CN111176278B - 一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及割草机智能控制领域，具体公开了一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路与方法，包括步骤：传感器模块利用磁感线圈切割获得电信号；偏置模块放大电信号获得一级放大信号；带通滤波及放大模块为信号提供EMI抗干扰能力，并放大一级放大信号获得二级放大信号；输出模块输出二级放大信号；控制模块根据二级放大信号的差分电压的先后正反顺序的计算结果，判断割草机是否出界。通过本发明所述的电路与方法，无需考虑脉冲信号发送方向与割草机之间的角度与距离的问题，对于割草机是否出界的计算降低了算法需求，同时通过该方法避免了割草机出界后难以回到工作区域的尴尬局面。

Description

一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路与方法

技术领域

本发明涉及割草机智能控制领域，具体涉及一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路与方法。

背景技术

目前智能割草机识别边界线主要是通过电磁传感器进行。割草机遇到边界线后自动返回，主要是通过电磁传感器识别的。一般充电基站会发出特定频率的脉冲，传感器通过检测这个脉冲的强度来判断是否遇到边界线，但是这种方案，如果发生智能割草机出现一次没有检测到边界线的情况，就可能发生智能割草机离开割草区域的现象(割草区域一般均为闭合区域)，即使通过记忆算法能够检测到已离开边界线并可能回到工作区域，但其系统鲁棒性不强，且设定检测的强度也会随着车体接近边界线角度的不同而变化，对系统的运行算法要求较高。

现有的技术中，如公开号为CN109688795A的中国专利，公开了一种控制自走割草机的方法与系统，该发明利用在脉冲信号内加入识别带有识别码的数据帧来使割草机接收并判定割草机是否出界，但该发明仍需对脉冲信号进行一系列算法计算，受割草机与基站距离影响。

发明内容

为解决上述问题，使得智能割草机不受距离对工作范围判定的影响，本发明提出了一种一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路，包括包括传感器模块、偏置模块、带通滤波及放大模块、输出模块和控制模块，其中：

传感器模块，用于切割磁感线产生电信号；

偏置模块，用于根据电信号输出一级放大信号；

带通滤波及放大模块，用于为信号提供EMI抗干扰能力，并根据一级放大信号输出二级放大信号；

输出模块，用于输出二级放大电信号；

控制模块，用于根据二级放大信号的差分电压的先后正反顺序判断割草机是否出界。

进一步地，所述：

传感器模块，包含探头LS；

偏置模块，包含第一输出端和第二输出端，分别输出正向一级放大信号和反向一级放大信号；

带通滤波及放大模块，包含第一和第二滤波模块，分别含有第三和第四输出端，分别输出正向二级放大信号和反向二级放大信号；

输出模块，含有第一和第二输出模块，分别输出正向电压和反向电压；

控制模块，含有正向和反向AD采集端，分别接收正向电压和反向电压。

进一步地，还包括外部基站模块，用于提供脉冲信号，来产生预设工作范围内的磁感线；所述基站发送脉冲的驱动器正反极固定。

进一步地，所述控制模块中，还包括计算单元，用于计算正向电压和反向电压的差分电压。

进一步地，所述偏置模块中：

第一贴片电容CS，所述第一贴片电容CS的一端接探头LS的一端，另一端同时连接第一贴片电阻RS1和第二贴片电阻RS2，所述第二贴片电阻RS2的另一端同时连接第一三极管Q1的基极和第三贴片电阻RS3，所述第三贴片电阻RS3的另一端和第一三极管Q1的集电极并联连接第五电阻R5，并作为第一输出端，所述第五电阻R5的另一端连接电源；

所述第一贴片电阻RS1的另一端同时连接探头LS的另一端、第四电阻R4和第一三极管Q1的发射极，所述第四电阻R4的另一端接地，第一三极管Q1的发射极作为第二输出端。

进一步地，所述带通滤波模块及放大模块中：

所述第一滤波模块，包含第十五电容C15，所述第十五电容C15一端连接第一输出端，另一端连接第三十三电阻R33；所述第三十三电阻R33的另一端同时连接第三电阻R3、第二十四电容C24和第三十八电阻R38，所述第三电阻R3的另一端连接第一运算放大器的反向输入端，第二十四电容C24和第三十八电阻R38的另一端并联同时连接第一运算放大器的输出端和第四电阻R4，所述第四电阻R4的另一端连接第一运算放大器的反向输入端；所述第一运算放大器的正向输入端连接电源，输出端作为第三输出端；

