用于智能割草机的区域边界检测电路及方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710808766.6
(22)申请日 2017.09.09
(71)申请人 浙江亚特电器有限公司
地址 314100 浙江省嘉兴市南湖区余新镇
文龙路150号
(72)发明人 陈凤梧　何志强　张哲　周超　
陈刚　
(74)专利代理机构 杭州华鼎知识产权代理事务
所(普通合伙) 33217
代理人 项军
(51)Int.Cl.
G01V 3/11(2006.01)
(54)发明名称
用于智能割草机的区域边界检测电路及方
法
(57)摘要
本发明提供了用于智能割草机的区域边界
检测电路及方法，属于割草机领域，包括：在智能
割草机上设有至少两个脉冲检测点，在每个脉冲
检测点处设有用于检测设置在区域边界上电线
产生脉冲信号的电感，每个电感内线圈中轴线方
向与竖直方向平行；在每个电感的输出端连接有
信号放大器和滤波电容，在滤波电容的输出端设
有脉冲检测电路。

通过检测电路对设置在区域边
界上电线发出的脉冲信号进行检测，基于检测结
果判定智能割草机是否出界，由于在检测过程中
对接收脉冲信号的电感的安装方向进行固定，能
够有效避免其他电磁信号对区域边界判定的影
响，
提高了智能割草机对区域检测的准确性。

权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 107728217 A 2018.02.23
C N 107728217
A
1.用于智能割草机的区域边界检测电路，其特征在于，所述区域边界检测电路，包括：
在智能割草机上设有至少两个脉冲检测点，在每个脉冲检测点处设有用于检测设置在区域边界上电线产生脉冲信号的电感，每个电感内线圈中轴线方向与竖直方向平行；
在每个电感的输出端连接有信号放大器和滤波电容，在滤波电容的输出端设有脉冲检测电路。

2.根据权利要求1所述的用于智能割草机的区域边界检测电路，其特征在于，所述脉冲检测电路，包括：
信号上升沿检测电路和信号下降沿检测电路。

3.根据权利要求2所述的用于智能割草机的区域边界检测电路，其特征在于，所述信号上升沿检测电路，包括：
迟滞比较器U1A，迟滞比较器U1A的高电平端连接VCC供电，低电平端接地，正相输入端经电阻R190连接滤波电容的输出端，反向输入端连接参考电压VREF，迟滞比较器U1A的输出端经电阻R195输出检测结果；
在正相输入端与输出端之间还设有电阻R184，迟滞比较器U1A的输出端还经电阻R182连接3.3V供电端。

4.根据权利要求2所述的用于智能割草机的区域边界检测电路，其特征在于，所述信号下降沿检测电路，包括：
迟滞比较器U1B，迟滞比较器U1B的正相输入端经电阻R208连接滤波电容的输出端，反向输入端接地，迟滞比较器U1B的输出端经电阻R209输出检测结果；
在正相输入端与输出端之间还设有电阻R207，迟滞比较器U1B的输出端还经电阻R206连接3.3V供电端。

5.根据权利要求1所述的用于智能割草机的区域边界检测电路，其特征在于，所述脉冲检测电路，包括：
用于接收滤波电容输出信号的采样芯片，在滤波电容与采样芯片之间还设有模数转换芯片。

6.用于智能割草机的区域边界检测方法，其特征在于，所述区域边界检测方法，包括：
令电感在接收外界电磁环境中的脉冲信号，基于脉冲信号中预设的波形特征，获取由设置在区域边界上电线产生的边界脉冲信号；
将边界脉冲信号经信号放大器放大，将放大后的信号传输至滤波电容内进行降噪滤波处理，得到处理后的边界脉冲信号；
将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路中进行检测，基于检测结果判定当前智能割草机与区域边界的相对位置。

7.根据权利要求6所述的用于智能割草机的区域边界检测方法，其特征在于，所述脉冲信号中预设的波形特征，包括：
每个脉冲信号发射周期内至少包括两个脉冲信号，两脉冲信号之间的时间间隔G，以及脉冲信号发射周期T。

