自动工作系统及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及自动工作系统的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：信号发生装置生成基带信号和载波信号；通过基带信号对载波信号进行相位调制后生成边界信号，边界信号经边界线传输时生成电磁场；自动行走设备检测电磁场生成检测信号，对检测信号进行处理生成处理信号；识别处理信号的相位，根据识别结果判断自动行走设备是否处于边界线围成的工作区域内。本发明还涉及一种执行上述控制方法的自动工作系统。所述控制方法及自动工作系统具有较强的抗电机干扰和抗相邻干扰的能力。
【专利说明】自动工作系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自动工作系统，特别是一种控制自动行走设备在工作区域内工作的系统。
[0002]本发明涉及一种控制方法，特别是一种控制自动行走设备在工作区域内工作的控制方法。
【背景技术】
[0003]随着科学技术的发展，智能的自动行走设备为人们所熟知，由于自动行走设备可以自动预先设置的程序执行预先设置的相关任务，无须人为的操作与干预，因此在工业应用及家居产品上的应用非常广泛。工业上的应用如执行各种功能的机器人，家居产品上的应用如割草机、吸尘器等，这些智能的自动行走设备极大地节省了人们的时间，给工业生产及家居生活都带来了极大的便利。
[0004]为保证上述自动行走设备在预设的工作范围内工作，通常采用自动工作系统对自动行走设备的工作范围进行控制。自动工作系统包括铺设在地表的边界线，与边界线连接的信号发生装置，自动行走设备上的信号检测单元以及对信号进行处理并控制自动行走设备行走路径的控制单元。信号发生装置发送的边界信号流经边界线时，产生以边界线为中心向四周逐渐减弱的电磁场，即靠近边界线的位置电磁场强度强，远离边界线的位置电磁场强度弱，自动行走设备上的信号检测单元将其所处位置处的电磁场转换为相应的电信号传递给控制单元，控制单元根据其传递的电信号确认其离边界线的远近，从而控制自动行走设备的在接近边界线时及时控制自动行走设备转换行走方向，防止自动行走设备行走至边界线外，从而使自动行走设备始终在边界线内工作。虽然上述方案可以准确地判断自动行走设备与边界线的距离，但无法判断自动行走设备处于边界线内还是边界线外，当自动行走设备由于意外，导致其滑移到边界线外时，控制单元判断自动行走设备接近边界线时，同样会控制自动行走设备向远离边界线的方向行走，当自动行走设备行走至电磁场很弱的位置时，自动行走设备停止行走，而使其永远停留在了边界线外，无法正常工作。
[0005]随着技术的进一步发展，如何识别自动行走设备相对边界线内外的问题已经得到初步解决。但由于来自相邻自动工作系统的边界信号、本系统内的电机信号以及环境中存在的噪音信号的干扰，使得目前已有的自动工作系统容易出现错误判断的问题。为使得自动工作系统可以准确地识别自动行走设备相对边界线的内外，必须设计一种能够有效排除上述各类信号对边界信号进行干扰的系统。
【发明内容】
[0006]本发明解决的技术问题为:提供一种能够排除干扰信号的自动工作系统及控制方法。
[0007]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种自动工作系统的控制方法，所述控制方法包括如下步骤:信号发生装置生成基带信号和载波信号；通过基带信号对载波信号进行相位调制后生成边界信号，边界信号经边界线传输时生成电磁场；自动行走设备检测电磁场生成检测信号，对检测信号进行处理生成处理信号；识别处理信号的相位，根据识别结果判断自动行走设备是否处于边界线围成的工作区域内。
[0008]优选地，对检测信号进行处理的步骤进一步包括以下步骤:对检测信号进行相位解调。
[0009]优选地，基带信号对载波信号进行相位调制的方式为移相键控；对检测信号进行相位解调的方式为相干解调。
