一種冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置，包括控制模塊、定位模塊，三軸加速度模塊、供電模塊和射頻無線收發(fā)模塊，所述供電模塊用于為所述定位模塊，三軸加速度模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊提供電壓；所述定位模塊與所述三軸加速度模塊與所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊相連，所述定位模塊的經(jīng)緯度信息通過所述控制模塊的引腳獲得，所述控制模塊與所述定位模塊，三軸加速度模塊、供電模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊相連，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)通過所述控制模塊的引腳獲得，該種裝置能夠隨冰川體的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，并通過無線局域網(wǎng)或北斗衛(wèi)星傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并保證精度要求供相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行研究分析和判斷。
【專利說明】
一種冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及冰川運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，特別是涉及一種冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的監(jiān)測(cè)，常規(guī)手段是通過手持GPS、設(shè)定測(cè)量粧等方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該類方法需要人工方式采集GPS數(shù)據(jù)、人工測(cè)定測(cè)量粧和固定粧的距離來反應(yīng)冰川體的相對(duì)位置變化，該類方法較為落后也浪費(fèi)人力物力，不夠科學(xué);采用衛(wèi)星遙感影像圖的方法對(duì)冰川體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該方法結(jié)合GIS技術(shù)使用DEM數(shù)據(jù)來提取相關(guān)信息，過程較為復(fù)雜，對(duì)技術(shù)人員的要求相對(duì)較高，另外天氣的變化對(duì)衛(wèi)星遙感影像的采集也會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，從而影響了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。我國(guó)在天山烏魯木齊河源I號(hào)冰川區(qū)建成的冰川監(jiān)測(cè)塔，通過攝影和視頻錄制，采用無線方式將能夠反應(yīng)冰川物理特征的視頻信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)方監(jiān)控中心，然而該類方法通過視頻信息的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取，就對(duì)視頻圖片的質(zhì)量要求很高，得到的數(shù)據(jù)也只能反應(yīng)冰川的大體變化，精度也不是很理想。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)冰川體運(yùn)動(dòng)規(guī)律姿態(tài)的自動(dòng)采集裝置，通過將能夠反應(yīng)冰川體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置埋設(shè)于冰川體上使之成為一體，這樣該種裝置能夠隨冰川體的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，并通過無線局域網(wǎng)或北斗衛(wèi)星傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并保證精度要求供相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行研究分析和判斷。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了如下方案:
[0005]—種冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置，包括控制模塊、定位模塊，三軸加速度模塊、供電模塊和射頻無線收發(fā)模塊，所述供電模塊分別與控制模塊、定位模塊、三軸加速度模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊相連，用于為所述定位模塊，三軸加速度模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊提供電壓;所述定位模塊與所述三軸加速度模塊與所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊相連，所述定位模塊的經(jīng)瑋度信息通過所述控制模塊的引腳獲得，所述控制模塊與所述定位模塊，三軸加速度模塊、供電模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊相連，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)通過所述控制模塊的引腳獲得。
[0006]可選的，所述定位模塊采用Sirfstarii芯片，用于獲取經(jīng)瑋度信息。
[0007]可選的，所述三軸加速度模塊采用ADXL362芯片，用于獲得冰川表面的三軸加速度。
[0008]可選的，所述供電模塊采用鋰電池串聯(lián)方式進(jìn)行供電，用于為所述控制模塊、定位模塊、三軸加速度模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電。
[0009]可選的，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用YL-800IL芯片，用于接收和發(fā)送所述采集裝置的數(shù)據(jù)。
[0010]本實(shí)用新型的冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置，自動(dòng)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)不需要人工干預(yù)，節(jié)約人力物力。本實(shí)用新型采用了高精度的MEMS芯片和Sirfstariin定位系統(tǒng)，并利用RF無線射頻技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的匯聚，保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度和傳輸?shù)目煽啃浴?br>【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型提供的為GPS定位模塊供電的供電模塊7.4V轉(zhuǎn)5V電路圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型提供的為三軸加速度模塊供電的供電模塊5V轉(zhuǎn)3.3V電路圖；
