CN114184176A - 一种基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，包括真空的热合密封套和设置在热合密封套内的柔性电路板，所述柔性电路板的上表面焊接挂载有电能控制组件、定位通讯核心组件、太阳能薄膜电池和柔性板载通讯天线，所述柔性电路板的下表面焊接挂载有锌锰纳米薄膜电池，所述电能控制组件分别与太阳能薄膜电池、锌锰纳米薄膜电池和定位通讯核心组件连接，所述柔性板载通讯天线连接定位通讯核心组件，所述定位通讯核心组件采用北斗集成定位通讯模组；沿所述热合密封套的两相对侧边分别设置有气囊，所述热合密封套采用柔性防水材料。信标外部采用柔性防水材料进行包覆，取消水密舱，整套信标装置功耗小、外观轻薄、结构柔韧，且通过性优良，能够适应绝大多数的渠系和湖泊环境。

Description

一种基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标
技术领域
本发明涉及水环境保护工程技术领域，具体涉及一种基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标。
背景技术
水流跟踪信标是用于研究水体在地表水系中流动、迁移过程的专用工具。水体通过河道及湖泊的过程受渠系及水域宽度、深度、水底地形，以及气流、水生植物等多种自然环境因素的影响，呈现出一种非线性的状态。由于难以直视观察，因此需要借助其他工具进行跟踪、标示。
对水流进行跟踪、标示工具主要包括染色剂、电子信标两种类型。染色剂通过改变水体颜色进行标示，一定浓度范围内，肉眼可在自然光源或紫外光源下辨识。使用较为简便，但染色剂投入水体后，会改变、影响水体环境，已逐步减少使用。
电子信标大都采用“小型浮体+水密舱”的基本结构，水密舱内部布置“单片机+定位模块+通讯模块”等核心元器件，以及锂电池或聚合物电池等供电装置。在上述结构中，“单片机+定位模块+通讯模块”等核心器件体积和重量占比较小，但为保障工作时长，锂电池或聚合物电池的体积重量很难压缩，导致电子信标体积较大。刚性水密舱外壳，加之较大的体积严重影响电子信标在水域环境中的通过能力，河道上溢流坝、水生植物密集区域都会影响电子信标的正常工作。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，采用“MCM多芯片组件技术”的北斗集成定位通讯模组,信标外部采用柔性防水材料进行包覆，取消水密舱，整套信标装置功耗小、外观轻薄、结构柔韧，且通过性优良，能够适应绝大多数的渠系和湖泊环境。
为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，包括真空的热合密封套和设置在热合密封套内的柔性电路板，所述柔性电路板的上表面焊接挂载有电能控制组件、定位通讯核心组件、太阳能薄膜电池和柔性板载通讯天线，所述柔性电路板的下表面焊接挂载有锌锰纳米薄膜电池，所述电能控制组件分别与太阳能薄膜电池、锌锰纳米薄膜电池和定位通讯核心组件连接，所述柔性板载通讯天线连接定位通讯核心组件，所述定位通讯核心组件采用北斗集成定位通讯模组；沿所述热合密封套的两相对侧边分别设置有气囊，所述热合密封套采用柔性高分子防水、耐磨材料定制成型。
本发明所述气囊由分节式的气囊单元组合而成。
本发明所述北斗集成定位通讯模组集成有单片机、北斗定位模块和无线通讯模块。
本发明所述电能控制组件上设置有薄膜供电开关，所述薄膜供电开关通过充电控制电路连接所述太阳能薄膜电池和锌锰纳米薄膜电池，为水流跟踪信标通电。
本发明的水流跟踪信标的宽度为40-50mm，长度为120-200mm，厚度为9-11mm，吃水深度为2mm。
优选地，电能控制组件和定位通讯核心组件的尺寸宽度均≤30mm。
优选地，所述锌锰纳米薄膜电池采用纳米电极材料。
本发明的水流跟踪信标在定位通讯核心组件中单片机处理器嵌入式***的管理下，自动完成北斗卫星定位信号接收，解算成经纬度和时间数据后，自动存储定时或择机上报给业务管控中心。
优选地，水流跟踪信标可单一投放，也可按组多个投放，并基于定位通讯核心组件中单片机处理器的预设编号进行区分。
本发明所述柔性防水材料采用PA、PE、POF或者OPP柔性可热封材料。为高分子防水、耐磨材料定制成型。
本发明的有益效果在于：本发明的水流跟踪信标能耗低，采用“MCM多芯片组件技术”的北斗集成定位通讯模组。将单片机处理器、北斗定位模块和通讯模块等核心元器件以组件单元的结构形式直接集成到同一基板上封装，单元功耗、统一工作电压；质量小，供电采用太阳能薄膜电池，锌锰纳米薄膜电池，减重效果显著；信标外部采用热合密封套进行包覆，取消了水密舱结构，整体尺寸小，外观轻薄，通过性优良，能够适应绝大多数的渠系、湖泊环境。
附图说明
图1是本发明基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标的正面结构图。
图2是本发明基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标的反面结构图。
图3是本发明基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标的部件分解图；
