CN116299611A - 一种无线充电的漂浮式电子界桩及监测方法 - Google Patents

一种无线充电的漂浮式电子界桩及监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无线充电的漂浮式电子界桩及监测方法，包括中空的本体，数据采集单元，用于获取界桩的位置信号和加速度信号；通信单元与数据采集单元通信连接，用于远程通信；电源单元设置在本体内，用于向数据采集单元和通信单元供电；无线充电单元设置在本体内，用于向电源单元充电；其中本体跟随液面的高度浮动；无线充电单元还与外置的便携式充电站进行无线能量传输。本方案没有采用外置接口，而是通过无线方式进行充电，界桩本身内置了位置检测、实时时间获取和加速度检测功能，能够对环境进行感知，尤其适用于潮湿水域环境中长期使用，不受液面高度变化的限制。

Description

一种无线充电的漂浮式电子界桩及监测方法
技术领域
本发明涉及电子界桩技术领域，尤其涉及一种无线充电的漂浮式电子界桩及监测方法。
背景技术
界桩是指作为地界标志的指示物，用来标示不同属性或者不同权利范围的土地周围界址，界桩根据结构可以分为传统界桩和电子界桩，传统界桩包括水泥界桩、塑料界桩或者金属界桩，表面镌刻文字以便于识别；电子界桩是近年来发展起来的确权装置，使用现代信息技术，采集和传输定位信息、报警信息等。传统的界桩依赖管理人员定期巡视，容易遭到破坏或者人为移动，对确权带来不利影响。电子界桩较传统界桩具有明显的优势，能够感知周围环境，避免人为搬运或者破坏，已得到广泛的应用。作为电子产品，电子界桩需要内置电源，如在户外长期运行，还需要定期进行充电，为了便于充电或外界太阳能发电装置，界桩表面往往要预留充电接口，不仅降低了电子界桩的可靠性，而且容易损坏，不适用于水体等潮湿的环境。
中国发明专利CN110867054A公开了一种智能电子界桩监测系统，该方案通过充电电路与向电子界桩充电，仍采用了充电接口方式，显然不适用于潮湿且液面经常发生变化的水体环境使用，而且方案本身采用被动工作方式，需要巡查人员激活RFID才能工作，其他时间不主动监测，无法及时感知界桩位置的变化情况。因此，针对现有电子界桩普遍存在外置充电接口、不适用于水体环境、被动监测等缺点，研究一种无暴露接口、可持续运行，并可应用于水域潮湿环境的电子界桩，具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种无外置接口、具有主动环境监测功能、无线充电的漂浮式电子界桩及监测方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种无线充电的漂浮式电子界桩，包括：
本体，内部中空；
数据采集单元，设置在本体内，用于获取界桩的位置信号和加速度信号；
通信单元，与数据采集单元通信连接，用于与远程的云端接收平台远程通信；
电源单元，设置在本体内，用于向数据采集单元和通信单元供电；
无线充电单元，设置在本体内，用于向电源单元非接触式无线充电；
其中，所述本体跟随液面的高度浮动；无线充电单元还与外置的便携式充电站进行无线能量传输。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述本体包括若干顺次嵌套设置的支撑体和浮筒；若干支撑体和浮筒内部中空，若干支撑体远离水体底部的一端设置有窗口；最外侧的支撑体非开设窗口的端部固设在水体底部，与该最外侧支撑体相邻的支撑体穿置在窗口的内表面内且与最外侧的支撑体滑动连接；浮筒嵌设在最内侧的支撑体的窗口内，并与最内侧支撑体滑动连接；非固定状态的若干支撑体和浮筒跟随液位的变化上升或者下降；所述数据采集单元、通信单元、电源单元和无线充电单元均设置在浮筒伸出水体的一端。
优选的，所述数据采集单元包括定位芯片U7、加速度传感器U8和MCU；MCU包括若干通信接口和通用输入输出接口；定位芯片U7的引脚1与+3.3V电源电性连接，定位芯片U7的引脚2接地，定位芯片U7的引脚3和引脚4分别与MCU的一个通信接口一一对应电性连接；加速度传感器U8的引脚13与+3.3V电源电性连接，加速度传感器U8的引脚18接地，加速度传感器U8的引脚23和引脚24分别与MCU的另一个通信接口一一对应电性连接，加速度传感器U8的引脚12与MCU的一个通用输入输出接口电性连接；所述定位芯片U7采用NEO-6M-SCH，加速度传感器U8采用MPU6050。