8.根据权利要求6所述的用于智能割草机的区域边界检测方法，其特征在于，当所述区域边界电线为单股时，令区域边界电线通电后产生单极性脉冲信号。

9.根据权利要求6所述的用于智能割草机的区域边界检测方法，其特征在于，所述将边
界脉冲信号传输至脉冲检测电路中进行检测，基于检测结果判定当前智能割草机与区域边界的相对位置，包括：
将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路后，分别获取边界脉冲信号中的脉冲信号的上升沿触发时间和下降沿触发时间；
根据上升沿触发时间与下降沿触发时间的先后关系，判定当前时间下智能割草机与区域边界的相对位置。

10.根据权利要求6所述的用于智能割草机的区域边界检测方法，其特征在于，所述将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路中进行检测，基于检测结果判定当前智能割草机与区域边界的相对位置，包括：
将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路后，分别获取边界脉冲信号中的正脉冲信号和反脉冲信号；
根据正脉冲信号和反脉冲信号出现时间的先后关系，判定当前时间下智能割草机与区域边界的相对位置。

用于智能割草机的区域边界检测电路及方法
技术领域
[0001]本发明属于割草机领域，特别涉及一种用于智能割草机的区域边界检测电 路及方法。

背景技术
[0002]当前智能割草机工作区域边界识别的主流方式是通过在工作区域的边界上 围上电线，在电线上发送电信号，当前主要信号形式包括固定频率的脉冲信号、 随机频率的脉冲信号，伪随机脉冲信号等，该类信号在抗干扰能力方面都存在 着固有的缺陷，当干扰源存在时，很难从环境中分离出需要的信号，智能割草 机容易因为环境中的干扰信息导致边界判断错误，走出工作区域。

发明内容
[0003]为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了包含特定安装方式 的电感对脉冲信号进行检测，从而提高区域边界检测准确性的用于智能割草机 的区域边界检测电路及方法。

[0004]为了达到上述技术目的，本发明提供了用于智能割草机的区域边界检测电 路，所述区域边界检测电路，包括：
[0005]在智能割草机上设有至少两个脉冲检测点，在每个脉冲检测点处设有用于 检测设置在区域边界上电线产生脉冲信号的电感，每个电感内线圈中轴线方向 与竖直方向平行；
[0006]在每个电感的输出端连接有信号放大器和滤波电容，在滤波电容的输出端 设有脉冲检测电路。

[0007]可选的，所述脉冲检测电路，包括：
[0008]信号上升沿检测电路和信号下降沿检测电路。

[0009]可选的，所述信号上升沿检测电路，包括：
[0010]迟滞比较器U1A，迟滞比较器U1A的高电平端连接VCC供电，低电平端 接地，正相输入端经电阻R190连接滤波电容的输出端，反向输入端连接参考电 压VREF，迟滞比较器U1A 的输出端经电阻R195输出检测结果；
[0011]在正相输入端与输出端之间还设有电阻R184，迟滞比较器U1A的输出端还 经电阻R182连接3.3V供电端。

[0012]可选的，所述信号下降沿检测电路，包括：
[0013]迟滞比较器U1B，迟滞比较器U1B的正相输入端经电阻R208连接滤波电 容的输出端，反向输入端接地，迟滞比较器U1B的输出端经电阻R209输出检 测结果；
[0014]在正相输入端与输出端之间还设有电阻R207，迟滞比较器U1B的输出端还 经电阻R206连接3.3V供电端。

[0015]可选的，所述脉冲检测电路，包括：
[0016]用于接收滤波电容输出信号的采样芯片，在滤波电容与采样芯片之间还设 有模数转换芯片。

[0017]另一方面，本发明实施例还提供了用于智能割草机的区域边界检测方法， 其特征在于，所述区域边界检测方法，包括：
[0018]令电感在接收外界电磁环境中的脉冲信号，基于脉冲信号中预设的波形特 征，获取由设置在区域边界上电线产生的边界脉冲信号；
[0019]将边界脉冲信号经信号放大器放大，将放大后的信号传输至滤波电容内进 行降噪滤波处理，得到处理后的边界脉冲信号；
[0020]将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路中进行检测，基于检测结果判定当前 智能割草机与区域边界的相对位置。

[0021]可选的，所述脉冲信号中预设的波形特征，包括：
[0022]每个脉冲信号发射周期内至少包括两个脉冲信号，两脉冲信号之间的时间 间隔G，以及脉冲信号发射周期T。

