CN110243871A - 植被识别系统、方法和割草机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种植被识别系统、方法和割草机，包括信号发生装置、检测装置、信号转换装置、信号处理装置及控制装置。本申请提供的植被识别系统和方法，利用所述信号发生装置发出激励信号给所述检测装置。所述激励信号经过检测装置和植被后，生成输出信号。所述信号转换装置将所述输出信号转换为数字信号。所述信号处理装置计算出所述植被的复阻抗，并根据所述复阻抗的实部和虚部得出所述复阻抗的特征量。根据所述复阻抗的特征量可以判断出是植被还是泥土。

Description

植被识别系统、方法和割草机

技术领域

本申请涉及割草机技术领域，特别是涉及一种植被识别系统、方法和割草机。

背景技术

智能割草机能够在草地上自动行走并切割草地，因此智能割草机在行走的过程中需要判断前方是泥地还是草。目前主要采用的是电容原理来进行判断，即利用两片导电片作为电容的两个电极，根据电容的大小来判断导电片之间的介质是泥地还是草。然而，当泥土或者草较湿润时，会导致无法测出电容值，从而导致无法判断出导电片之间是泥地还是草。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够识别出是草还是泥土的植被识别系统。

一种植被识别系统，用于识别植被，包括信号发生装置、检测装置、信号转换装置、信号处理装置及控制装置；

所述信号发生装置用于生成激励信号并将该激励信号发送给所述检测装置；

所述检测装置用于对植被进行检测并生成检测信号，所述检测装置还用于根据所述激励信号及所述检测信号生成输出信号并发送给所述信号转换装置；

所述信号转换装置用于将所述输出信号转换为数字信号；

所述信号处理装置用于根据所述数字信号计算出所述数字信号中采样点的复阻抗，并根据所述复阻抗的实部和虚部推出所述复阻抗的特征量；

所述控制装置用于根据所述复阻抗的特征量判断所述检测装置检测的对象是否为植被。

在其中一个实施例中，所述信号发生装置包括信号发生器，所述信号发生器用于生成所述激励信号并将该激励信号发送给所述检测装置。

在其中一个实施例中，所述检测装置包括相对设置的两片极片。

在其中一个实施例中，所述输出信号为电流信号。

在其中一个实施例中，所述信号转换装置包括电流电压转换器、可编程增益放大器、抗混叠滤波器和模数转换器，所述电流电压转换器连接所述检测装置，所述模数转换器连接所述信号处理装置；所述电流电压转换器用于将电流信号转换为电压信号，并将该电压信号发送给所述可编程增益放大器，所述可编程增益放大器用于放大所述电压信号，所述抗混叠滤波器用于去除放大后电压信号中的混叠信号，所述模数转换器用于将所述去除混叠信号后电压信号转换为数字信号。

在其中一个实施例中，还包括调理装置，所述调理装置用于对所述激励信号进行放大和将信号发生装置的复阻抗与植被的复阻抗进行匹配。

在其中一个实施例中，所述调理装置包括相连接的电压放大器和电压跟随器，所述电压放大器连接所述信号发生装置，所述电压跟随器连接所述检测装置。

在其中一个实施例中，所述激励信号为交流电压信号。

在其中一个实施例中，还包括校准装置，所述校准装置用于对所述植被识别系统进行校准。

本发明还提供一种割草机，包括上述任意一项所述的植被识别系统。

本发明还提供一种植被识别方法，包括：

生成并发送激励信号；

对植被进行检测并生成检测信号，根据所述激励信号及所述检测信号生成输出信号；

将所述输出信号转换为数字信号；

根据所述数字信号计算出所述植被的复阻抗，并根据所述复阻抗的实部和虚部推出所述复阻抗的特征量；

根据所述复阻抗的特征量判断检测的对象是否为植被。

上述植被识别系统和方法，所述信号发生装置发出激励信号给所述检测装置。所述激励信号经过检测装置和植被后，生成输出信号。所述信号转换装置将所述输出信号转换为数字信号。所述信号处理装置根据所述数字信号计算出所述植被复阻抗，并根据所述复阻抗的实部和虚部后得出所述复阻抗的特征量。根据所述复阻抗的特征量可以判断出是植被还是泥土。

附图说明

图1为一个实施例中植被识别系统的结构图；

图2为一个实施例中植被识别系统的结构图；

图3为一个实施例中植被识别系统的结构图；

图4为一个实施例中植被识别系统的流程图。

图中标号：1-植被识别系统；2-植被；10-信号发生装置；110-信号发生器；20-检测装置；210-第一极片；220-第二极片；30-信号转换装置；310-电流电压转换器；320-可编程增益放大器；330-抗混叠滤波器；340-模数转换器；40-信号处理装置；410-MCU；50-调理装置；510-电压放大器；520-电压跟随器；60-校准装置；610-电阻；70-控制装置；710-MCU。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的植被识别系统，可以搭载在割草机上，应用于割草机识别植被的应用环境中。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种植被识别系统1，其包括：信号发生装置10、检测装置20、信号转换装置30、信号处理装置40和控制装置70。所述信号发生装置10用于生成激励信号并将该激励信号发送给所述检测装置20。所述检测装置20用于对地表的植被进行检测并生成检测信号，所述检测装置20还用于根据所述激励信号及所述检测信号生成输出信号并发送给所述信号转换装置30。所述信号转换装置30将所述输出信号转换为数字信号。所述信号处理装置40用于根据所述数字信号计算出所述植被的复阻抗，并根据所述复阻抗的实部和虚部后得出所述复阻抗的特征量。所述控制装置70用于根据所述复阻抗的特征量判断所述检测装置20检测的对象是否为植被。

