹，从而管理孩子的行踪，也可以设置电子围栏功能，即设定一个孩子的活动区域范围，当运营商平台根据学生卡的定位信息得知当前孩子的位置超出预设活动区域范围时，向绑定的家长手机终端推送告警信息。