[0010]优选地，基带信号对载波信号进行移相键控的步骤包括，基带信号对载波信号进行移相键控的步骤包括，当基带信号的幅值为低电平时，输出与载波信号同相的边界信号，当基带信号的幅值为高电平时，输出与载波信号相位相差H的边界信号；对检测信号进行相干解调的步骤包括，当检测信号的相位与相干信号的相位相同时，输出低电平的基带信号，当检测信号的相位与相干信号的相位相差H时，输出高电平的基带信号。
[0011]优选地，识别处理信号的相位的步骤包括识别处理信号出现高电平信号及低电平信号的持续时间，根据高电平信号及低电平信号的持续时间的比例识别处理信号的相位。
[0012]优选地，基带信号为间歇性信号，载波信号为连续信号。
[0013]优选地，基带信号为方波信号，载波信号为正弦波信号。
[0014]优选地，信号发生装置生成的载波信号具有预设频率；自动行走设备具有预设工作参数，在预设工作参数下工作时，自动行走设备具有以预设频率为中心频率的带通滤波功能，滤除预设频率以外的信号。
[0015]优选地，信号发生装置根据手动输入的信号设定预设频率。
[0016]优选地，信号发生装置根据预设频率生成相应的通信信号发送给自动行走设备，自动行走设备根据信号发生装置发送的通信信号设定预设工作参数。
[0017]优选地，信号发生装置根据自动行走设备发送的通信信号进行设定预设频率。
[0018]优选地，自动行走设备识别检测的电磁场具有的频率，选择与识别的频率不同的频率，将选择的频率以通信信号的形式发送给信号发生装置。
[0019]优选地，自动行走设备记录绕边界线行走一圈的过程中识别的频率，选择与记录的频率不同的频率。
[0020]优选地，自动行走设备根据选择的频率设定预设工作参数。
[0021]为解决上述技术问题，本发明还提供的技术方案是:一种自动工作系统，包括，信号发生装置，生成基带信号和载波信号；相位调制模块，通过基带信号对载波信号进行相位调制生成边界信号，并向外发送；边界线，规划自动行走设备的工作区域，与所述相位调制模块电性连接，传输所述边界信号，并生成电磁场；自动行走设备，按照预设的程式在所述工作区域内工作；检测单元，设置于自动行走设备，检测环境中存在的电磁场并转换为相应的检测信号；处理单元，接收检测单元的检测信号，并生成处理信号；控制单元，接收处理单元生成的处理信号，识别处理信号的相位，根据识别结果判断自动行走设备是否处于工作区域内。
[0022]优选的，所述处理单元进一步包括相位解调模块，所述相位解调模块对检测信号进行相位解调。
[0023]优选的，所述相位调制模块根据基带信号的幅值控制载波信号的起始相位；所述相位解调模块进一步包括生成相干信号的相干信号发生单元，相位解调模块根据输入信号与载波信号的相位差，还原基带信号。
[0024]优选的，当基带信号的幅值为高电平时，相位调制模块输出的信号与载波信号的相位相差η，当基带信号的幅值为低电平时，相位调制模块输出的信号与载波信号的相位相差；当相位解调模块接收的输入信号的相位与相干信号的相位相差为η时，相位解调模块输出高电平的信号，当相位解调模块接收的输入信号的相位与相干信号的相位相差为零时，相位解调模块输出低电平的信号。
[0025]优选的，控制单元接收相位解调模块输出的高电平信号和低电平信号，根据高电平信号和低电平信号的持续时间的比例识别处理信号的相位。
[0026]优选的，基带信号为间歇性信号，载波信号为连续信号。
[0027]优选的，基带信号为方波信号，载波信号为正弦波信号。
[0028]优选的，所述信号发生装置包括第一频率选择单元，所述信号发生装置根据第一频率选择单元设定的预设频率生成具有预设频率的载波信号；处理单元包括滤频组件，滤频组件工作在预设工作参数下工作时，具有以预设频率为中心频率的带通滤波功能，滤除具有不同于预设频率的频率的信号。
[0029]优选的，所述第一频率选择单元包括人机交互界面，根据手动操作人机交互界面的输入信号设定所述预设频率。
[0030]优选的，所述第一频率选择单元将设定的预设频率以通信信号的形式发送给滤频组件，滤频组件根据第一频率选择单元发送的通信信号设定预设工作参数。
[0031]优选的，所述第一频率选择单元根据处理单元发送的通信信号设定预设频率。