进一步优选的，所述通信单元包括无线传输芯片U6和SIM卡槽；无线传输芯片U6的引脚6和引脚7与MCU的一个通信接口一一对应电性连接，无线传输芯片U6的引脚11和引脚12接地，无线传输芯片U6的引脚13和引脚14与+3.3V电源电性连接，无线传输芯片U6的引脚19与MCU的一个通用输入输出接口电性连接，无线传输芯片U6的引脚20分别与SIM卡槽的VDD端、电阻R16的一端和第二稳压二极管D2的阴极电性连接，电阻R16的另一端与+3.3V电性连接；无线传输芯片U6的引脚21分别与SIM卡槽的DATA端和第三稳压二极管D3的阴极电性连接；无线传输芯片U6的引脚22分别与SIM卡槽的CLK端和第四稳压二极管D4的阴极电性连接；无线传输芯片U6的引脚23分别与SIM卡槽的RST端和第五稳压二极管D5的阴极电性连接，第二稳压二极管D2的阳极、第三稳压二极管D3的阳极、第四稳压二极管D4的阳极和第五稳压二极管D5的阳极均接地；无线传输芯片U6采用USR-NB75物联网通信芯片。
更进一步优选的，所述电源单元包括蓄电池、降压芯片U4和升压芯片U5；降压芯片U4的输入端与蓄电池的正极电性连接，降压芯片U4的输出端输出+3.3V电源；升压芯片U5的输入端和使能端与蓄电池的正极电性连接，升压芯片U5的开关端与电感L4的一端电性连接，电感L4的另一端与升压芯片U5的输入端电性连接，升压芯片U5的输出端输出+5V电源；升压芯片U5的输出端还与电阻R18的一端电性连接，电阻R18的另一端分别与电阻R17的一端和升压芯片U5的反馈输入端电性连接，电阻R17的另一端接地；降压芯片U4选用LM1117-3.3V，升压芯片U5选用PS7516。
再进一步优选的，所述无线充电单元包括无线发射芯片U1、无线接收芯片U2和充电芯片U3；无线发射芯片U1的输入端与外置的便携式充电站电性连接；无线发射芯片U1的输出端与第一线圈L1电性连接，第一线圈L1螺旋形卷绕并抵持在浮筒的外表面，用于无线功率发射；无线接收芯片U2的输入端与第二线圈L2电性连接，第二线圈L2螺旋形卷绕并设置在浮筒内，并与第一线圈L1相对间隔设置，用于无线接收功率；无线接收芯片U2的输出端与充电芯片U3的输入端电性连接，充电芯片U3的充电状态输出端分别与第三LED的阳极和第四LED4的阴极电性连接，第三LED的阴极接地，第四LED的阳极与充电芯片U3的输入端电性连接；充电芯片U3的输出端与蓄电池的正极电性连接，充电芯片U3用于向蓄电池充电；所述无线发射芯片U1采用IP6826；所述无线接收芯片U2采用NU1680；充电芯片U3采用MCP73831T。
更进一步的优选的，所述浮筒伸出窗口的表面设置有粗糙段，第一线圈L1可拆卸式的设置在粗糙段处的浮筒表面；浮筒内部还设置有中空的密封盒，数据采集单元、通信单元、电源单元和无线充电单元均设置在密封盒内；密封盒与浮筒的内表面间隔设置，密封盒与浮筒内表面之间设置有缓冲层。
优选的，所述若干支撑体上均设置有排水口，排水口设置在若干支撑体靠近水体底部的一端。
另一方面，本发明还提供了一种无线充电的漂浮式电子界桩的监测方法，包括如下步骤：
配置上述的无线充电的漂浮式电子界桩；
无线充电的漂浮式电子界桩选择性的进入定时工作模式或者报警中断模式；
定时工作模式时，数据采集单元和通信单元按预设的时间间隔定时启动，并获取当前界桩的位置信号、加速度信号和实时时间，从而确认界桩的当前位置和姿态；位置信号、加速度信号和实时时间经通信单元封装为定时数据包后发送到远程的云端接收平台；定时数据包发送成功后，进入下一个定时工作循环计时，如果达到预设的发送时间阈值，定时数据包仍未发送成功，则同样进入下一个定时工作循环计时，但是会由数据采集单元在预先建立的连续失败传输记录中进行累加存储；
报警中断模式时，数据采集单元的加速度传感器U8连续的输入信号触发并唤醒MCU，MCU对加速度传感器U8的输入进一步判断，确认是否为有效的震动/倾斜信号；如加速度传感器U8输入的信号确认为有效的震动/倾斜信号，数据采集单元获取当前界桩的位置信号和实时时间，位置信号、震动/倾斜信号和实时时间经通信单元封装为数据包后发送到远程的云端接收平台；如加速度传感器U8输入的信号经确认不是有效的震动/倾斜信号，则MCU会等待一段时间，继续接收来自加速度传感器U8的输入信号，直到有可靠的震动/倾斜信号输入MCU，数据采集单元获取当前界桩的位置信号和实时时间，位置信号、震动/倾斜信号和实时时间经通信单元封装为报警数据包后发送到远程的云端接收平台；如果加速度传感器U8超过预设的响应时间后仍未返回有效的输入信号，或者通信单元达到预设的发送时间阈值，报警数据包仍未发送成功的，则进行中断返回；但是会由数据采集单元在预先建立的中断失败传输记录中进行累加存储；