[0015]圖4為本實(shí)用新型三軸加速度電路圖；
[0016]圖5為本實(shí)用新型Sirfstarii芯片電路圖；
[0017]圖6為本實(shí)用新型數(shù)據(jù)收發(fā)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0019]本實(shí)用新型的目的是提供一種冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置，其特征在于，包括控制模塊101、定位模塊102，三軸加速度模塊103、供電模塊104和射頻無線收發(fā)模塊105，所述供電模塊分別與控制模塊101、定位模塊102、三軸加速度模塊103和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊相連，用于為所述定位模塊102，三軸加速度模塊103和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊104提供電壓;所述定位模塊102與所述三軸加速度模塊103與所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊104相連，所述定位模塊102的經(jīng)瑋度信息通過所述控制模塊101的引腳獲得，所述控制模塊101與所述定位模塊102，三軸加速度模塊103、供電模塊104和數(shù)據(jù)線收發(fā)模塊105相連，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊105的數(shù)據(jù)通過所述控制模塊101的引腳獲得。
[0020]可選的，所述定位模塊102采用Sirfstarii芯片，用于獲取經(jīng)瑋度信息。
[0021]可選的，所述三軸加速度模塊103采用ADXL362芯片，用于獲得冰川表面的三軸加速度。
[0022]可選的，所述供電模塊104采用鋰電池串聯(lián)方式進(jìn)行供電，用于為所述控制模塊101、定位模塊102、三軸加速度模塊103和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊104供電。
[0023]可選的，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊104采用YL-800IL芯片，用于接收和發(fā)送所述采集裝置的數(shù)據(jù)。
[0024]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0025]出于低功耗及采集準(zhǔn)確性要求，采集裝置選用MSP430單片機(jī)芯片作為控制模塊。在降低功耗的考慮上，設(shè)計(jì)休眠機(jī)制，即冰川體靜止?fàn)顟B(tài)下采集節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，只有微功耗CHJ處于工作模式下，監(jiān)測(cè)到ADXL362發(fā)生異常后立即啟動(dòng)采集任務(wù)并進(jìn)行下一步工作。MSP430單片機(jī)稱之為混合信號(hào)處理器，其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片機(jī)”解決方案。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中，冰川監(jiān)測(cè)采集裝置采用鋰電池供電，也是出于這個(gè)原因。MSP430其在降低芯片的電源電壓和靈活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處:I)該單片機(jī)的電源電壓采用1.8V-3.6V電壓，因而可使其在IMHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流最低在165μΑ左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.ΙμΑ;2)在該芯片系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng):基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)時(shí)候總系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶振(32.768kHz)，也可以使用兩個(gè)晶振，由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能所需的時(shí)鐘，并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)功耗的控制。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，芯片功耗可達(dá)2.5μΑ，在RAM保持模式下，最低可達(dá)0.ΙμΑ。
[0026]冰川運(yùn)動(dòng)自動(dòng)采集裝置的供電模塊采用2塊3.7V鋰電池串聯(lián)方式進(jìn)行供電，采集裝置CPU芯片MSP430、MEMS加速度芯片ADXL362需要3.3V供電電壓，無線射頻電路、GPS模塊Sirfstarii電路需要5V供電電壓，因此，在供電電路方面進(jìn)行了 7.4V/5V、5V/3.3V電壓的降壓設(shè)計(jì)，圖2和圖3分別是5V和3.3V的降壓設(shè)計(jì)電路圖，VCC是采集裝置主供電端電壓7.4V，經(jīng)過LM7805芯片轉(zhuǎn)換為5V電壓，RT9193芯片將5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓。RT9193是一款低壓差線性穩(wěn)壓器LDO，能夠穩(wěn)定輸出3.3V電壓，給CPU進(jìn)行供電。