所述植被识别系统1在工作时，植被位于所述检测装置20中且不与检测装置20接触，使得检测装置20生成检测信号，所述信号发生装置10发出激励信号给所述检测装置20。检测装置20接收激励信号后，根据激励信号及检测信号生成输出信号。所述信号转换装置30用于将所述输出信号转换为数字信号。所述信号处理装置40用于对所述数字信号进行处理，并根据所述数字信号计算出所述植被的复阻抗，并根据所述复阻抗的实部和虚部得出所述复阻抗的特征量。所述控制装置70根据所述复阻抗的特征量可以判断出检测的是植被还是泥土。

在一个实施例中，如图2所示，所述信号发生装置10包括信号发生器110，所述信号发生器110产生激励信号并将所述激励信号发送给检测装置20。所述信号发生器110可以为正弦信号发生器、频率合成式信号发生器、脉冲信号发生器中的任意一种。所述激励信号是模拟信号、电压信号以及交流信号，具体的，可以是正弦信号、也可是方波信号、锯齿信号、脉冲信号等非正弦信号。所述信号发生器110可以以扫频的方式发出激励信号，具体的，所述信号发生器110第一次发出激励信号的频率为1kHz，第二次发出的激励信号的频率为2kHz，第三次发出的激励信号的频率为3kHz，依次类推，第n次发出的激励信号频率为nkHz。

所述检测装置20包括两个相对设置的极片，所述两个极片分别称之为第一极片210和第二极片220。待测的植被2位于所述第一极片210与第二极片220之间且与第一极片210和第二极片220接触。所述极片可以为任意导电体，例如铝片、铜片等。在植被2位于所述第一极片210与第二极片220之间后，所述检测装置20接收到所述激励信号后对地表的植被2进行检测，并在检测的同时生成检测信号，所述检测信号与所述检测装置20的检测结果相关。所述检测信号与所述激励信号生成输出信号。所述检测装置20将所述输出信号发送给所述信号转换装置30。

所述信号转换装置30包括依次连接的电流电压转换器310、可编程增益放大器320、抗混叠滤波器330以及模数转换器440。所述电流电压转换器310连接所述控制装置20，用于将电流信号转换为电压信号。所述可编程增益放大器320用于对电压信号进行放大。所述抗混叠滤波器330用于对放大后的电压信号进行滤波。所述模数转换器340连接所述信号处理装置，用于将模拟信号转换为数字信号。

所述信号转换装置30在工作时，接收到所述检测装置20的输出信号，所述输出信号是模拟信号，也是电流信号。通过电流电压转换器310将所述电流信号转换为电压信号。所述电压信号通过可编程增益放大器320放大一定的倍数，放大后的电压信号包含部分混叠信号。所述抗混叠滤波器330对所述放大后的电压信号进行滤波，去除混叠信号。所述电压信号为模拟信号，通过模数转换器340将模拟信号转换为数字信号。

所述模拟信号转为数字信号的过程中，需要进行采样，采样是指用每隔一定时间的信号样值来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。所述信号样值称之为采样点。

所述信号处理装置40包括MCU410(单片微型计算机)。所述MCU410存储所述信号发生器110发出的电压信号，并对所述电压信号进行离散傅里叶变换，得到电压U。所述MCU410获取所述数字信号，并将所述数字信号转换为电流信号，然后对所述电流信号进行离散傅里叶变换，得出电流I。根据公式Z＝U/I计算出所述植被的复阻抗Z，所述复阻抗包括实部和虚部，根据所述复阻抗的实部和虚部可以进一步推算出所述复阻抗的特征量。所述对电流信号与电压信号进行离散傅里叶变换的过程以及根据复阻抗的实部与虚部推算出特征量的过程均是本领域的公知常识，此处不再进行过多的阐述。

所述控制装置70可以为MCU710，所述MCU710根据所述复阻抗的特征量判断所述检测装置20的检测的是植被还是泥土。

具体的，所述复阻抗的特征量包括模和相位，所述复阻抗的模和相位在一种情况下的结果如表1所示：

表1

当复阻抗的模值在10k-10M之间，相位为正时，第一极片与第二极片之间是植被。当复阻抗的模值在10k-1000K之间，相位为负时，第一极片与第二极片之间是泥土。当复阻抗的模值大于10M，相位为零时，说明第一极片或者第二极片没有到位，需要重新识别。上述复阻抗的模值和相位在不同情况下具有不同的情形，表1中的数值仅供参考。