当定时工作模式时，连续N个周期均有定时数据包连续失败传输记录；或者当报警中断模式时，连续M个中断均有报警数据包中断失败传输记录的，云端接收平台发出界桩通信异常警告信息，提示管理人员现场排查；N、M均为整数；
数据采集单元的MCU还获取电源单元的蓄电池充电电压，并向云端接收平台发送充电请求。
优选的，所述在报警中断模式时，如果加速度传感器U8超过预设的响应时间后仍未返回有效的输入信号，或者通信单元达到预设的发送时间阈值，报警数据包仍未发送成功的，当数据采集单元在预先建立的中断失败传输记录中进行连续累加存储达到M次时，无线充电的漂浮式电子界桩不再进入报警中断模式，而是保持在定时工作模式下工作，判断当前界桩在定时工作模式下是否存在定时数据包的连续失败传输记录的累加现象，并由数据采集单元进行记录保存。
本发明提供的一种无线充电的漂浮式电子界桩，相对于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本方案取消了外置的接口，接口部位不容易被损坏，而是通过非接触式的无线充电方式充电，在户外能够可靠的运行；
(2)本体能够适应水位的高度而变化，设备内置于本体内部，并隔水密封，使本方案的电子界桩尤其适用于潮湿的水体环境；
(3)采用定时工作模式与报警工作模式相结合的方式，节省能源开销并能主动监控界桩的姿态和位置变化，将水体用界桩的被动监测改为主动监测方式，克服人工定期巡查导致的不便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的前视图；
图2为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的半剖前视图；
图3为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的浮筒的半剖前视图；
图4为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的充电状态示意图；
图5为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的结构框图；
图6为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的无线充电单元的部分接线图；
图7为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的无线充电单元的另一部分接线图；
图8为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的电源单元的接线图；
图9为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的通信单元的接线图；
图10为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的数据采集单元的部分接线图；
图11为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的数据采集单元的一部分接线图；
图12为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的监测方法的定时工作模式的流程图；
图13为本发明一种无线充电的漂浮式电子界桩的监测方法的报警中断模式的流程图。
附图标记：1、本体；2、数据采集单元；3、通信单元；4、电源单元；5、无线充电单元；11、支撑体；12、浮筒；100、窗口；200、粗糙段；120、密封盒；300、缓冲层；400、排水口；111、第一支撑体；112、第二支撑体；113、第三支撑体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1-图5所示，一方面，本发明提供了一种无线充电的漂浮式电子界桩，包括：