所述第二滤波模块，包含第十二电容C12，所述第十二电容C12一端连接第二输出端，另一端连接第二十八电阻R28；所述第二十八电阻R28的另一端同时连接第二十七电阻R27和第一电阻R1，所述第二十七电阻R27的另一端通过第十一电容C11连接电源，第一电阻R1的另一端同时连接第二运算放大器的反向输入端和第二电阻R2；所述第二电阻R2的另一端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的正向输入端连接电源，输出端作为第四输出端。

进一步地，所述输出模块中：

所述第一输出模块，包含第三十一电阻R31，所述第三十一电阻R31的一端连接第三输出端，另一端同时连接第二十五电容C25和正向AD采集端；

所述第二输出模块，包含第二十九电阻R29，所述第二十九电阻R29的一端连接第四输出端，另一端同时连接第二十三电容C23和反向AD采集端。

本发明还提供了一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制方法，包括步骤：

S1：利用磁感线圈切割获得电信号；

S2：放大电信号获得一级放大信号；

S3：为信号提供EMI抗干扰能力，并放大一级放大信号获得二级放大信号；

S4：输出二级放大信号；

S5：根据二级放大信号的差分电压的先后正反顺序判断割草机是否出界。

进一步地，在割草机开始工作前，还包括步骤：

S0：发送脉冲信号，产生预设工作范围内的磁感线，所述脉冲信号方向固定。

进一步地，所述步骤S5之前还包括步骤：

S05：计算二级放大信号正向输入与反向输入的差分电压。

与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

本发明所述的一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路与方法,利用较为简单的电路，即可达到接收磁感线信息的作用，同时控制芯片只需要利用简单的算法，即可判定割草机是否出界；独特的判定方法，也避免了割草机出界后难以回到工作区域的尴尬局面；同时该判定方法，无需考虑脉冲信号发送方向与割草机之间的角度与距离的问题，降低了算法需求，使控制芯片的处理速度大大提高。

附图说明

图1为一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路与方法的电路示意图；

图2为一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路与方法的模块示意图；

图3为一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路与方法的方法步骤图；

图4为模拟工作场景示意图。

附图标号说明：1-智能割草机、2-草坪、3-设定工作范围边界线、4-基站模块。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

为解决上述问题，使得智能割草机不受距离对工作范围判定的影响，如图2所示，本发明提出了一种一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路，包括包括传感器模块、偏置模块、带通滤波及放大模块、输出模块和控制模块，其中：

传感器模块，用于切割磁感线产生电信号；

偏置模块，用于根据电信号输出一级放大信号；

带通滤波及放大模块，用于为信号提供EMI抗干扰能力，并根据一级放大信号输出二级放大信号；

输出模块，用于输出二级放大电信号；

控制模块，用于根据二级放大信号的差分电压的先后正反顺序判断割草机是否出界。

进一步地，所述：

传感器模块，包含探头LS；

偏置模块，包含第一输出端和第二输出端，分别输出正向一级放大信号和反向一级放大信号；

带通滤波及放大模块，包含第一和第二滤波模块，分别含有第三和第四输出端，分别输出正向二级放大信号和反向二级放大信号；

输出模块，含有第一和第二输出模块，分别输出正向电压和反向电压；

控制模块，含有正向和反向AD采集端，分别接收正向电压和反向电压。

进一步地，还包括外部基站模块，用于提供脉冲信号，来产生预设工作范围内的磁感线；所述基站发送脉冲的驱动器正反极固定。

进一步地，所述控制模块中，还包括计算单元，用于计算正向电压和反向电压的差分电压。

如图4所示，通过基站模块，利用设置脉冲信号上升沿和下降沿的分步情况，来圈定智能割草机的工作范围。当智能割草机工作时，传感器模块切割脉冲信号产生的磁感线，产生电信号，电信号经过一系列的放大与信号稳定后，输出正向电压与反向电压至控制模块。此时控制模块通过计算单元，计算正向与反向电压的差分电压的正反时序关系。当智能割草机在设定工作范围内工作时，差分电压的正反时序关系为先正后负，而当智能割草机离开设定工作范围内时，差分电压的正反时序关系突变为先负后正，并在离开设定工作范围时保持先负后正的差分电压时序关系。

利用差分电压正反时序关系的突变，控制模块即可利用高速AD(电压)识别来判断智能割草机是否离开设定工作范围，并通过判定差分电压正反时序关系是否变回先正后负，来发送控制信号控制智能割草机返回设定工作范围。