图4是本发明基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标的工作原理图；
图5是本发明基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标的通过性对比图一(橡胶充气坝)；
图6是本发明基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标的通过性对比图二(溢流堰)；
图7是本发明基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标的通过示意图(拦污格栅)；
图8是本发明基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标的电路原理框图。
图中标记为：101、电能控制组件，102、定位通讯核心组件，103、太阳能薄膜电池，104、柔性板载通讯天线，105、柔性电路板，106、锌锰纳米薄膜电池，107、薄膜供电开关，200、热合密封套，201、封装开口，202、封装压合线，203、分节气囊。
具体实施方式
为了更加清楚、详细地说明本发明的目的技术方案，下面通过相关实施例对本发明进行进一步描述。以下实施例仅为具体说明本发明的实施方法，并不限定本发明的保护范围。
实施例1
如图1-3所示，一种基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，包括真空的热合密封套200和设置在热合密封套200内的柔性电路板105，所述柔性电路板105的上表面焊接挂载有电能控制组件101、定位通讯核心组件102、太阳能薄膜电池103和柔性板载通讯天线104，所述柔性电路板105的下表面焊接挂载有锌锰纳米薄膜电池106，所述电能控制组件101分别与太阳能薄膜电池103、锌锰纳米薄膜电池106和定位通讯核心组件102连接，所述柔性板载通讯天线104连接定位通讯核心组件102，所述定位通讯核心组件102采用北斗集成定位通讯模组；沿所述热合密封套200的两相对侧边分别设置有气囊，所述热合密封套200采用柔性防水材料。
跟踪信标以柔性电路板105为基础，板上焊接挂载了电能控制组件101、定位通讯核心组件102、太阳能薄膜电池103、柔性板载通讯天线104和锌锰纳米薄膜电池106等功能组件。并通过热合密封套200抽出空气后，沿封装压合线202压合成型。
所述电能控制组件101压合焊接在柔性电路板105上，通过板载电路向下与太阳能薄膜电池103和锌锰纳米薄膜电池106连接，向上与定位通讯核心组件102连接。用于提供管理太阳能薄膜电池103和锌锰纳米薄膜电池106充放电，并向定位通讯核心组件102提供恒压供电。
所述定位通讯核心组件102压合焊接在柔性电路板105上，通过板载电路与电能控制组件101和柔性板载通讯天线104连接。用于卫星定位信号接收和3G/4G/5G等无线网络通讯。
所述太阳能薄膜电池103压合焊接在柔性电路板105上，通过板载电路与电能控制组件101连接，用于在电能控制组件101的管理下向锌锰纳米薄膜电池106充电。
所述锌锰纳米薄膜电池106压合焊接在柔性电路板105下(背面)，通过板载电路与电能控制组件101连接，用于在电能控制组件101的管理下向定位通讯核心组件102提供工作电能。并能在在电能控制组件101的管理下，通过太阳能薄膜电池103进行浮充补电。
图5、图6所示是本发明水流跟踪信标与传统硬质带水密舱的水流跟踪信标在通过河流及渠系水面常见的橡胶充气坝或溢流堰时的通过性对比。由于本发明水流跟踪信标重量轻、结构薄，且吃水极浅，通过性明显优于传统硬质带水密舱的水流跟踪信标。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上：
水流跟踪信标在定位通讯核心组件102的单片机处理器嵌入式***的管理下，自动完成北斗卫星定位信号接收，解算成经纬度和时间数据后，自动存储定时或择机上报给业务管控中心。
水流跟踪信标可单一投放，也可按组多个投放，并基于定位通讯核心组件102的单片机处理器的预设编号进行区分。
图4是本发明水流跟踪信标装置的工作原理及场景。信标储存时干燥保存，工作时按压薄膜供电开关107为信标通电，通电启动后，信标***开始供电自启进行工作，在定位通讯核心组件102中单片机处理器嵌入式***管理下，自动完成北斗卫星定位信号接收，解算成“经纬度+时间”数据后，自动存储定时或择机上报。本发明的水流跟踪信标可单一投放，也可按组多个投放。信标基于定位通讯核心组件102的单片机处理器中预设编号可进行区分。
所述柔性防水材料采用PE(聚乙烯薄膜)材料。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上：
如图8所示，所述北斗集成定位通讯模组集成有单片机、北斗定位模块和无线通讯模块。
定位通讯核心组件102优选采用“MCM多芯片组件技术”的北斗集成定位通讯模组。该类型模组将“单片机处理器+北斗定位模块+通讯模块”等核心元器件以组件单元的结构形式直接集成到同一基板上，这种高密度集成方式不但可以极大的缩减设备体积、降低单元功耗、统一工作电压，还有利于提高整个***的稳定性。