本体1，内部中空；本体1内部空间用于容纳数据采集单元2、通信单元3、电源单元4和部分无线充电单元5。
数据采集单元2设置在本体1内，用于获取界桩的位置信号和加速度信号；
通信单元3与数据采集单元2通信连接，用于与远程的云端接收平台通信；
电源单元4设置在本体1内，用于向数据采集单元2和通信单元3供电；
无线充电单元5设置在本体1内，用于向电源单元4非接触式无线充电；
其中，本体1跟随液面的高度浮动；无线充电单元5还与外置的便携式充电站进行无线能量传输。无线充电单元5的接收部分位于本体1内部，当需要充电时，由管理人员携带外置的便携式充电站与无线充电单元5的发射部分进行连接，发射部分与接收部分进行无线能量传输即可，无线充电单元5的发射部分可以与便携式充电站整合为一体，在非充电状态时与本体1可拆卸式连接，在充电状态时与贴附或者固定在本体1的外表面上。由于没有采用外置的裸露接口，避免了人为损坏和在潮湿水体环境中故障或者短路的可能，提高了水体界桩的适用性和可靠性。
同样如图1和图5所示，为了适应水体液面高度的变化，本体1包括若干顺次嵌套设置的支撑体11和浮筒12；若干支撑体11和浮筒12内部中空，若干支撑体11远离水体底部的一端设置有窗口100；最外侧的支撑体11非开设窗口100的端部固设在水体底部，与该最外侧支撑体11相邻的支撑体11穿置在窗口100的内表面内且与最外侧的支撑体11滑动连接；浮筒12嵌设在最内侧的支撑体11的窗口100内，并与最内侧支撑体11滑动连接；非固定状态的若干支撑体11和浮筒12跟随液位的变化上升或者下降；数据采集单元2、通信单元3、电源单元4和无线充电单元5均设置在浮筒12伸出水体的一端。以图2和图3为例进行说明，图2中的支撑体11共有三个，以第一支撑体111、第二支撑体112和第三支撑体113进行区分；最外侧的第一支撑体111的一端与水体底部固定连接，第一支撑体111的另一端设置有窗口100；类似的，第二支撑体112嵌设在第一支撑体111的窗口100内，第三支撑体113嵌设在第二支撑体112的窗口100内，浮筒12则嵌设在第三支撑体113的窗口100内。若干支撑体11和浮筒12采用轻质可漂浮材料，且不妨碍电磁信号传输，如玻璃钢、PVC或者亚克力材料制成。为了更好的适应水位高度的大范围变化，若干支撑体11上均设置有排水口400，排水口400设置在若干支撑体11靠近水体底部的一端。当液位低于当前支撑体11的排水口400时，进入支撑体11内的水会从排水口排出，从而使当前支撑体11缩回相邻支撑体11的窗口100内，实现自适应液位调节。此处举例说明的图示采用了三个支撑体11，但是实际使用时的数量可以增加或者减少，图示内容不应视为对方案的支撑体11的数量限制。
由图5结合图10和图11可知，数据采集单元2包括定位芯片U7、加速度传感器U8和MCU；MCU包括若干通信接口和通用输入输出接口；定位芯片U7的引脚1与+3.3V电源电性连接，定位芯片U7的引脚2接地，定位芯片U7的引脚3和引脚4分别与MCU的一个通信接口一一对应电性连接；加速度传感器U8的引脚13与+3.3V电源电性连接，加速度传感器U8的引脚18接地，加速度传感器U8的引脚23和引脚24分别与MCU的另一个通信接口一一对应电性连接，加速度传感器U8的引脚12与MCU的一个通用输入输出接口电性连接；定位芯片U7采用NEO-6M-SCH，加速度传感器U8采用MPU6050。定位芯片U7为GPS芯片，具有授时功能和全球定位功能，可以获取当前实时时间和界桩的当前位置信号，通过UART端口与MCU通信连接，除了采用文中提供的型号，还可以选择支持GNSS或者北斗系统的定位芯片，在此不再赘述。加速度传感器U8集成了三轴陀螺仪和三轴MEMS加速度计，内置16位精度的ADC，通过IIC串行总线与MCU通信连接，可以测量角度和加速度。当然测量界桩是否倾斜，还可以进一步使用测倾开关来实现，在此不再赘述。
