基于陀螺傳感器的動物運動狀態監測器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于陀螺傳感器的動物運動狀態監測器，包括動物跟蹤器，動物跟蹤器包括依次電連接的：電源模塊、CPU處理器、以及無線通信部件；其特征在于：CPU處理器連接有IIC通信協議控制器，IIC通信協議控制器連接有陀螺傳感器。由于本實用新型在動物跟蹤器上采用了陀螺傳感器，因此一方面可以獲取到動物的姿態信息，另一方面通過動物的姿態信息，可以對動物的生命狀態進行判斷；本實用新型具有工作效率高的優點；同時，由于只要動物處于存活狀態，則其必然具有呼吸和心跳，因此，只要動物有呼吸或者是心跳，則陀螺傳感器在兩個不同的時刻采集到的狀態信息則不同，據此可以推斷出動物的生命狀態信息。
【專利說明】基于陀螺傳感器的動物運動狀態監測器
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及鳥類跟蹤設備【技術領域】，特別是涉及一種基于陀螺傳感器的動物 運動狀態監測器。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，動物運動狀態監測器是人類了解動物、以及了解動物生存環境的必備 設備之一；由于動物運動狀態監測器在對動物跟蹤、研究的過程中承擔著非常重要的角色； 因此各國科研工作者正在不遺余力地研發新的跟蹤技術或者是對現有技術跟蹤設備進行 改進，從而使得現有的動物運動狀態監測器能夠滿足多種條件的需要；目前，傳統動物運動 狀態監測器的主要功能是對動物的位置監測，比如中國專利申請號200720305341. 5,實用 新型名稱為：一種動物運動跟蹤裝置及系統；其公開了一種基于GPS、和GSM模塊的雙定位 系統；中國專利申請號為201020552567. 7,實用新型名稱為：一種太陽能尋蹤裝置；其公開 了一種基于太陽能的動物跟蹤裝置。
[0003] 通過長期的實踐環節發現：由于動物（特別是野生鳥類動物）的生產環境比較惡 劣，因此動物的生命安全會隨時受到各種危險因素的威脅；因此，及時快速地掌握動物的生 命狀態信息顯得是至關重要；目前，科研工作者在對動物死亡的判斷過程中，經常采用的方 法為：首先通過GPS獲取動物的位置信息，然后在一個比較長的時間段內，一般情況下至少 為一兩天的時間，如果GPS獲取到的動物位置信息未發生改變，則判定為動物死亡；所以， 上述傳統技術存在如下的缺陷：一、耗時比較長，效率低；至少為一兩天的時間；二、誤判率 高，如果動物受傷或者是其他因素（比如冬眠），則GPS獲取到的動物位置信息將會在一個 比較長的時間段內固定，因此極易發生誤判。所以，設計開發一種能夠克服上述缺陷的動物 運動狀態監測器顯得尤為重要。 實用新型內容
[0004] 本實用新型要解決的技術問題是：提供一種低功耗的基于陀螺傳感器的動物運動 狀態監測器。
[0005] 本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：
[0006] 一種基于陀螺傳感器的動物運動狀態監測器，包括動物跟蹤器，所述動物跟蹤器 包括依次電連接的：電源模塊、CPU處理器、以及無線通信部件；所述CPU處理器連接有IIC 通信協議控制器，所述IIC通信協議控制器連接有陀螺傳感器。
[0007] 進一步：所述電源模塊包括太陽能電池、充電控制電路、以及超級電容器；所述充 電控制電路包括至少一個電源輸入端子、BOOST型升壓電路、控制邏輯電路、PWM信號發生 器、至少一個充電輸出端子、以及至少一個電源驅動輸出端子，所述充電控制電路的電阻與 太陽能電池的內阻相等；所述太陽能電池與充電控制電路的電源輸入端子電連接，所述充 電控制電路的充電輸出端子與超級電容器電連接。