在一个实施例中，如图3所示，所述植被识别系统还包括调理装置50，所述调理装置50包括相连接的电压放大器510和电压跟随器520，用于放大所述激励信号和将信号发生装置10的复阻抗与植被2的复阻抗匹配。所述电压放大器510连接所述信号发生器10，并将所述激励信号放大。所述电压跟随器520连接所述检测装置20，具有较高的输入复阻抗和较低的输出复阻抗。信号发生器110的输出复阻抗较大，而负载植被的输入复阻抗较小，在信号发生器110和植被2之间接入电压跟随器520可以使两者的复阻抗相匹配，减少激励信号的损耗。

所述植被识别系统1还包括校准装置60，所述校准装置60可以是一个阻值已知的电阻610，也可是电容或者电感，用于对所述植被识别系统1进行校准。所述植被识别系统1通过计算电阻610的复阻抗值，来与其已知的阻值相比对，判断所述植被识别系统1计算出的复阻抗值是否准确，并可根据误差对所述植被识别系统1进行校准。

所述控制装置70可以为MUC、可编程逻辑控制器、单片机等，用于控制所述信号发生器110发出信号的频率、控制可编程增益放大器320的增益以及模数转换器340的采样频率。

在其中一个实施例中，还提供一种割草机，所述割草机包括上述任一实施例所述的植被识别系统。所述割草机采用所述植被识别系统，能够有效识别出是植被还是泥土，提高割草效率。

在其中一个实施例中，如图4所示，还提供一种植被识别方法，采用上述任一实施例所述的植被识别系统，所述方法包括以下步骤：

S110：生成并发送激励信号；

S120：对地表的植被进行检测并生成检测信号，根据所述激励信号及所述检测信号生成输出信号；

S130：将所述输出信号转换为数字信号；

S140：计算出所述数字信号的复阻抗，并根据所述复阻抗的实部和虚部推出所述复阻抗的特征量；

S150：根据所述复阻抗的特征量判断检测的对象是否为植被。

应该理解的是，虽然图4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图4中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种植被识别系统，用于识别植被，其特征在于，包括信号发生装置、检测装置、信号转换装置、信号处理装置及控制装置；

所述信号发生装置用于生成激励信号并将该激励信号发送给所述检测装置；

所述检测装置用于对植被进行检测并生成检测信号，所述检测装置还用于根据所述激励信号及所述检测信号生成输出信号并发送给所述信号转换装置；

所述信号转换装置用于将所述输出信号转换为数字信号；

所述信号处理装置用于根据所述数字信号计算出所述植被的复阻抗，并根据所述复阻抗的实部和虚部推出所述复阻抗的特征量；

所述控制装置用于根据所述复阻抗的特征量判断所述检测装置检测的对象是否为植被。

2.根据权利要求1所述的植被识别系统，其特征在于，所述信号发生装置包括信号发生器，所述信号发生器用于生成所述激励信号并将该激励信号发送给所述检测装置。

3.根据权利要求1所述的植被识别系统，其特征在于，所述检测装置包括相对设置的两片极片。

4.根据权利要求1所述的植被识别系统，其特征在于，所述输出信号为电流信号。

5.根据权利要求4所述的植被识别系统，其特征在于，所述信号转换装置包括电流电压转换器、可编程增益放大器、抗混叠滤波器和模数转换器，所述电流电压转换器连接所述检测装置，所述模数转换器连接所述信号处理装置；所述电流电压转换器用于将电流信号转换为电压信号，并将该电压信号发送给所述可编程增益放大器，所述可编程增益放大器用于放大所述电压信号，所述抗混叠滤波器用于去除放大后电压信号中的混叠信号，所述模数转换器用于将所述去除混叠信号后电压信号转换为数字信号。

6.根据权利要求1所述的植被识别系统，其特征在于，还包括调理装置，所述调理装置用于对所述激励信号进行放大和将信号发生装置的复阻抗与植被的复阻抗进行匹配。

7.根据权利要求6所述的植被识别系统，其特征在于，所述调理装置包括相连接的电压放大器和电压跟随器，所述电压放大器连接所述信号发生装置，所述电压跟随器连接所述检测装置。

8.根据权利要求1所述的植被识别系统，其特征在于，还包括校准装置，所述校准装置用于对所述植被识别系统进行校准。

9.一种割草机，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的植被识别系统。

10.一种植被识别方法，应用于如权利要求1-8任意一项所述的植被识别系统，其特征在于，包括：

生成并发送激励信号；

对植被进行检测并生成检测信号，根据所述激励信号及所述检测信号生成输出信号；

将所述输出信号转换为数字信号；

根据所述数字信号计算出所述植被的复阻抗，并根据所述复阻抗的实部和虚部推出所述复阻抗的特征量；

根据所述复阻抗的特征量判断检测的对象是否为植被。