如图5结合图9所示，通信单元3包括无线传输芯片U6和SIM卡槽；无线传输芯片U6的引脚6和引脚7与MCU的一个通信接口一一对应电性连接，无线传输芯片U6的引脚11和引脚12接地，无线传输芯片U6的引脚13和引脚14与+3.3V电源电性连接，无线传输芯片U6的引脚19与MCU的一个通用输入输出接口电性连接，无线传输芯片U6的引脚20分别与SIM卡槽的VDD端、电阻R16的一端和第二稳压二极管D2的阴极电性连接，电阻R16的另一端与+3.3V电性连接；无线传输芯片U6的引脚21分别与SIM卡槽的DATA端和第三稳压二极管D3的阴极电性连接；无线传输芯片U6的引脚22分别与SIM卡槽的CLK端和第四稳压二极管D4的阴极电性连接；无线传输芯片U6的引脚23分别与SIM卡槽的RST端和第五稳压二极管D5的阴极电性连接，第二稳压二极管D2的阳极、第三稳压二极管D3的阳极、第四稳压二极管D4的阳极和第五稳压二极管D5的阳极均接地；无线传输芯片U6采用USR-NB75物联网通信芯片。无线传输芯片U6支持4G/5G和NB-IOT物联网通信，可以任意选择，无线传输芯片U6本身通过UART端口与MCU通信连接；并通过预留的引脚20、引脚21、引脚22、和引脚23与SIM卡槽进行通信，第二稳压二极管D2、第三稳压二极管D3、第四稳压二极管D4和第五稳压二极管D5用于限压，无线传输芯片U6的引脚20还通过电阻R16做了上拉处理。
如图5结合图8所示，电源单元4包括蓄电池BAT、降压芯片U4和升压芯片U5；降压芯片U4的输入端与蓄电池的正极电性连接，降压芯片U4的输出端输出+3.3V电源，降压芯片U4的输入端和输出端的电容C19和C20具有滤波功能；升压芯片U5的输入端和使能端与蓄电池的正极电性连接，升压芯片U5的开关端与电感L4的一端电性连接，电感L4的另一端与升压芯片U5的输入端电性连接，升压芯片U5的输出端输出+5V电源；升压芯片U5的输出端还与电阻R18的一端电性连接，电阻R18的另一端分别与电阻R17的一端和升压芯片U5的反馈输入端电性连接，电阻R17的另一端接地；降压芯片U4选用LM1117-3.3V，升压芯片U5选用PS7516。蓄电池BAT可以采用锂电池，电压3.7-4.2V左右，为了提供通信单元3、数据采集单元2和无线充电单元5的工作电压，需要对蓄电池BAT的输出电压进行升压或者降压变换。升压芯片U5外围采用的电感L4决定了升压转换的开关频率和效率。电阻R18和电阻R17构成了分压电路，分压信号作为+5V电源输出的反馈信号送回升压芯片U5的反馈输入端，形成闭环反馈回路，使升压芯片U5根据反馈信号的大小来稳定+5V电源输出。
如图3、图4、图5、图6和图7所示，无线充电单元5包括无线发射芯片U1、无线接收芯片U2和充电芯片U3；无线发射芯片U1的输入端与外置的便携式充电站电性连接；无线发射芯片U1的输出端与第一线圈L1电性连接，第一线圈L1螺旋形卷绕并抵持在浮筒12的外表面，用于无线功率发射；无线接收芯片U2的输入端与第二线圈L2电性连接，第二线圈L2螺旋形卷绕并设置在浮筒12内，并与第一线圈L1相对间隔设置，用于无线接收功率；无线接收芯片U2的输出端与充电芯片U3的输入端电性连接，充电芯片U3的充电状态输出端分别与第三LED的阳极和第四LED4的阴极电性连接，第三LED的阴极接地，第四LED的阳极与充电芯片U3的输入端电性连接；充电芯片U3的输出端与蓄电池的正极电性连接，充电芯片U3用于向蓄电池充电；所述无线发射芯片U1采用IP6826；无线接收芯片U2采用NU1680；充电芯片U3采用MCP73831T。图示的电路分为三个部分：功率发射部分、功率接收部分和蓄电池充电部分。功率发射部分对应了图4和图6，外置的便携式充电站的输入信号即图6中的VIN，可以是12V及以上直流信号，并联在LX1与LX2引脚之间的第一线圈L1是发射线圈，即图4中的虚线圆环部分，输出功率5W-15W；电容C5、C6、C7和C8作为去耦电容使用，第一稳压二极管D1阴极侧的电阻R7和R8分压后得到电压信号VDET，反馈输入至无线发射芯片U1的引脚30，输入电压反馈信号；而电阻R6、电阻C9、电阻R9和电容C10构成了解调输入的分支，获取的VDECODE信号输入无线发射芯片U1的引脚18，即内置解调器的输入端。另外，为了便于无线发射芯片U1与外置的便携式充电站连接，无线发射芯片U1的DP、DM、CC1和CC2引脚与扩展的USB TYPEC接口电性连接，第一发光二极管LED1和第二发光二极管LED2用于指示无线充电输出状态。功率接收部分对应了图3和图7的上半部分，第二线圈L2即图3中的实线圆环部分，无线接收芯片U2的电容C11、C12和C13起到去耦作用，无线接收芯片U2的引脚16和引脚5作为功率输入端，引脚6和引脚15是整流器输出，应尽可能远离其他信号电路，从而减小谐振环路。