[0023]可选的，当所述区域边界电线为单股时，令区域边界电线通电后产生单极 性脉冲信号。

[0024]可选的，所述将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路中进行检测，基于检测 结果判定当前智能割草机与区域边界的相对位置，包括：
[0025]将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路后，分别获取边界脉冲信号中的脉冲 信号的上升沿触发时间和下降沿触发时间；
[0026]根据上升沿触发时间与下降沿触发时间的先后关系，判定当前时间下智能 割草机与区域边界的相对位置。

[0027]可选的，所述将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路中进行检测，基于检测 结果判定当前智能割草机与区域边界的相对位置，包括：
[0028]将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路后，分别获取边界脉冲信号中的正脉 冲信号和反脉冲信号；
[0029]根据正脉冲信号和反脉冲信号出现时间的先后关系，判定当前时间下智能 割草机与区域边界的相对位置。

[0030]本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
[0031]通过检测电路对设置在区域边界上电线发出的脉冲信号进行检测，基于检 测结果判定智能割草机是否出界，由于在检测过程中对接收脉冲信号的电感的 安装方向进行固定，能够有效避免其他电磁信号对区域边界判定的影响，提高 了智能割草机对区域检测的准确性。

附图说明
[0032]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 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。

[0033]图1是本发明提供的用于智能割草机的区域边界检测电路的结构示意图；
[0034]图2是本发明提供的上升沿、下降沿的时间关系示意图一；
[0035]图3是本发明提供的上升沿、下降沿的时间关系示意图二。

具体实施方式
[0036]为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进 一步地描述。

[0037]实施例一
[0038]本发明提供了用于智能割草机的区域边界检测电路，如图1所示，所述区 域边界检测电路，包括：
[0039]在智能割草机上设有至少两个脉冲检测点，在每个脉冲检测点处设有用于 检测设置在区域边界上电线产生脉冲信号的电感，每个电感内线圈中轴线方向 与竖直方向平行；
[0040]在每个电感的输出端连接有信号放大器和滤波电容，在滤波电容的输出端 设有脉冲检测电路。

[0041]在实施中，为了能够令智能割草机准确获取自身与作业区域边界的相对位 置关系，本申请提出了一种区域边界检测电路，通过检测电路对设置在区域边 界上电线发出的脉冲信号进行检测，基于检测结果判定智能割草机是否出界， 由于在检测过程中对接收脉冲信号的电感的安装方向进行固定，能够有效避免 其他电磁信号对区域边界判定的影响，提高了智能割草机对区域检测的准确性。

[0042]具体的，为了提高检测效果，首先在智能割草机上设置多个脉冲检测点， 在每个脉冲检测点处均设置一个电感，由于设置在区域边界处的电线中绝大部 分都处于水平方向，因此为了提高对处于水平方向上电线产生脉冲信号的检测 效果，令设置在脉冲检测点处的电感均采用竖直方向的设计。

即电感中线圈围 成虚拟圆柱体的中轴线方向与竖直方向平行，使得电感对脉冲信号的感应面积 最大化。

[0043]其次，在区域边界检测电路中还设有与电感连接的信号放大器和滤波电容， 前者用于将电感接收到的脉冲信号进行放大，后者则用于过滤放大的脉冲信号 中会对最终判定结果造成影响的环境噪声，尽可能提高传输至脉冲检测电路中 脉冲信号的信噪比。

[0044]最终，令脉冲检测电路对得到的脉冲信号进行检测，基于检测结果中的时 间关系对当前智能割草机相对于区域边界的相对位置关系进行判定，具体判定 过程在后文中进行详细描述。

[0045]可选的，所述脉冲检测电路，包括：
[0046]信号上升沿检测电路和信号下降沿检测电路。

[0047]在实施中，为了对脉冲信号进行检测，以便检测结果中的时间关系对智能 割草机的位置进行确定，在脉冲检测电路中设有信号上升沿检测电路和信号下 降沿检测电路。

[0048]顾名思义，前者只用于检测脉冲信号中上升沿的触发时刻，后者仅用于检 测脉冲信号中下降沿的触发时刻。

[0049]其中，所述信号上升沿检测电路，包括：
[0050]迟滞比较器U1A，迟滞比较器U1A的高电平端连接VCC供电，低电平端 接地，正相输入端经电阻R190连接滤波电容的输出端，反向输入端连接参考电 压VREF，迟滞比较器U1A
的输出端经电阻R195输出检测结果；
[0051]在正相输入端与输出端之间还设有电阻R184，迟滞比较器U1A的输出端还 经电阻R182连接3.3V供电端。

