RU218350U1 - Multifunctional sensor module for satellite navigation - Google Patents
Multifunctional sensor module for satellite navigation Download PDFInfo
- Publication number
- RU218350U1 RU218350U1 RU2022130108U RU2022130108U RU218350U1 RU 218350 U1 RU218350 U1 RU 218350U1 RU 2022130108 U RU2022130108 U RU 2022130108U RU 2022130108 U RU2022130108 U RU 2022130108U RU 218350 U1 RU218350 U1 RU 218350U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- module
- temperature
- sensor module
- communication module
- satellite
- Prior art date
Links
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008672 reprogramming Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области радиопеленгации, а именно к спутниковым радионавигационным системам, и может быть использована для определения местоположения, а также других параметров, таких как температура, ускорение, целостность конструкции. Задачей полезной модели является расширение спектра рабочих температур сенсорного модуля, вплоть до -55°С. Многофункциональный сенсорной модуль спутниковой радионавигации, содержащий микроконтроллер, модуль спутниковой связи, модуль мобильной связи, акселерометр, отличающийся тем, что дополнительно содержит блок стабилизации температуры, содержащий две группы резисторов: первая - для управления плечами моста Уитстона - резисторы, терморезистор, вторая - для фактического обогрева, большой мощности; операционный усилитель и один или два силовых транзистора. 2 ил. The utility model relates to the field of radio direction finding, namely to satellite radio navigation systems, and can be used to determine the location, as well as other parameters such as temperature, acceleration, structural integrity. The objective of the utility model is to expand the range of operating temperatures of the sensor module, up to -55°C. A multifunctional sensor module for satellite radio navigation, containing a microcontroller, a satellite communication module, a mobile communication module, an accelerometer, characterized in that it additionally contains a temperature stabilization unit containing two groups of resistors: the first - for controlling the shoulders of the Wheatstone bridge - resistors, thermistor, the second - for the actual heating, high power; an operational amplifier and one or two power transistors. 2 ill.
Description
Полезная модель относится к области радиопеленгации, а именно к спутниковым радионавигационным системам и может быть использована для определения местоположения, а также других параметров, таких как температура, ускорение, целостность конструкции.The utility model relates to the field of radio direction finding, namely to satellite radio navigation systems and can be used to determine the location, as well as other parameters such as temperature, acceleration, structural integrity.
Известен прибор для получения данных о местоположении /1/. Для этого используется ГЛОНАСС (GNSS) приемник, а также управляющий системой микроконтроллер. Помимо этого, присутствует цепь стабилизации напряжения до 3,3 В, необходимых для работы устройства. Информация поступает в прибор и из него посредствам нескольких разъемов, которые, также дают возможность изменять программу для работы устройства.A known device for obtaining location data /1/. For this, a GLONASS (GNSS) receiver is used, as well as a microcontroller controlling the system. In addition, there is a voltage stabilization circuit up to 3.3 V, necessary for the operation of the device. Information enters the device and from it through several connectors, which also make it possible to change the program for the operation of the device.
У этого решения есть ряд недостатков: Отсутствие возможности автономной работы, возможность внешнего вмешательства и перепрограммирование работы устройства, отсутствие защиты от перепадов температуры, особенно продолжение функционирования при температурах ниже нуля. Помимо этого, дополнительных функций, помимо спутниковой навигации у данного решения нет.This solution has a number of disadvantages: Lack of autonomous operation, the possibility of external intervention and reprogramming of the device operation, lack of protection against temperature extremes, especially continued operation at temperatures below zero. In addition, this solution does not have additional functions, in addition to satellite navigation.
Также известен прибор/2/. В данном решении присутствует GNSS/GPS модуль для определения местоположения, GSM-модуль для передачи данных, акселерометр, учитывающий ускорения устройства, а также аккумулятор на 4,5 мА⋅ч. Устройство имеет два яруса, на которых располагаются печатная плата и питающие элементы. Идея автора также заключается в минимизации объема модуля, объем модели составляет 105 см3. Помимо этого, автором указывается альтернативная версия полезной модели с кнопкой тревоги и датчиком температуры. Это дает понимание, что система разрабатывалась, в том числе, для охранных целей.Also known device /2/. This solution contains a GNSS/GPS module for positioning, a GSM module for data transmission, an accelerometer that takes into account device acceleration, and a 4.5 mAh battery. The device has two tiers, on which the printed circuit board and power elements are located. The author's idea is also to minimize the volume of the module, the volume of the model is 105 cm 3 . In addition, the author indicates an alternative version of the utility model with an alarm button and a temperature sensor. This gives an understanding that the system was developed, including for security purposes.