如图1所示，进一步地，所述偏置模块中：

第一贴片电容CS，所述第一贴片电容CS的一端接探头LS的一端，另一端同时连接第一贴片电阻RS1和第二贴片电阻RS2，所述第二贴片电阻RS2的另一端同时连接第一三极管Q1的基极和第三贴片电阻RS3，所述第三贴片电阻RS3的另一端和第一三极管Q1的集电极并联连接第五电阻R5，并作为第一输出端，所述第五电阻R5的另一端连接电源；

所述第一贴片电阻RS1的另一端同时连接探头LS的另一端、第四电阻R4和第一三极管Q1的发射极，所述第四电阻R4的另一端接地，第一三极管Q1的发射极作为第二输出端。

通过偏置模块可以将切割脉冲信号产生的微弱电信号，在不失真的前提下，可靠的进行第一次进行放大，以满足二次放大的使用需求。

进一步地，所述带通滤波模块及放大模块中：

所述第一滤波模块，包含第十五电容C15，所述第十五电容C15一端连接第一输出端，另一端连接第三十三电阻R33；所述第三十三电阻R33的另一端同时连接第三电阻R3、第二十四电容C24和第三十八电阻R38，所述第三电阻R3的另一端连接第一运算放大器的反向输入端，第二十四电容C24和第三十八电阻R38的另一端并联同时连接第一运算放大器的输出端和第四电阻R4，所述第四电阻R4的另一端连接第一运算放大器的反向输入端；所述第一运算放大器的正向输入端连接电源，输出端作为第三输出端；

所述第二滤波模块，包含第十二电容C12，所述第十二电容C12一端连接第二输出端，另一端连接第二十八电阻R28；所述第二十八电阻R28的另一端同时连接第二十七电阻R27和第一电阻R1，所述第二十七电阻R27的另一端通过第十一电容C11连接电源，第一电阻R1的另一端同时连接第二运算放大器的反向输入端和第二电阻R2；所述第二电阻R2的另一端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的正向输入端连接电源，输出端作为第四输出端。

通过该模块，增加了信号的EMI抗干扰能力，避免因为外部干扰影响了信号的各项指数，并将一级放大信号进行二级放大，使得信号在满足控制模块电压要求的情况下，保证控制模块能够根据准确的信号进行判断。

进一步地，所述输出模块中：

所述第一输出模块，包含第三十一电阻R31，所述第三十一电阻R31的一端连接第三输出端，另一端同时连接第二十五电容C25和正向AD采集端；

所述第二输出模块，包含第二十九电阻R29，所述第二十九电阻R29的一端连接第四输出端，另一端同时连接第二十三电容C23和反向AD采集端。

利用输出模块中电阻与电容组成的低通滤波，有效避免大电流对控制模块的影响，保证所需要的正反电压的稳定。

本发明所述的一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路,利用较为简单的电路，即可达到接收磁感线信息的作用，同时控制芯片只需要利用简单的算法，即可判定割草机是否出界；独特的判定方法，也避免了割草机出界后难以回到工作区域的尴尬局面；同时该判定方法，无需考虑脉冲信号发送方向与割草机之间的角度与距离的问题，降低了算法需求，使控制芯片的处理速度大大提高。

实施例二

如图3所示，为了更好的对本发明进行详细的描述，还提供了一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制方法，包括步骤：

S1：利用磁感线圈切割获得电信号；

S2：放大电信号获得一级放大信号；

S3：为信号提供EMI抗干扰能力，并放大一级放大信号获得二级放大信号；

S4：输出二级放大信号；

S5：根据二级放大信号的差分电压的先后正反顺序判断割草机是否出界。

进一步地，在割草机开始工作前，还包括步骤：

S0：发送脉冲信号，产生预设工作范围内的磁感线，所述脉冲信号方向固定。

进一步地，所述步骤S5之前还包括步骤，S05：计算二级放大信号正向输入与反向输入的差分电压。

如图4所示，基站模块发射具有上升和下降沿的脉冲信号，利用脉冲信号圈定设定工作范围。当智能割草机开始工作时，传感器模块切割脉冲信号产生的磁感线，产生相应的电信号。电信号产生后，经过偏置模块的第一次放大，再经过带通滤波以及放大模块的信号抗干扰加强以及信号的第二次放大，通过输出模块将正向和反向电压输入控制模块。

控制模块通过计算单元获取正向和反向电压的差分电压的先后正反时序。当智能割草机在设定工作范围内工作时，差分电压的正反时序关系为先正后反，而当智能割草机离开设定工作范围内时，差分电压的正反时序关系突变为先反后正，并在离开设定工作范围时保持先反后正的差分电压时序关系。