无线接收芯片U2的引脚8、引脚11、引脚9和引脚10分别与MCU的通用输入输出端口和IIC串行总线连接，实现中断、使能或者通信功能。无线接收芯片U2的引脚14输出VOUT1电压信号。但是VOUT1电压信号有可能无法直接被蓄电池BAT使用，故在图7下方增设了蓄电池充电部分，将VOUT1降为合适的充电电压供蓄电池BAT使用。此处采用了充电芯片U3，当进行蓄电池充电时，充电芯片U3的引脚1STAT输出低电平，第四发光二极管LED4点亮，第三发光二极管LED3熄灭；当没有对蓄电池进行充电时，充电芯片U3的引脚1STAT输出高电平，第四发光二极管LED4熄灭，第三发光二极管LED3点亮。进一步的，可以将蓄电池BAT的正极接入ADC通过测量蓄电池BAT的输出电压，判断蓄电池BAT的剩余容量。
作为一种优选的实施方式，如图1和图3所示，浮筒12伸出窗口100的表面设置有粗糙段200，第一线圈L1可拆卸式的设置在粗糙段200处的浮筒12表面；浮筒12内部还设置有中空的密封盒120，数据采集单元2、通信单元3、电源单元4和无线充电单元5均设置在密封盒120内；密封盒120与浮筒12的内表面间隔设置，密封盒120与浮筒12内表面之间设置有缓冲层300。第一线圈L1可以采用磁吸的方式与粗糙段200处的浮筒12贴合，相应的浮筒12表面可以设置铁磁材料，粗糙段200能增大第一线圈L1与浮筒12表面的摩擦力，防止第一线圈L1滑落。当然第一线圈L1也可以采用柔性绑带的方式缠绕在浮筒12表面，柔性绑带上可进一步设置系绳或者魔术贴方便与浮筒12的拆卸。
另一方面，本发明还提供了一种无线充电的漂浮式电子界桩的监测方法，包括如下步骤：
配置上述的无线充电的漂浮式电子界桩；
无线充电的漂浮式电子界桩选择性的进入定时工作模式或者报警中断模式；
定时工作模式时，数据采集单元和通信单元按预设的时间间隔定时启动，并获取当前界桩的位置信号、加速度信号和实时时间，从而确认界桩的当前位置和姿态；位置信号、加速度信号和实时时间经通信单元封装为定时数据包后发送到远程的云端接收平台；定时数据包发送成功后，进入下一个定时工作循环计时，如果达到预设的发送时间阈值，定时数据包仍未发送成功，则同样进入下一个定时工作循环计时，但是会由数据采集单元在预先建立的连续失败传输记录中进行累加存储；
报警中断模式时，数据采集单元的加速度传感器U8连续的输入信号触发并唤醒MCU，MCU对加速度传感器U8的输入进一步判断，确认是否为有效的震动/倾斜信号；如加速度传感器U8输入的信号确认为有效的震动/倾斜信号，数据采集单元获取当前界桩的位置信号和实时时间，位置信号、震动/倾斜信号和实时时间经通信单元封装为数据包后发送到远程的云端接收平台；如加速度传感器U8输入的信号经确认不是有效的震动/倾斜信号，则MCU会等待一段时间，继续接收来自加速度传感器U8的输入信号，直到有可靠的震动/倾斜信号输入MCU，数据采集单元获取当前界桩的位置信号和实时时间，位置信号、震动/倾斜信号和实时时间经通信单元封装为报警数据包后发送到远程的云端接收平台；如果加速度传感器U8超过预设的响应时间后仍未返回有效的输入信号，或者通信单元达到预设的发送时间阈值，报警数据包仍未发送成功的，则进行中断返回；但是会由数据采集单元在预先建立的中断失败传输记录中进行累加存储；
当定时工作模式时，连续N个周期均有定时数据包连续失败传输记录；或者当报警中断模式时，连续M个中断均有报警数据包中断失败传输记录的，云端接收平台发出界桩通信异常警告信息，提示管理人员现场排查；N、M均为整数；
数据采集单元的MCU还获取电源单元的蓄电池充电电压，并向云端接收平台发送充电请求。
为了确认通信单元或数据采集单元是否处于可靠的工作状态，在报警中断模式时，如果加速度传感器U8超过预设的响应时间后仍未返回有效的输入信号，或者通信单元达到预设的发送时间阈值，报警数据包仍未发送成功的，当数据采集单元在预先建立的中断失败传输记录中进行连续累加存储达到M次时，无线充电的漂浮式电子界桩不再进入报警中断模式，而是保持在定时工作模式下工作，判断当前界桩在定时工作模式下是否存在定时数据包的连续失败传输记录的累加现象，并由数据采集单元进行记录保存。即在报警中断模式中的连续多次通信单元或加速度传感器U8均不能正常响应，再转入定时工作模式下判断一定次数，如果均不能正常响应，则表示通信单元可能发生故障，由云端接收平台发出界桩通信异常警告信息，通知管理人员前去查看。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线充电的漂浮式电子界桩，其特征在于，包括：