Проблемы данного решения - слабый уровень противодействия изменяющейся температуре. Модуль способен работать лишь в рамках заложенных в аппаратную часть крайних значений функционирования, без возможных доработок в этой области.The problem with this solution is a weak level of resistance to changing temperature. The module is able to work only within the limits of the extreme values of functioning laid down in the hardware, without possible improvements in this area.
Задачей полезной модели является расширение спектра рабочих температур сенсорного модуля, вплоть до -55 градусов Цельсия.The objective of the utility model is to expand the range of operating temperatures of the sensor module, up to -55 degrees Celsius.
Для этого была предложена полезная модель многофункционального сенсорного модуля спутниковой радионавигации, содержащего микроконтроллер, модуль спутниковой связи, модуль мобильной связи, акселерометр, отличающийся от прототипа тем, что дополнительно содержит блок стабилизации температуры, содержащий две группы резисторов - первая для управления плечами моста Уитстона, вторая - для фактического обогрева, операционного усилителя и одного или двух силовых транзисторов, что дает возможность не допускать падение температуры ниже заявленных рабочих температур элементов модуля.For this, a useful model of a multifunctional sensor module for satellite radio navigation was proposed, containing a microcontroller, a satellite communication module, a mobile communication module, an accelerometer, which differs from the prototype in that it additionally contains a temperature stabilization unit containing two groups of resistors - the first to control the shoulders of the Wheatstone bridge, the second - for actual heating, an operational amplifier and one or two power transistors, which makes it possible to prevent the temperature from falling below the declared operating temperatures of the module elements.
Приемник спутниковой связи имеет возможность работать с такими спутниковыми системами, как GLONASS, GPS, Galileo, QZSS, SBAS (WAAS, EGNOS, GAGAN, MSAS). Это дает возможность максимально стабильной работы в условиях отключения или отсутствия получения сигнала с приоритетных датчиков. Также в рамках устройства присутствует антенна, которая закрепляется внутри корпуса, что делает ее крепление более надежным и неподверженным внешним факторам.The satellite communication receiver has the ability to work with satellite systems such as GLONASS, GPS, Galileo, QZSS, SBAS (WAAS, EGNOS, GAGAN, MSAS). This enables the most stable operation in conditions of disconnection or lack of signal reception from priority sensors. Also, within the framework of the device there is an antenna, which is fixed inside the case, which makes its fastening more reliable and unaffected by external factors.
В устройстве в качестве управляющей схемы используется микроконтроллер, который производит все вычисления, прием, передачу и аккумулирование данных, полученных от датчиков.The device uses a microcontroller as a control circuit, which performs all calculations, reception, transmission and accumulation of data received from sensors.
GSM модуль способен как получать данные, например настройки, чтобы изменять параметры работы устройства, так и передавать полученные от микроконтроллера данные с датчиков либо сигналы тревоги. GSM модуль работает на частотах 850, 900, 1800, 1900 МГц. Для этого модуля также используется антенна.The GSM module is capable of both receiving data, such as settings, in order to change the operating parameters of the device, and transmitting sensor data received from the microcontroller or alarm signals. The GSM module operates at frequencies of 850, 900, 1800, 1900 MHz. An antenna is also used for this module.
Особенностью модуля является наличие блок стабилизации температуры, что дает возможность использования устройства в крайне низких температурах, а с учетом положительных температур прибор работает в рамках -55…+60°С. Особенностью блока также считается его автономная работа относительно всей остальной схемы. То есть не обязательна постоянная работа функциональной части сенсорного модуля, для работы блока стабилизации температуры.A feature of the module is the presence of a temperature stabilization unit, which makes it possible to use the device at extremely low temperatures, and taking into account positive temperatures, the device operates within -55 ... + 60 ° С. A feature of the block is also considered to be its autonomous operation relative to the rest of the circuit. That is, the permanent operation of the functional part of the sensor module is not necessary for the operation of the temperature stabilization unit.
