【摘要】：近年來隨著共享經(jīng)濟、智能監(jiān)護的熱潮,衛(wèi)星定位的應用領域逐漸擴大,由普通的定位導航設備逐漸演變成位置大數(shù)據(jù)的搜集設備,在大部分物聯(lián)網(wǎng)終端設備中,基本都集成有定位裝置。但現(xiàn)有的位置數(shù)據(jù)回傳通路都是基于GSM網(wǎng)絡的,定位裝置功耗高,在使用時都需要頻繁充電或配備體積較大的蓄電池。而對某些特殊的物體監(jiān)管中,安裝定位裝置的空間有限且無法頻繁充電。本文對現(xiàn)有的衛(wèi)星定位技術和移動網(wǎng)絡通信技術以及低功耗技術進行了分析和研究,設計并實現(xiàn)一款微型低功耗定位裝置,利用NB-IoT通信技術,進一步降低定位裝置的功耗,能夠?qū)o源物體的位置數(shù)據(jù)進行長期采集。定位裝置的功耗主要來源于通信模塊和定位模塊,通信模塊的射頻單元在無數(shù)據(jù)交互時仍持續(xù)檢測信道,定位模塊在斷電重啟時需要持續(xù)30秒的星歷更新,此時存在很高的峰值電流。針對以上問題,在本方案設計中,將定位裝置分為定位模塊、通信模塊和主控模塊。首先在器件選型中選擇體積小、功耗低的器件,然后通過電路優(yōu)化進一步降低功耗。在通信模塊的設計中,采用NB-IoT網(wǎng)絡,利用PSM工作模式,設計了一種基于CoAP的輕量級通信協(xié)議,使其在無數(shù)據(jù)交互后NAT端口快速回收,及時關閉通信模塊的信號接收機,有效減少通信模塊在無任務時檢測信道的時間。通過優(yōu)化定位模塊的啟動方式,使其在睡眠模式下保存星歷,有效避免因冷啟動搜星所帶來的峰值電流。在核心控制模塊的設計上,采用雙外部晶振方案,進一步降低定位裝置睡眠模式下的功耗,并有效地提升了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度。最后,通過物聯(lián)網(wǎng)云平臺完成定位裝置的接入工作,并調(diào)用百度地圖實現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的可視化。經(jīng)過對定位裝置的性能測量,最終產(chǎn)品的體積小于35*35*10mm,在日發(fā)一次數(shù)據(jù)的情況下,估算能夠持續(xù)工作2.24年,達到預期的目標。本文設計并實現(xiàn)的微型低功耗定位裝置,在體積和功耗上具有一定的優(yōu)勢,能夠廣泛應用到多種物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中,具有較高的實用價值。
【圖文】：

衛(wèi)星導航系統(tǒng)共分為三大部分：一是地面控制中心，包括主控站、地面天線、監(jiān)測站和通訊輔助系統(tǒng)；二是空間部分，即太空中圍繞地球運行的衛(wèi)星系統(tǒng)，它們不斷向地球發(fā)送衛(wèi)星信息；三是用戶裝置部分，由衛(wèi)星信號接收機和衛(wèi)星天線構(gòu)成，，主要負責接收衛(wèi)星發(fā)送來的信號。針對不同的需求，對于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應用也多種多樣，而主要區(qū)別都在于用戶裝置的不同[17]。在本文的應用場景中，企業(yè)希望對其設備的位置信息進行長期統(tǒng)計，能夠遠程查看設備所處的位置，因此本文所設計的定位裝置不僅要具備定位采集功能，并需要將位置數(shù)據(jù)上傳至服務器。如圖 2.1 所示，為定位系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖，其中定位終端裝置通過衛(wèi)星系統(tǒng)獲取到物體的位置信息，并且通過無線通信網(wǎng)絡將位置信息回傳至云服務器，用戶可以通過 Web 網(wǎng)頁或移動終端隨時隨地查看物體的位置信息，本文將重點對定位終端裝置進行設計和實現(xiàn)。

圖 2.2 定位裝置結(jié)構(gòu)圖.3.2 定位技術方案分析衛(wèi)星定位系統(tǒng)是一種使用衛(wèi)星對某物體進行準確定位的技術，根據(jù)同一坐下已知多個點的位置，利用空間距離來計算未知點的坐標，從而實現(xiàn)定位功能GPS 是目前應用最為廣泛的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，它由三部分組成，分別為空間群、地面監(jiān)測系統(tǒng)、GPS 接收機。GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)采用的是世界大地坐標美國軍方于1984年首次提出，而北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)采用的是中國大地坐標系[然 GPS 與北斗定位系統(tǒng)所采用的參考坐標系不同，但是衛(wèi)星定位的基本原理全一致的。圍繞地球運行的衛(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)不斷地向地球表面發(fā)送信號，這些信號中包星發(fā)送信號的時間及其所處的空間位置信息，地球表面的接收裝置利用這些
【學位授予單位】：重慶郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN96

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本文編號：2589561