所述柔性防水材料采用POF(多层共挤聚烯烃热收缩膜)材料。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上：
本发明所述气囊由分节式的气囊单元组合而成。
采用分节气囊203为预制充气结构，用于为整套信标提供水面浮力。采用分节结构，可避免一处破损导致信标沉没。
所述柔性防水材料采用OPP(双向拉伸聚丙烯薄膜)材料。
实施例5
本实施例在实施例1的基础上：
如图8所示，所述电能控制组件101上设置有薄膜供电开关107，所述薄膜供电开关通过充电控制电路连接所述太阳能薄膜电池103和锌锰纳米薄膜电池106。工作时按压薄膜供电开关107为信标通电，通电启动后，信标***开始供电自启进行工作。
所述充电控制电路为升压型充电控制电路。
所述柔性防水材料采用PA(聚酰胺薄膜)材料。
实施例6
本实施例在实施例1的基础上：
跟踪信标的宽度为40-50mm，长度为120-200mm，厚度为9-11mm，吃水深度为2mm。
电能控制组件101和定位通讯核心组件102的尺寸宽度均≤30mm。
电能控制组件101和定位通讯核心组件102为无法变形的部件，尺寸宽度控制在≤30mm，其他部分均为柔性结构，整套信标组装完成后，宽度、长度、厚度和吃水深度压缩在限定范围内，可漂浮在水面上，通过性极佳。
所述锌锰纳米薄膜电池106采用纳米电极材料。该类型电池可循环充电，性能优异，厚度1mm-2mm外观轻薄，力学特性柔韧；弯折半径60°状态下仍能稳定工作安全可靠，1mAh-200mAh范围内可定制提供1.5-4.5V电压。该电池接触水后，即自动开始放电工作。
图7所示是本发明水流跟踪信标在通过城市河段或灌渠水面常见的“拦污格栅”时的通过图。由于本发明水流跟踪信标结构薄、尺寸小，通过性明显优于传统硬质带水密舱的水流跟踪信标。
本发明的热合密封套可以采用除PA、PE、POF、OPP外的其他柔性可热封材料。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，其特征在于：包括真空的热合密封套和设置在热合密封套内的柔性电路板，所述柔性电路板的上表面焊接挂载有电能控制组件、定位通讯核心组件、太阳能薄膜电池和柔性板载通讯天线，所述柔性电路板的下表面焊接挂载有锌锰纳米薄膜电池，所述电能控制组件分别与太阳能薄膜电池、锌锰纳米薄膜电池和定位通讯核心组件连接，所述柔性板载通讯天线连接定位通讯核心组件，所述定位通讯核心组件采用北斗集成定位通讯模组；沿所述热合密封套的两相对侧边分别设置有气囊，所述热合密封套采用柔性防水材料。
2.根据权利要求1所述基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，其特征在于：所述气囊由分节式的气囊单元组合而成。
3.根据权利要求1所述基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，其特征在于：所述北斗集成定位通讯模组集成有单片机、北斗定位模块和无线通讯模块。
4.根据权利要求1所述基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，其特征在于：所述电能控制组件上设置有薄膜供电开关，所述薄膜供电开关通过充电控制电路连接所述太阳能薄膜电池和锌锰纳米薄膜电池。
5.根据权利要求1所述基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，其特征在于：水流跟踪信标的宽度为40-50mm，长度为120-200mm，厚度为9-11mm，吃水深度为2mm。
6.根据权利要求5所述基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，其特征在于：所述电能控制组件和定位通讯核心组件的尺寸宽度均≤30mm。
7.根据权利要求5所述基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，其特征在于：所述锌锰纳米薄膜电池采用纳米电极材料。
8.根据权利要求1所述基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，其特征在于：所述柔性防水材料采用PA、PE、POF或者OPP柔性可热封材料。
9.根据权利要求1所述基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，其特征在于：水流跟踪信标在定位通讯核心组件的单片机处理器嵌入式***的管理下，自动完成北斗卫星定位信号接收，解算成经纬度和时间数据后，自动存储定时或择机上报给业务管控中心。
10.根据权利要求9所述基于北斗定位通信的微功耗柔性水流跟踪信标，其特征在于：水流跟踪信标可单一投放，也可按组多个投放，并基于定位通讯核心组件中单片机处理器的预设编号进行区分。
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