На фиг. 1 показана структурная схема функционирования модуля, где:In FIG. 1 shows a block diagram of the module operation, where:
1-антенна модуля мобильной связи,1-antenna of the mobile communication module,
2 - модуль мобильной связи,2 - mobile communication module,
3 - антенна модуля спутниковой связи,3 - antenna of the satellite communication module,
4 - модуль спутниковой связи,4 - satellite communication module,
5 - энергонезависимая Flash-память,5 - non-volatile Flash memory,
6 - аккумулятор,6 - battery,
7 - блок стабилизации напряжения,7 - voltage stabilization unit,
8 - микроконтроллер,8 - microcontroller,
9 - акселерометр,9 - accelerometer,
10 - блок стабилизации температуры,10 - temperature stabilization unit,
11 - датчик температуры.11 - temperature sensor.
На фиг. 2 представлена структурная схема блока стабилизации температуры (10), гдеIn FIG. 2 shows a block diagram of the temperature stabilization unit (10), where
12 - первое плечо моста Уитстона,12 - the first arm of the Wheatstone bridge,
13 - второе плечо моста Уитстона,13 - the second arm of the Wheatstone bridge,
14 - операционный усилитель,14 - operational amplifier,
15 - силовые транзисторы,15 - power transistors,
16 - резисторы большой мощности.16 - high power resistors.
Управление системой происходит помощью микроконтроллера (8). The system is controlled by a microcontroller (8).
К нему по информационным каналам подключены модуль спутниковой навигации(4), модуль мобильной связи (2), а также их антенны (3,1 соответственно). Помимо этого, к микроконтроллеру подключен акселерометр (9), передающий показания о наличии ускорений устройства. Присутствует энергонезависимая Flash-память (5), в которую записывается информация, поступающая с датчиков в рамках модуля и внешних источников. Также в рамках модуля используется датчик температуры. Весь модуль питается от аккумулятора (6), энергия с которого подается в блок стабилизации напряжения (7). Особенностью модуля является блок стабилизации температуры (10), который также рассмотрен на фигуре 2.A satellite navigation module (4), a mobile communication module (2), as well as their antennas (3.1, respectively) are connected to it via information channels. In addition, an accelerometer (9) is connected to the microcontroller, which transmits indications about the presence of device accelerations. There is a non-volatile Flash-memory (5), which stores information from sensors within the module and external sources. The module also uses a temperature sensor. The entire module is powered by a battery (6), from which energy is supplied to the voltage stabilization unit (7). A feature of the module is the temperature stabilization unit (10), which is also considered in Figure 2.
В его рамках присутствуют два плеча моста Уитстона (12,13). Далее находится операционный усилитель (14), и группа силовых транзисторов (15). Нагрев происходит помощью резисторов большой мощности (16).Within its framework, there are two arms of the Wheatstone bridge (12,13). Next is the operational amplifier (14), and a group of power transistors (15). Heating occurs with the help of high power resistors (16).
Функционирование модуля базируется на работе микроконтроллера, который управляет всеми периферийными устройствами и датчиками. В рамках модуля присутствуют датчик температуры, акселерометр. Есть возможность подключения внешних датчиков по шине I2C.The operation of the module is based on the operation of a microcontroller that controls all peripheral devices and sensors. The module includes a temperature sensor and an accelerometer. It is possible to connect external sensors via the I2C bus.
При большом массиве данных используется Flash-память на 64 МБ (или 32 МБ), которая дает возможность записи в 2048 (или в 1024 при 32 МБ памяти) раз больше, чем в микроконтроллер. По расчетам при использовании стандартного размера переменной в 4 байта есть возможность сделать запись 16 миллионов событий (8 миллионов при 32 МБ памяти).With a large array of data, a 64 MB (or 32 MB) Flash memory is used, which makes it possible to write 2048 (or 1024 with 32 MB of memory) times more than in the microcontroller. It is estimated that when using the standard variable size of 4 bytes, it is possible to record 16 million events (8 million with 32 MB of memory).
При наличии, например, 8 датчиков (3 оси акселерометра, внутренний датчик температуры, уровень заряда, 3 внешних датчика температуры) и частоты записи в 0,5 с дает возможность накапливать данные в течение 291 ч, для полной записи Flash-памяти, а затем их перезаписывать, оставляя в памяти 291 (145 при 32 МБ памяти) ч предыдущей работы устройства.With, for example, 8 sensors (3 axes of the accelerometer, internal temperature sensor, charge level, 3 external temperature sensors) and a recording frequency of 0.5 s, it makes it possible to accumulate data for 291 hours, to fully write the Flash memory, and then overwrite them, leaving in memory 291 (145 with 32 MB of memory) hours of the previous operation of the device.