利用差分电压正反时序关系的突变，控制模块即可利用高速AD(电压)识别来判断智能割草机是否离开设定工作范围，并通过判定差分电压正反时序关系是否变回先正后反，来发送控制信号控制智能割草机返回设定工作范围。

综上所述，本发明所述的一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路,利用较为简单的电路，即可达到接收磁感线信息的作用，同时控制芯片只需要利用简单的算法，即可判定割草机是否出界；独特的判定方法，也避免了割草机出界后难以回到工作区域的尴尬局面；同时该判定方法，无需考虑脉冲信号发送方向与割草机之间的角度与距离的问题，降低了算法需求，使控制芯片的处理速度大大提高。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路，其特征在于，包括传感器模块、偏置模块、带通滤波及放大模块、输出模块和控制模块，其中：

传感器模块，用于切割磁感线产生电信号；

偏置模块，用于根据电信号输出一级放大信号；

带通滤波及放大模块，用于为信号提供EMI抗干扰能力，并根据一级放大信号输出二级放大信号；

输出模块，用于输出二级放大电信号；

控制模块，用于根据二级放大信号的差分电压的先后正负顺序判断割草机是否出界；

所述带通滤波及放大模块，包含第一和第二滤波模块，分别含有第三和第四输出端，分别输出正向二级放大信号和反向二级放大信号；

所述第一滤波模块，包含第十五电容C15，所述第十五电容C15一端连接第一输出端，另一端连接第三十三电阻R33；所述第三十三电阻R33的另一端同时连接第三电阻R3、第二十四电容C24和第三十八电阻R38，所述第三电阻R3的另一端连接第一运算放大器的反向输入端，第二十四电容C24和第三十八电阻R38的另一端并联同时连接第一运算放大器的输出端和第四电阻R4，所述第四电阻R4的另一端连接第一运算放大器的反向输入端；所述第一运算放大器的正向输入端连接电源，输出端作为第三输出端；

所述第二滤波模块，包含第十二电容C12，所述第十二电容C12一端连接第二输出端，另一端连接第二十八电阻R28；所述第二十八电阻R28的另一端同时连接第二十七电阻R27和第一电阻R1，所述第二十七电阻R27的另一端通过第十一电容C11连接电源，第一电阻R1的另一端同时连接第二运算放大器的反向输入端和第二电阻R2；所述第二电阻R2的另一端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的正向输入端连接电源，输出端作为第四输出端。

2.如权利要求1所述的一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路，其特征在于，所述：

传感器模块，包含探头LS；

偏置模块，包含第一输出端和第二输出端，分别输出正向一级放大信号和反向一级放大信号；

输出模块，含有第一和第二输出模块，分别输出正向电压和反向电压；

控制模块，含有正向和反向AD采集端，分别接收正向电压和反向电压。

3.如权利要求1所述的一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路，其特征在于，还包括外部基站模块，用于提供脉冲信号，来产生预设工作范围内的磁感线；所述基站发送脉冲的驱动器正负极固定。

4.如权利要求1或2所述的任意一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路，其特征在于，所述控制模块中，还包括计算单元，用于计算正向电压和反向电压的差分电压。

5.如权利要求2所述的一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路，其特征在于，所述偏置模块中：

第一贴片电容CS，所述第一贴片电容CS的一端接探头LS的一端，另一端同时连接第一贴片电阻RS1和第二贴片电阻RS2，所述第二贴片电阻RS2的另一端同时连接第一三极管Q1的基极和第三贴片电阻RS3，所述第三贴片电阻RS3的另一端和第一三极管Q1的集电极并联连接第五电阻R5，并作为第一输出端，所述第五电阻R5的另一端连接电源；

所述第一贴片电阻RS1的另一端同时连接探头LS的另一端、第四电阻R4和第一三极管Q1的发射极，所述第四电阻R4的另一端接地，第一三极管Q1的发射极作为第二输出端。

6.如权利要求2所述的一种基于交流磁场的智能割草机传感器控制电路，其特征在于，所述输出模块中：

所述第一输出模块，包含第三十一电阻R31，所述第三十一电阻R31的一端连接第三输出端，另一端同时连接第二十五电容C25和正向AD采集端；

所述第二输出模块，包含第二十九电阻R29，所述第二十九电阻R29的一端连接第四输出端，另一端同时连接第二十三电容C23和反向AD采集端。

Images