本体(1)，内部中空；
数据采集单元(2)，设置在本体(1)内，用于获取界桩的位置信号和加速度信号；
通信单元(3)，与数据采集单元(2)通信连接，用于远程通信；
电源单元(4)，设置在本体(1)内，用于向数据采集单元(2)和通信单元(3)供电；
无线充电单元(5)，设置在本体(1)内，用于向电源单元(4)非接触式无线充电；
其中，所述本体(1)跟随液面的高度浮动；无线充电单元(5)还与外置的便携式充电站进行无线能量传输。
2.根据权利要求1所述的一种无线充电的漂浮式电子界桩，其特征在于，所述本体(1)包括若干顺次嵌套设置的支撑体(11)和浮筒(12)；若干支撑体(11)和浮筒(12)内部中空，若干支撑体(11)远离水体底部的一端设置有窗口(100)；最外侧的支撑体(11)非开设窗口(100)的端部固设在水体底部，与该最外侧支撑体(11)相邻的支撑体(11)穿置在窗口(100)的内表面内且与最外侧的支撑体(11)滑动连接；浮筒(12)嵌设在最内侧的支撑体(11)的窗口(100)内，并与最内侧支撑体(11)滑动连接；非固定状态的若干支撑体(11)和浮筒(12)跟随液位的变化上升或者下降；所述数据采集单元(2)、通信单元(3)、电源单元(4)和无线充电单元(5)均设置在浮筒(12)伸出水体的一端。
3.根据权利要求2所述的一种无线充电的漂浮式电子界桩，其特征在于，所述数据采集单元(2)包括定位芯片U7、加速度传感器U8和MCU；MCU包括若干通信接口和通用输入输出接口；定位芯片U7的引脚1与+3.3V电源电性连接，定位芯片U7的引脚2接地，定位芯片U7的引脚3和引脚4分别与MCU的一个通信接口一一对应电性连接；加速度传感器U8的引脚13与+3.3V电源电性连接，加速度传感器U8的引脚18接地，加速度传感器U8的引脚23和引脚24分别与MCU的另一个通信接口一一对应电性连接，加速度传感器U8的引脚12与MCU的一个通用输入输出接口电性连接；所述定位芯片U7采用NEO-6M-SCH，加速度传感器U8采用MPU6050。
4.根据权利要求3所述的一种无线充电的漂浮式电子界桩，其特征在于，所述通信单元(3)包括无线传输芯片U6和SIM卡槽；无线传输芯片U6的引脚6和引脚7与MCU的一个通信接口一一对应电性连接，无线传输芯片U6的引脚11和引脚12接地，无线传输芯片U6的引脚13和引脚14与+3.3V电源电性连接，无线传输芯片U6的引脚19与MCU的一个通用输入输出接口电性连接，无线传输芯片U6的引脚20分别与SIM卡槽的VDD端、电阻R16的一端和第二稳压二极管D2的阴极电性连接，电阻R16的另一端与+3.3V电性连接；无线传输芯片U6的引脚21分别与SIM卡槽的DATA端和第三稳压二极管D3的阴极电性连接；无线传输芯片U6的引脚22分别与SIM卡槽的CLK端和第四稳压二极管D4的阴极电性连接；无线传输芯片U6的引脚23分别与SIM卡槽的RST端和第五稳压二极管D5的阴极电性连接，第二稳压二极管D2的阳极、第三稳压二极管D3的阳极、第四稳压二极管D4的阳极和第五稳压二极管D5的阳极均接地；无线传输芯片U6采用USR-NB75物联网通信芯片。
5.根据权利要求4所述的一种无线充电的漂浮式电子界桩，其特征在于，所述电源单元(4)包括蓄电池、降压芯片U4和升压芯片U5；降压芯片U4的输入端与蓄电池的正极电性连接，降压芯片U4的输出端输出+3.3V电源；升压芯片U5的输入端和使能端与蓄电池的正极电性连接，升压芯片U5的开关端与电感L4的一端电性连接，电感L4的另一端与升压芯片U5的输入端电性连接，升压芯片U5的输出端输出+5V电源；升压芯片U5的输出端还与电阻R18的一端电性连接，电阻R18的另一端分别与电阻R17的一端和升压芯片U5的反馈输入端电性连接，电阻R17的另一端接地；降压芯片U4选用LM1117-3.3V，升压芯片U5选用PS7516。