[0032]优选的，处理单元包括第二频率选择单元，第二频率选择单元识别检测信号具有的频率，选择与识别的频率不同的频率，将选择的频率以通信信号的形式发送给相位调制模块。
[0033]优选的，第二频率选择单元记录自动行走设备绕边界线行走一圈的过程中识别的频率，选择与记录的频率不同的频率。
[0034]优选的，第二频率选择单元将选择的频率以通信信号的形式发送给滤频组件，滤频组件根据通信信号设定预设工作参数。
[0035]本发明的有益效果为:由于通过识别信号的绝对相位即可识别自动行走设备相对边界线的内外，使得无需在自动工作系统工作之初同步自动行走设备与信号发生装置之间的工作。同时，由于信号发生装置发送的边界信号具有特定的频率，且检测信号经处理单元处理后，滤除掉其他频率的信号，仅保留具有预设频率的信号，使得自动工作系统有效抵抗其他频率的信号对本系统的干扰。此外，由于信号发生装置发送的边界信号为经过相位调制的信号，处理单元对检测信号进行解调后还原为与基带信号对应的处理信号，使得自动工作系统能有效抵抗环境干扰和电机干扰，进一步提高本系统的抗干扰能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]以上所述的本发明解决的技术问题、技术方案以及有益效果可以通过下面的能够实现本发明的较佳的具体实施例的详细描述，同时结合附图描述而清楚地获得。
[0037]附图以及说明书中的相同的标号和符号用于代表相同的或者等同的元件。[0038]图1是本发明一较佳实施方式的自动工作系统的示意图；
[0039]图2是图1所示自动工作系统的第一较佳实施方式的自动行走设备的示意图；
[0040]图3是图1所示自动工作系统的第二较佳实施方式的自动行走设备的示意图；
[0041]图4是本发明第二较佳实施方式下，自动行走设备处于工作区域内的信号形式示意图；
[0042]图5是本发明第二较佳实施方式下，自动行走设备处于工作区域外的信号形式示意图；
[0043]图6是图1所示自动工作系统的第三较佳实施方式的信号发生装置的示意图；
[0044]图7是图1所示自动工作系统的第三较佳实施方式的自动行走设备的示意图；
[0045]图8是图1所示自动工作系统的第四较佳实施方式的信号发生装置的示意图；
[0046]图9是图1所示自动工作系统的第四较佳实施方式的自动行走设备的示意图；
[0047]图10是本发明第四较佳实施方式下，自动行走设备处于工作区域内的信号形式示意图；
[0048]图11是本发明第四较佳实施方式下，自动行走设备处于工作区域外的信号形式示意图；
[0049]图12是图1所示自动工作系统的第五较佳实施方式的信号发生装置的示意图；
[0050]图13是图1所示自动工作系统的第五较佳实施方式的自动行走设备的示意图；
[0051]图14是图1所示自动工作系统的第五较佳实施方式的工作流程图。
[0052]2自动行走设备28相位解调模块
[0053]3边界线30第二频率选择单元
[0054]4作区域201第一滤频器
[0055]5非工作区域202第二滤频器
[0056]6信号发生装置203第三滤频器
[0057]7电磁场204第四滤频器
[0058]8检测单元205第五滤频器
[0059]9处理单元261反相器
[0060]14第一幅值测量单元262模拟开关
[0061]16第二幅值测量单元263相加器
[0062]18中央控制单元281相干信号发生单元
[0063]20滤频组件282乘法器
[0064]24第一频率选择单元283低通滤波器
[0065]26相位调制模块
【具体实施方式】
[0066]有关本发明的详细说明和技术内容，配合【专利附图】
【附图说明】如下，然而所附附图仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