В рамках модуля используется модуль спутниковой связи, который имеет возможность получать данные со спутников GLONASS, GPS, Galileo, QZSS, SBAS (WAAS, EGNOS, GAGAN, MSAS). При отсутствии приоритетного спутника в зоне досягаемости микроконтроллер дает команду на переключение на другой тип спутников. Это позволяет получать данные с высокой стабильностью.The module uses a satellite communication module that has the ability to receive data from GLONASS, GPS, Galileo, QZSS, SBAS (WAAS, EGNOS, GAGAN, MSAS) satellites. If there is no priority satellite in range, the microcontroller gives a command to switch to another type of satellite. This allows you to receive data with high stability.
Для передачи полученной и накопленной информации используется модуль мобильной связи GSM, работающий на частотах 850, 900, 1800, 1900 МГц. В рамках полезной модели задумана передача данных в рамках зашифрованных текстовых сообщений. Помимо вышеизложенного благодаря GSM-модулю возможна смена настроек во время работы модуля.To transmit the received and accumulated information, a GSM mobile communication module is used, operating at frequencies of 850, 900, 1800, 1900 MHz. Within the framework of the utility model, the transmission of data within the framework of encrypted text messages is conceived. In addition to the above, thanks to the GSM module, it is possible to change the settings during the operation of the module.
В соответствии с поставленной задачей в рамках сенсорного модуля присутствует блок стабилизации температуры. Он состоит из двух плечей моста Уитстона. В одно из плеч вставляется терморезистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры окружающей его среды. При достижении порога температуры сопротивление падает настолько, что общее сопротивление плеча становиться меньше общего сопротивления второго плеча. Это создает небольшую разницу в напряжении между этими плечами. Операционный усилитель, установленный далее, меняет режим работы, переключаясь в другое состояние. Напряжение попадает на группу силовых транзисторов, которые открываются и ток, проходя через резисторы большой мощности, нагревают модуль. При этом с учетом конструкции, модуль становится способным обеспечить разницу температур между внешней средой и температуру внутри устройства. В связи с этим достигается основная задача модуля - функционирование в широком диапазоне рабочих температур.In accordance with the task, within the framework of the sensor module there is a temperature stabilization unit. It consists of the two arms of the Wheatstone Bridge. A thermistor is inserted into one of the arms, the resistance of which varies depending on the temperature of its environment. When the temperature threshold is reached, the resistance drops so much that the total resistance of the arm becomes less than the total resistance of the second arm. This creates a slight difference in tension between these shoulders. An op amp installed next changes the operating mode by switching to another state. The voltage falls on a group of power transistors, which open and the current, passing through high power resistors, heats up the module. At the same time, taking into account the design, the module becomes able to provide a temperature difference between the external environment and the temperature inside the device. In this regard, the main task of the module is achieved - functioning in a wide range of operating temperatures.
В рамках устройства применяется алюминиевый корпус марки сплава ADC-10 (JIS), который также препятствует подверженности внешним воздействиям. Данная марка алюминия является аналогом ENAC-AISi9Cu3(Fe), прочность на растяжение которой - 240 МПа. Данное решение делает очень устойчивой от внешних воздействий авторское решение. Помимо этого, решение обладает защитой от пыли и воды на уровне IP67.The device adopts an ADC-10 (JIS) grade aluminum housing, which also prevents exposure to external influences. This brand of aluminum is an analogue of ENAC-AISi9Cu3(Fe), the tensile strength of which is 240 MPa. This solution makes the author's solution very resistant to external influences. In addition, the solution has protection against dust and water at the level of IP67.
Техническую и экономическую целесообразность решения иллюстрирует пример: при попадании прототипа в температурный диапазон от -30°С и ниже (в зависимости от используемой компонентной базы) прибор не сможет поддерживать безошибочную функциональность, а после достижения -40°С свою функциональность вообще. В отличие от него описываемая полезная модель, при достижении температур ниже -30°С начинает реагировать на это, а именно начинает реагировать блок стабилизации температуры. Работа блока повышает/поддерживает общую температуру модуля для полноценного безошибочного функционирования.The technical and economic feasibility of the solution is illustrated by an example: when the prototype falls into the temperature range from -30°C and below (depending on the component base used), the device will not be able to maintain error-free functionality, and after reaching -40°C, its functionality in general. In contrast, the described utility model, upon reaching temperatures below -30°C, begins to react to this, namely, the temperature stabilization unit begins to react. The operation of the unit raises/maintains the overall temperature of the module for full error-free operation.