[0052]相对的，所述信号下降沿检测电路，包括：
[0053]迟滞比较器U1B，迟滞比较器U1B的正相输入端经电阻R208连接滤波电 容的输出端，反向输入端接地，迟滞比较器U1B的输出端经电阻R209输出检 测结果；
[0054]在正相输入端与输出端之间还设有电阻R207，迟滞比较器U1B的输出端还 经电阻R206连接3.3V供电端。

[0055]在实施中，从滤波电容输出的脉冲检测信号，会同时进入信号上升沿、下 降沿检测电路中，由于在上升沿检测电路中迟滞比较器U1A的反相输入端上连 接有用于区分高低电平的参考电压，因此，当脉冲信号输出高电平时，U1A的 输出端会在当前时刻输出第一结果，此结果对应的即为上升沿的触发时刻，同 理，当脉冲信号输出低电平时，由于此时电平低于参考电压，因此只能进入迟 滞比较器U1B的正相输入端，在U1B反相输入端接地的前提下，比价器U1B 的输出端会在当前时刻输出第二结果，此结果对应的即为下降沿的触发时刻。

[0056]基于上文中提出的信号上升沿、下降沿检测电路输出的检测结果，结合检 测结果中上升沿、下降沿出现的时间先后顺序，可以判定出智能割草机当前与 区域边界的相对位置关系。

[0057]理由为：基于通电导线产生环状磁场(右手定则)可知，区域边界内外磁 场的方向相反的，检测到的信号必然也是反向的，如果区域边界内信号是先高 后低(上升沿发生时间在下降沿之前)，检测结果表明上升沿、下降沿的时间关 系依次为如图2中上下两图所示的先后顺序时，表明当前智能割草机处于区域 边界内。

[0058]相反的，当检测结果表明上升沿、下降沿的时间关系依次为如图3中上下 两图所示的先后顺序时，区域边界外信号则为先低后高(上升沿发生时间在下降 沿之后)。

表明当前智能割草机处于区域边界外。

[0059]需要注意的是，在图2和图3中，每个脉冲信号发射周期内至少包括两个 脉冲信号，两脉冲信号之间的时间间隔G，以及脉冲信号发射周期T。

G、T作 为脉冲信号的特定标识，用于对脉冲信号进行识别。

[0060]可选的，所述脉冲检测电路，包括：
[0061]用于接收滤波电容输出信号的采样芯片，在滤波电容与采样芯片之间还设 有模数转换芯片。

[0062]在实施中，脉冲信号通过电感接收，再通过信号放大滤波以及采样芯片采 样后得到的结果直接作为模数(Anlog/Digital，AD)转换的输入，模数转换芯 片分析处理AD信号，根据信号特征滤除干扰信号后，模数转换芯片通过比较 信号正半轴及负半轴出现时间先后关系判断电感的位置是在工作区域内还是外， 具体判定原理与上文基于上升沿、下降沿的判定逻辑相近，此处不再赘述。

[0063]本发明提供了用于智能割草机的区域边界检测电路，包括：在智能割草机 的外表面上设有至少两个脉冲检测点，在每个脉冲检测点处设有用于检测设置 在区域边界上电线产生脉冲信号的电感，每个电感内线圈中轴线方向与竖直方 向平行；在每个电感的输出
端连接有信号放大器和滤波电容，在滤波电容的输 出端设有脉冲检测电路。

通过检测电路对设置在区域边界上电线发出的脉冲信 号进行检测，基于检测结果判定智能割草机是否出界，由于在检测过程中对接 收脉冲信号的电感的安装方向进行固定，能够有效避免其他电磁信号对区域边 界判定的影响，提高了智能割草机对区域检测的准确性。

[0064]实施例二
[0065]另一方面，本发明实施例还提供了用于智能割草机的区域边界检测方法， 所述区域边界检测方法，包括：
[0066]41、令电感在接收外界电磁环境中的脉冲信号，基于脉冲信号中预设的波 形特征，获取由设置在区域边界上电线产生的；
[0067]42、将边界脉冲信号经信号放大器放大，将放大后的信号传输至滤波电容 内进行降噪滤波处理，得到处理后的边界脉冲信号；
[0068]43、将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路中进行检测，基于检测结果判定 当前智能割草机与区域边界的相对位置。