6.根据权利要求5所述的一种无线充电的漂浮式电子界桩，其特征在于，所述无线充电单元(5)包括无线发射芯片U1、无线接收芯片U2和充电芯片U3；无线发射芯片U1的输入端与外置的便携式充电站电性连接；无线发射芯片U1的输出端与第一线圈L1电性连接，第一线圈L1螺旋形卷绕并抵持在浮筒(12)的外表面，用于无线功率发射；无线接收芯片U2的输入端与第二线圈L2电性连接，第二线圈L2螺旋形卷绕并设置在浮筒(12)内，并与第一线圈L1相对间隔设置，用于无线接收功率；无线接收芯片U2的输出端与充电芯片U3的输入端电性连接，充电芯片U3的充电状态输出端分别与第三LED的阳极和第四LED4的阴极电性连接，第三LED的阴极接地，第四LED的阳极与充电芯片U3的输入端电性连接；充电芯片U3的输出端与蓄电池的正极电性连接，充电芯片U3用于向蓄电池充电；所述无线发射芯片U1采用IP6826；所述无线接收芯片U2采用NU1680；充电芯片U3采用MCP73831T。
7.根据权利要求6所述的一种无线充电的漂浮式电子界桩，其特征在于，所述浮筒(12)伸出窗口(100)的表面设置有粗糙段(200)，第一线圈L1可拆卸式的设置在粗糙段(200)处的浮筒(12)表面；浮筒(12)内部还设置有中空的密封盒(120)，数据采集单元(2)、通信单元(3)、电源单元(4)和无线充电单元(5)均设置在密封盒(120)内；密封盒(120)与浮筒(12)的内表面间隔设置，密封盒(120)与浮筒(12)内表面之间设置有缓冲层(300)。
8.根据权利要求7所述的一种无线充电的漂浮式电子界桩，其特征在于，若干顺次嵌套设置的支撑体(11)上均设置有排水口(400)，排水口(400)设置在若干支撑体(11)靠近水体底部的一端。
9.一种无线充电的漂浮式电子界桩的监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
配置如权利要求6-8任一项所述的无线充电的漂浮式电子界桩；
无线充电的漂浮式电子界桩选择性的进入定时工作模式或者报警中断模式；
定时工作模式时，数据采集单元和通信单元按预设的时间间隔定时启动，并获取当前界桩的位置信号、加速度信号和实时时间，从而确认界桩的当前位置和姿态；位置信号、加速度信号和实时时间经通信单元封装为定时数据包后发送到远程的云端接收平台；定时数据包发送成功后，进入下一个定时工作循环计时，如果达到预设的发送时间阈值，定时数据包仍未发送成功，则同样进入下一个定时工作循环计时，但是会由数据采集单元在预先建立的连续失败传输记录中进行累加存储；
报警中断模式时，数据采集单元的加速度传感器U8连续的输入信号触发并唤醒MCU，MCU对加速度传感器U8的输入进一步判断，确认是否为有效的震动/倾斜信号；如加速度传感器U8输入的信号确认为有效的震动/倾斜信号，数据采集单元获取当前界桩的位置信号和实时时间，位置信号、震动/倾斜信号和实时时间经通信单元封装为数据包后发送到远程的云端接收平台；如加速度传感器U8输入的信号经确认不是有效的震动/倾斜信号，则MCU会等待一段时间，继续接收来自加速度传感器U8的输入信号，直到有可靠的震动/倾斜信号输入MCU，数据采集单元获取当前界桩的位置信号和实时时间，位置信号、震动/倾斜信号和实时时间经通信单元封装为报警数据包后发送到远程的云端接收平台；如果加速度传感器U8超过预设的响应时间后仍未返回有效的输入信号，或者通信单元达到预设的发送时间阈值，报警数据包仍未发送成功的，则进行中断返回；但是会由数据采集单元在预先建立的中断失败传输记录中进行累加存储；
当定时工作模式时，连续N个周期均有定时数据包连续失败传输记录；或者当报警中断模式时，连续M个中断均有报警数据包中断失败传输记录的，云端接收平台发出界桩通信异常警告信息，提示管理人员现场排查；N、M均为整数；
数据采集单元的MCU还获取电源单元的蓄电池充电电压，并向云端接收平台发送充电请求。
10.根据权利要求9所述的一种无线充电的漂浮式电子界桩的监控方法，其特征在于，所述在报警中断模式时，如果加速度传感器U8超过预设的响应时间后仍未返回有效的输入信号，或者通信单元达到预设的发送时间阈值，报警数据包仍未发送成功的，当数据采集单元在预先建立的中断失败传输记录中进行连续累加存储达到M次时，无线充电的漂浮式电子界桩不再进入报警中断模式，而是保持在定时工作模式下工作，判断当前界桩在定时工作模式下是否存在定时数据包的连续失败传输记录的累加现象，并由数据采集单元进行记录保存。
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