Источники информации:Information sources:
1. Патент РФ №714891. Patent of the Russian Federation No. 71489
2. Патент РФ №193444 - прототип2. RF patent No. 193444 - prototype
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU218350U1 true RU218350U1 (en) | 2023-05-23 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2215995C1 (en) * | 2003-02-17 | 2003-11-10 | Закрытое акционерное общество Объединенное конструкторское бюро "Русская авионика" | Navigation and electronic display complex |
| RU2481558C2 (en) * | 2011-07-25 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") | Aircraft complex navigation and control system |
| CN109301901A (en) * | 2018-10-23 | 2019-02-01 | 昌邑市滨海盐化供销服务有限公司 | A multifunctional outdoor positioning and navigation device |
| RU2769037C2 (en) * | 2020-06-26 | 2022-03-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240" | Multifunctional complex of means of detection, tracking and radio countermeasures to the application of small-class unmanned aerial vehicles |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2215995C1 (en) * | 2003-02-17 | 2003-11-10 | Закрытое акционерное общество Объединенное конструкторское бюро "Русская авионика" | Navigation and electronic display complex |
| RU2481558C2 (en) * | 2011-07-25 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") | Aircraft complex navigation and control system |
| CN109301901A (en) * | 2018-10-23 | 2019-02-01 | 昌邑市滨海盐化供销服务有限公司 | A multifunctional outdoor positioning and navigation device |
| RU2769037C2 (en) * | 2020-06-26 | 2022-03-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240" | Multifunctional complex of means of detection, tracking and radio countermeasures to the application of small-class unmanned aerial vehicles |
| RU2774403C1 (en) * | 2021-10-28 | 2022-06-21 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» | Multifunctional compensator for navigation equipment of consumers of the global navigation satellite system with the possibility of local navigation according to the signals of domestic radio suppression equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8258942B1 (en) | Lightweight portable tracking device | |
| US8258959B2 (en) | Activation circuit for sealed electronic device | |
| US20150228184A1 (en) | Systems and Methods for Individual Tracking Using Multi-Source Energy Harvesting | |
| CN103728644A (en) | Positioning system and positioning method | |
| CN104567547B (en) | A kind of work data acquisition system for shadow rocket and data processing method | |
| CN103983994A (en) | GPS locating and tracking device and system | |
| RU218350U1 (en) | Multifunctional sensor module for satellite navigation | |
| CN111252195A (en) | Floating ball assembly and drifting buoy | |
| JP2020136985A (en) | Communication equipment, communication methods and programs | |
| US20160041252A1 (en) | Pnt sensor relay communication system | |
| CN204287493U (en) | A kind of GPS and inertial navigation mating type tracing system | |
| US20150276932A1 (en) | Apparatus and method for determining location of mobile object | |
| US8352184B2 (en) | Message formatting system to improve GPS and IMU positional reporting for a vehicle | |
| JPH0755911A (en) | Oceanographic survey system | |
| US6050225A (en) | Radio controlled release apparatus for animal data acquisition devices | |
| Idachaba | Design of a GPS/GSM based tracker for the location of stolen items and kidnapped or missing persons in Nigeria | |
| CN204421755U (en) | A kind of work data acquisition system for shadow rocket | |
| RU2015106601A (en) | A LUGGAGE TRACKING DEVICE AND A LUGGAGE TRACKING SYSTEM INCLUDING SUCH A DEVICE | |
| RU223621U1 (en) | Autonomous telemetry module for data collection | |
| US6628232B1 (en) | GPS tracker | |
| KR100817311B1 (en) | Animal location transmitter and animal location receiver used in animal location system | |
| KR102269076B1 (en) | Global Positioning System and the operation method thereof | |
| Handayani et al. | Alert, monitoring and tracking for electronic device prototype | |
| US20070064525A1 (en) | Marine transponder | |
| US20140092707A1 (en) | Operational Mode Switching in Seismic Data Acquisition Module via Supply Voltage Polarization |