[0008] 更進一步：所述CPU處理器包括CPU單元、以及與所述CPU單元電連接的模數轉換 單元、內部存儲器、CPU電源、射頻通訊控制器、以及I/O端子；所述無線通信部件包括射頻 電源和無線射頻通信電路；所述無線射頻通信電路上設有板載天線IPX插座，所述板載天 線IPX插座插接有射頻天線；所述模數轉換單元設有兩個電源電壓信號輸入端子、一個狀 態電壓輸入端子、以及一個工作電壓輸入端子；所述無線射頻通信電路包括至少一個位置 定位系統；所述充電控制電路的電源驅動輸出端子與CPU電源電連接；所述超級電容器分 別與模數轉換單元的一個電源電壓信號輸入端子、射頻電源電連接；所述太陽能電池與模 數轉換單元的另一個電源電壓信號輸入端子電連接；所述I/O端子與控制射頻電源工作狀 態的開關端子電連接；所述無線射頻通信電路通過通訊總線與射頻通訊控制器連接；所述 射頻通訊控制器通過數據線與無線射頻通信電路的工作狀態開關端子連接。
[0009] 更進一步：所述CPU處理器設有SPI通信控制器。
[0010] 更進一步：所述CPU處理器設有DCMI控制器。
[0011] 更進一步：所述CPU單元為16位MSP430芯片；所述位置定位系統為GPS衛星定位 系統、格洛納斯系統定位系統、移動通信基站定位系統中的一種。
[0012] 本實用新型具有的優點和積極效果是：
[0013] 由于本實用新型在動物跟蹤器上采用了陀螺傳感器，因此一方面可以獲取到動物 的姿態信息，另一方面通過動物的姿態信息，可以對動物的生命狀態進行判斷；與傳統技術 相比較，具有工作效率高的優點；同時，由于只要動物處于存活狀態，則其必然具有呼吸和 心跳，因此，只要動物有呼吸或者是心跳，則陀螺傳感器在兩個不同的時刻采集到的狀態信 息則會發生改變，所以可以準確地判斷出動物生命狀態的信息。
[0014] 由于本實用新型中充電控制電路的電阻與太陽能電池的內阻相等，因此可以保證 充電控制電路的輸出功率最大化；進而滿足超級電容器和CPU處理器的電量需求；提高電 能的利用率；
[0015] 由于在太陽能電池和負載（CPU處理器和無線通信部件）之間增加了充電控制電 路，因此一方面可以保證CPU處理器電壓工作的穩定性，另外一方面保證超級電容器的快 速充放電電壓要求；
[0016] 由于無線通信部件設置有射頻電源，因此為CPU處理器控制無線通信部件間歇性 工作提供了很好的硬件基礎；同時進一步提高了電能的利用率，降低電能的損耗；
[0017] 由于無線射頻通信電路包括至少一個位置定位系統，因此在使用的過程中，可以 采用多個位置定位系統組合的方式，在提高定位精度的同時，保證定位功能的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是本實用新型的電路框圖；
[0019] 圖2是本實用新型中充電控制電路的等效電路圖；
[0020] 圖3是本實用新型中圖2的優化電路圖；
[0021] 其中：1、太陽能電池；2、充電控制電路；3、超級電容器；4、CPU處理器；5、無線通 信部件。
【具體實施方式】
[0022] 為能進一步了解本實用新型的實用新型內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并 配合附圖詳細說明如下：
[0023] 請參閱圖1，一種基于陀螺傳感器的動物運動狀態監測器，包括動物跟蹤器，所述 動物跟蹤器包括依次電連接的：電源模塊、CPU處理器4、以及無線通信部件5 ;所述CPU處 理器連接有IIC通信協議控制器，所述IIC通信協議控制器連接有陀螺傳感器；
[0024] 其中：作為優選，為了實現電源模塊使用壽命長，快速充放電的功能，電源模塊包 括太陽能電池1、充電控制電路2、以及超級電容器3 ;充電控制電路2包括至少一個電源輸 入端子、BOOST型升壓電路、控制邏輯電路、PWM信號發生器、至少一個充電輸出端子、以及 至少一個電源驅動輸出端子，充電控制電路2的電阻與太陽能電池1的內阻相等；太陽能電 池1與充電控制電路2的電源輸入端子電連接，充電控制電路2的充電輸出端子與超級電 容器3電連接；