[0027]三軸加速度模塊采用ADI公司的ADXL362芯片。ADXL362是一款超低功耗、3軸MEMS加速度計(jì)，輸出數(shù)據(jù)速率為10Hz時(shí)功耗低于2μΑ，在運(yùn)動(dòng)觸發(fā)喚醒模式下功耗為270nA。與使用周期采樣來實(shí)現(xiàn)低功耗的加速度計(jì)不同，ADXL362沒有通過欠采樣混疊輸入信號(hào);它采用全數(shù)據(jù)速率對(duì)傳感器的整個(gè)帶寬進(jìn)行采樣。ADXL362通常提供12位輸出分辨率;在較低分辨率足夠時(shí)，還提供8位數(shù)據(jù)輸出以實(shí)現(xiàn)更高效的單字節(jié)傳送。測(cè)量范圍為±2g、±4g&±8g，±2g范圍內(nèi)的分辨率為lmg/LSB。噪聲電平要求低于ADXL362正常值550yg/7Hz的應(yīng)用可以選擇兩個(gè)低噪聲模式(典型值低至175yg/7Hz)之一，電源電流增加極小。除了超低功耗以夕卜，ADXL362還具有許多特性來實(shí)現(xiàn)真正的系統(tǒng)級(jí)節(jié)能。該器件包含了一個(gè)深度多模式輸出FIFO、一個(gè)內(nèi)置微功耗溫度傳感器和幾個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模式，其中包括闕值可調(diào)的睡眠和喚醒工作模式，在該模式下當(dāng)測(cè)量速率為6Hz左右時(shí)功耗低至270nA。此外，ADXL362還支持對(duì)采樣時(shí)間和/或系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行外部控制。ADXL362可以在1.6V-3.5V的寬電源電壓范圍內(nèi)工作，并且必要時(shí)可以與采用獨(dú)立低電源電壓工作的主機(jī)接口。重要的是，根據(jù)冰川監(jiān)測(cè)特性，采集裝置只給CHJ芯片MSP430供電，ADXL362可在檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)提供一個(gè)引腳輸出給MSP430來直接控制外部開關(guān)，非運(yùn)動(dòng)時(shí)刻芯片處于關(guān)閉狀態(tài)，這樣在很大程度上降低了功耗。MEMS三軸加速度電路如圖4所示。
[0028]定位模塊選用美國(guó)SIRF公司的Sirfstarii產(chǎn)品。SIRF公司成立于1995年2月，其產(chǎn)量占全球GPS芯片出貨量的70% AIRF公司的芯片由一塊射頻集成電路、一塊數(shù)字信號(hào)處理電路和標(biāo)準(zhǔn)嵌入式GPS軟件構(gòu)成。射頻集成電路用于檢測(cè)和處理GPS射頻信號(hào)，數(shù)字信號(hào)處理電路用于處理中頻信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)嵌入式GPS軟件用于搜索和跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)，并根據(jù)這些信號(hào)求解用戶坐標(biāo)和速度。Sirfstarii是SIRF公司研制的第二代芯片系列，是該公司的一款低功耗產(chǎn)品，最大電流只有60ma，在tr i ckl epower模式下電流只有20mA。
[0029]GPS定位模塊Sirfstarii芯片電路如圖5所示。經(jīng)瑋度信息經(jīng)過單片機(jī)MSP430芯片MAX232-RXD、MAX232-TXD 弓 I 腳進(jìn)行獲取。
[0030]數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用微功率擴(kuò)頻無線模塊YL-800IL，是一款高性能、低功耗、遠(yuǎn)距離的微功率射頻無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，內(nèi)部自動(dòng)擴(kuò)頻計(jì)算和前導(dǎo)CRC糾錯(cuò)處理，不改變用戶的任何數(shù)據(jù)和協(xié)議，采用半雙工透明傳輸機(jī)制，實(shí)現(xiàn)無線代替的功能。模塊的射頻芯片基于擴(kuò)頻跳頻技術(shù)，在穩(wěn)定性、抗干擾能力以及接收靈敏度上都超越現(xiàn)有的GFSK模塊。配置STM低功耗高速處理器，數(shù)據(jù)處理能力、運(yùn)算速度均有所提高。
[0031]數(shù)據(jù)收發(fā)電路如圖6所示，經(jīng)過串口芯片MAX232進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收由單片機(jī)MSP430芯片MAX232-RXD、MAX232-TXD引腳進(jìn)行控制。
[0032]本實(shí)用新型的冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置，自動(dòng)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)不需要人工干預(yù)，節(jié)約人力物力。本實(shí)用新型采用了高精度的MEMS芯片和SirfstariiII定位系統(tǒng)，并利用RF無線射頻技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的匯聚，保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度和傳輸?shù)目煽啃浴?br>[0033]本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置，其特征在于，包括控制模塊、定位模塊，三軸加速度模塊、供電模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，所述供電模塊分別與控制模塊、定位模塊、三軸加速度模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊相連，用于為所述定位模塊，三軸加速度模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊提供電壓;所述定位模塊與所述三軸加速度模塊與所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊相連，所述定位模塊的經(jīng)瑋度信息通過所述控制模塊的引腳獲得，所述控制模塊與所述定位模塊，三軸加速度模塊、供電模塊和數(shù)據(jù)線收發(fā)模塊相連，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)通過所述控制模塊的引腳獲得。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置，其特征在于，所述定位模塊采用Sirf starii芯片，用于獲取經(jīng)瑋度信息。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置，其特征在于，所述三軸加速度模塊采用ADXL362芯片，用于獲得冰川表面的三軸加速度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置，其特征在于，所述供電模塊采用鋰電池串聯(lián)方式進(jìn)行供電，用于為所述控制模塊、定位模塊、三軸加速度模塊和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰川運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)采集裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用YL-800IL芯片，用于接收和發(fā)送所述采集裝置的數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01C21/16GK205670010SQ201620578576
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】殷躍平, 曹修定, 董翰川, 龐麗麗, 吳悅, 楊凱
【申請(qǐng)人】中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心