[0069]在实施中，基于前一实施例所述的区域边界检测电路，本实施例提出了区 域边界检测方法，该方法包括：
[0070]首先，基于脉冲信号中预设的波形特征从庞杂的电磁环境中筛选出由设置 在区域边界上电线产生的边界脉冲信号。

[0071]其次，将筛选出的边界脉冲信号依次经信号放大器、滤波电容处理。

[0072]最终，将处理后的边界脉冲信号在脉冲电路中进行检测，基于检测结果判 定智能割草机与区域边界的相对位置。

[0073]根据具体判定方法的不同，判定二者相对位置的步骤分为如下两种方式：[0074](1)将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路后，分别获取边界脉冲信号中的 脉冲信号的上升沿触发时间和下降沿触发时间；
[0075]根据上升沿触发时间与下降沿触发时间的先后关系，判定当前时间下智能 割草机与区域边界的相对位置。

[0076](2)将边界脉冲信号传输至脉冲检测电路后，分别获取边界脉冲信号中的 正脉冲信号和反脉冲信号；
[0077]根据正脉冲信号和反脉冲信号出现时间的先后关系，判定当前时间下智能 割草机与区域边界的相对位置。

[0078]其中，方式(1)中的判定过程是信号上升沿检测电路及信号下降沿检测电 路，最后通过MCU分析处理信号，根据信号特征滤除干扰信号后，MCU通过 比较上升沿及下降沿的触发时间关系判断电感的位置是在工作区域内还是外。

， 电感在边界内或外正脉冲和反脉冲出现的时间先后关系相反。

[0079]方式(2)中的判定过程是通过比较信号正半轴及负半轴出现时间先后关系 判断电感的位置是在区域边界内还是区域边界外。

相对于方式(1)，方式(2) 中的判定过程可以免除信号上升、下降沿检测电路，相对的可以降低检测成本。

[0080]可选的，所述脉冲信号中预设的波形特征，包括：
[0081]每个脉冲信号发射周期内至少包括两个脉冲信号，两脉冲信号之间的时间 间隔G，以及脉冲信号发射周期T。

[0082]在实施中，在脉冲信号中，每个发送周期发送至少2个脉冲信号，信号发 送周期T 及同一发送周期内相邻脉冲信号间的时间G作为该特征，且该信号特 征可以灵活设置，智能割草机处理收到的信号时，能够根据信号特征，将环境 中的干扰信号滤除。

另外，相邻的区域都使用智能割草机时，各自通过设置各 自不同的信号特征，达到相互不干扰。

[0083]可选的，当所述区域边界电线为单股时，令区域边界电线通电后产生单极 性脉冲信号。

[0084]在实施中，通过编码信号增强抗干扰能力，适应复杂的应用场景，比如附 件有其它工具(如打草机、修枝剪等会产生电磁干扰)在使用，邻居也有智能 割草机在使用产生的边界信号混合等情况。

[0085]同时，考虑到单极性脉冲信号特征已经足够明显，因此在使用单极性脉冲 信号时，无需再加入外部同步信号来辅助进行边界脉冲信号的筛选处理。

[0086]如果单极性脉冲信号对其他通信设备的干扰性过强，还可以使用一串编码 脉冲代替单脉冲，同样具备抗干扰，相邻区域工作互不干扰等优点。

[0087]本发明提供了用于智能割草机的区域边界检测方法，包括：令电感在接收 外界电磁环境中的脉冲信号，基于脉冲信号中预设的波形特征，获取由设置在 区域边界上电线产生的；将边界脉冲信号经信号放大器放大，将放大后的信号 传输至滤波电容内进行降噪滤波处理，得到处理后的边界脉冲信号；将边界脉 冲信号传输至脉冲检测电路中进行检测，基于检测结果判定当前智能割草机与 区域边界的相对位置。

通过检测电路对设置在区域边界上电线发出的脉冲信号 进行检测，基于检测结果判定智能割草机是否出界，由于在检测过程中对接收 脉冲信号的电感的安装方向进行固定，能够有效避免其他电磁信号对区域边界 判定的影响，提高了智能割草机对区域检测的准确性。

[0088]上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程 中的先后顺序。

[0089]以上所述仅为本发明的实施例，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。

图1
图2
图3
说　明　书　附　图2/2页CN 107728217 A 11。