[0025] CPU處理器4包括CPU單元、以及與所述CPU單元電連接的模數轉換單元、內部存 儲器、CPU電源、射頻通訊控制器、以及I/O端子；無線通信部件5包括射頻電源和無線射頻 通信電路；所述無線射頻通信電路上設有板載天線IPX插座，所述板載天線IPX插座插接有 射頻天線；所述模數轉換單元設有兩個電源電壓信號輸入端子、一個狀態電壓輸入端子、以 及一個工作電壓輸入端子；所述無線射頻通信電路包括至少一個位置定位系統；充電控制 電路2的電源驅動輸出端子與CPU電源電連接；超級電容器3分別與模數轉換單元的一個 電源電壓信號輸入端子、射頻電源電連接；太陽能電池1與模數轉換單元的另一個電源電 壓信號輸入端子電連接；所述I/O端子與控制射頻電源工作狀態的開關端子電連接；所述 無線射頻通信電路通過通訊總線與射頻通訊控制器連接；所述射頻通訊控制器通過數據線 與無線射頻通信電路的工作狀態開關端子連接。
[0026] 為了便于CPU處理器4能夠存儲更多的數據，在上述具體實施例的基礎上，CPU處 理器4設有連接MicroSD卡用的SPI通信控制器。
[0027] 為了便于基于陀螺傳感器的動物運動狀態監測器及其監測方法能夠方便快速的 連接更多外設，比如攝像頭，在上述具體實施例的基礎上，CPU處理器4設有DCMI控制器。
[0028] 由于CPU單元是本實用新型的耗電元器件之一，為了減少電能的損耗，作為優選， 上述多個具體實施例中的CPU單元優選16位MSP430芯片。
[0029] 為了保證位置定位系統工作的可靠性：所述位置定位系統選用技術比較成熟的 GPS衛星定位系統、格洛納斯系統定位系統、移動通信基站定位系統中的一種，也可以選用 多種進行配合使用。
[0030] 本實用新型的工作過程為：太陽能電池1產生的電能，一方面輸出給充電控制電 路2,另一方面為CPU處理器4的模數轉換單元提供電量，由于充電控制電路2的電阻與太 陽能電池1的內阻相等，因此，充電控制電路2的輸出功率可以最大化，于是，充電控制電路 2 -方面可以為CPU處理器4提供3. 3V的驅動電能，另外一方面為超級電容器2提供充電 電能，同時也為陀螺傳感器提供電能，由于超級電容器2本身具有快速充電的功能，因此超 級電容器2的電能達到飽和狀態的時間會比較短（與傳統的普通蓄電池，比如鋰電池相比 較），當超級電容器2的電能達到飽和狀態時，射頻電源得到電能，此時，射頻電源具有為無 線射頻通信電路提供電能的能力，此時，如果CPU單元通過I/O端子開啟射頻電源，則無線 射頻通信電路獲得電能開始工作，即無線射頻通信電路通過位置定位系統獲取動物的位置 信息，然后將位置信息依次通過通訊總線、射頻通訊控制器、CPU單元發送給內部存儲器，然 后CPU單元再從內部存儲單元中提取存儲的位置信息，再進行數據發送到服務器終端；由 于本實用新型具有了上述硬件基礎，因此，(PU單元可以通過I/O端子向射頻電源發送間斷 性啟停信號，這樣就可以減少電能的損耗，保證動物運動狀態監測器能夠持續長久地處于 最佳工作狀態。
[0031] 如圖2所述，為了充電控制電路2的輸出功率可以最大化，充電控制電路2通過設 定電阻R4實現充電控制電路2的電阻與太陽能電池板1內阻的相等匹配；
[0032] 即：太陽能電池板1為高阻型功率輸出器件，設它的內部等效電阻為Ri，則，太陽 能充電管理電路內部也有一個等效電阻，設定為Rx，則，通過Ri= Rx+R4實現外部電阻與內 部電阻等效，實現功率最大化。
[0033] 通過電阻R4設定，可以做到當外部太陽能電池板1在太陽光在多云等有臨時性遮 蔽物的情況下，可以保證對充電電池充電電壓不至于很快跌落到無法正常充電的情況，即： 跌落將是一個緩慢的過程，并同時保證被充電的超級電容器3不至于立刻再向充電電路進 行放電，從而保護充電電路。
[0034] 因為充電控制電路2在對超級電容器3充電的同時，還對CPU處理器4進行供電， 所以，太陽能電池板1內部等效電路如圖3所示：
[0035] 該充電控制電路2屬于LDO型電路架構（降壓輸出電路，S卩：輸入〉輸出）。通過 外部電阻R3和電阻R4進行外部輸出電壓調節控制。但在LDO電路之前，LDO電路輸入電 壓來自電容器C5兩端電壓。
[0036] 為了保證輸入電源的利用率，也就是寬電壓輸入，所以，在控制邏輯電路內部，有 一個BOOST型控制邏輯電路。正常情況下，內部電路有一個PWM信號發生器，會周期性產生 一個PWM方波信號。而這個方波信號的輸出連接到了場效應管Ql上。當PWM信號發生器 當前電平為高電平信號的時候，場效應管Ql的源級與柵極導通，即處于短路狀態，此時場 效應管Ql器件后面的電容C2,電容C5電容沒有被充電。
[0037] 當PWM信號發生器從高電平瞬間轉換成為低電平的時候，場效應管Ql的源級與柵 極斷開，場效應管Ql不在讓后面的電路處于短路狀態，從而獲得電量。此時，由于先前電感 Ll 一直處于被充電的狀態，所以，此時，夕卜部輸入電壓和電感Ll所感生出的電壓疊加到一 起對電容C2,電容C5充電。
[0038] SP :輸出電壓〉輸入電壓
[0039] 而電感產生的電壓又由外部電阻Rl和R2設定。設定方法在PWM信號發生器發生 期內完成。
[0040] 經過以上若干各PWM信號周期，電容C2,電容C5被穩定在用戶設定輸出電壓上， 故，此時，射頻電路趨于穩定輸出狀態。
[0041] 之后，充電控制電路2將會分出兩路進行輸出，一路被送到CPU處理器4,對它進行 供電；另一路，被送到超級電容器3，使得充電得以進行。
[0042] 這個外部LDO型電路輸出電壓可以為CPU處理器4供電；使得CPU處理器4可以 獨立于被充電的超級電容器3的電源獨立工作。這使得在超級電容器3被充電的同時，CPU 處理器4可以實時監控產品電路中任何一個電路的工作狀態。
[0043] 太陽能電池1的電壓輸入范圍：0.2V至5V的極寬輸入范圍內工作，充電控制電路 2接受的輸入源為：太陽能電池1。其中充電控制電路2的最大功率電壓設定為2V輸入電 壓。故，太陽能電池1在大于等于2V電壓的時候，充電控制電路2會全效率對超級電容進 行充電。
[0044] 圖3中，太陽能電池1電阻選型計算方法：
【權利要求】
1. 一種基于陀螺傳感器的動物運動狀態監測器，包括動物跟蹤器，所述動物跟蹤器包 括依次電連接的：電源模塊、CPU處理器、以及無線通信部件；其特征在于：所述CPU處理器 連接有IIC通信協議控制器，所述IIC通信協議控制器連接有陀螺傳感器。
2. 根據權利要求1所述的基于陀螺傳感器的動物運動狀態監測器，其特征在于：所述 電源模塊包括太陽能電池、充電控制電路、以及超級電容器；所述充電控制電路包括至少一 個電源輸入端子、BOOST型升壓電路、控制邏輯電路、PWM信號發生器、至少一個充電輸出端 子、以及至少一個電源驅動輸出端子，所述充電控制電路的電阻與太陽能電池的內阻相等； 所述太陽能電池與充電控制電路的電源輸入端子電連接，所述充電控制電路的充電輸出端 子與超級電容器電連接。
3. 根據權利要求2所述的基于陀螺傳感器的動物運動狀態監測器，其特征在于：所述 CPU處理器包括CPU單元、以及與所述CPU單元電連接的模數轉換單元、內部存儲器、CPU 電源、射頻通訊控制器、以及I/O端子；所述無線通信部件包括射頻電源和無線射頻通信電 路；所述無線射頻通信電路上設有板載天線IPX插座，所述板載天線IPX插座插接有射頻天 線；所述模數轉換單元設有兩個電源電壓信號輸入端子、一個狀態電壓輸入端子、以及一個 工作電壓輸入端子；所述無線射頻通信電路包括至少一個位置定位系統；所述充電控制電 路的電源驅動輸出端子與CPU電源電連接；所述超級電容器分別與模數轉換單元的一個電 源電壓信號輸入端子、射頻電源電連接；所述太陽能電池與模數轉換單元的另一個電源電 壓信號輸入端子電連接；所述I/O端子與控制射頻電源工作狀態的開關端子電連接；所述 無線射頻通信電路通過通訊總線與射頻通訊控制器連接；所述射頻通訊控制器通過數據線 與無線射頻通信電路的工作狀態開關端子連接。
4. 根據權利要求3所述的基于陀螺傳感器的動物運動狀態監測器，其特征在于：所述 CPU處理器設有SPI通信控制器。
5. 根據權利要求3所述的基于陀螺傳感器的動物運動狀態監測器，其特征在于：所述 CPU處理器設有DCMI控制器。
【文檔編號】G01S19/49GK204166133SQ201420548443
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】方炳祥, 左瑩, 石慧慧 申請人:天津市浙海科技有限責任公司