[0067]图1所示的自动工作系统包括信号发生装置6、自动行走设备2、边界线3，且信号发生装置6与边界线3电性连接。信号发生装置6产生预设边界信号SC发送给边界线3，预设边界信号SC流经边界线3时产生电磁场7。边界线3用于将特定区域划分为内外两个区域，其中位于边界线3内为工作区域4，位于边界线3外的为非工作区域5。自动行走设备2进一步包括检测单元8、处理单元9以及控制单元11。检测单元8用于检测所述电磁场7，并生成检测信号。处理单元9接收所述检测信号，并根据所述检测信号生成处理信号。控制单元11接收处理单元9生成的处理信号，识别处理信号的相位，根据识别结果判断自动行走设备2是否处于工作区域4内。本领域技术人员可以理解的是，处理单元9和控制单元11也可以设置在自动行走设备2以外的地方，此时处理单元9与检测单元8之间，以及处理单元9与控制单元11之间可以通过有线方式传递信号，也可以通过无线方式传递信号。
[0068]以下，结合图2及图3具体说明如何根据相位识别自动行走设备2是否处于工作区域4中。
[0069]如图2所示为本发明的第一较佳实施方式。控制单元11包括与处理单元9电性连接的第一幅值测量单元14和第二幅值测量单元16。第一幅值测量单元14和第二幅值测量单元16分别用于测量处理信号的第一幅值与第二幅值是否出现，并在第一幅值与第二幅值出现时输出代表其出现的信号至中央控制单元18。其中，第一幅值测量单元14与第二幅值测量单元16测量不同的幅值。中央控制单元18根据第一幅值测量单元14和第二幅值测量单元16输出代表相应幅值信号出现的持续时间，计算第一幅值测量单元14和第二幅值测量单元16输出信号的持续时间的比例，识别出与第一幅值及第二幅值对应的相位出现的时间比例，识别处理信号的相位，并将识别结果与预先存储的代表自动行走设备2相对工作区域4的内外的时间比例相比较，从而判断自动行走设备2相对工作区域4的内外。
[0070]本实施方式中，边界信号为非连续信号。优选为方波信号或正弦波信号。
[0071]当边界信号为方波信号时，方波信号包括为正值和负值的两部分，且该两部分的持续时间不同。此时，将第一幅值测量单元14设置为测量幅值为正的部分，并在幅值为正的部分出现时，持续输出信号；第二幅值测量单元16设置为测量幅值为负的部分，并在幅值为负的部分出现时，持续输出信号。若边界信号的负幅值部分的时间短于正幅值部分的时间时，且中央控制单元18检测到第一幅值测量单元14输出信号的持续时间长于第二幅值测量单元16输出信号的持续时间，则判断正向方波对应的时间与负向方波对应的时间的比值大于I，从而识别出经处理单元9输出的处理信号的相位与边界信号的相位相同，识别出自动行走设备2处于工作区域4内。反之，若边界信号的负幅值部分的时间短于正幅值部分的时间时，且中央控制单元18检测到第一幅值测量单元14输出信号的持续时间短于第二幅值测量单元16输出信号的持续时间，则判断正向方波对应的时间与负向方波对应的时间的比值小于1，从而识别出经处理单元9输出的处理信号的相位与边界信号的相位相反，识别出自动行走设备2处于工作区域4外。
[0072]当边界信号为正弦信号时，正弦信号的两部分的频率不同，该两部分分别为:正弦信号幅值为正的部分与幅值为负的部分。该两部分的频率不同，使得一个正弦信号从相位为零到相位为2 π的变化过程中，幅值为正的部分与幅值为负的部分出现的时间长度不同。根据与边界信号为方波信号的识别方法，同样可以根据第一幅值测量单元14输出信号的持续时间与第二幅值测量单元16输出信号的持续时间的比例来判断处理信号与边界信号的相位相同或相反，从而识别出自动行走设备2处于工作区域4内或外。在此不再赘述。[0073]如图3所示为本发明的第二较佳实施方式。控制单元11包括与处理单元9电性连接的第一幅值测量单元14和第二幅值测量单元16。第一幅值测量单元14和第二幅值测量单元16分别用于测量处理信号的第一幅值与第二幅值是否出现，并在第一幅值与第二幅值出现时输出代表其出现的信号至中央控制单元18。其中，第一幅值测量单元14与第二幅值测量单元16测量不同的幅值。与第一较佳实施方式不同的是，中央控制单元18不再根据第一幅值测量单元14和第二幅值测量单元16输出代表相应幅值信号出现的持续时间，计算与两个特定幅值相对应的特定相位出现的时间比例来识别相位，而是根据第一幅值测量单元14和第二幅值测量单元16输出代表相应幅值信号出现的时间先后，识别处理信号的相位，并将识别结果与预先存储的代表自动行走设备2相对工作区域4的内外的相位值相比较，从而判断自动行走设备2相对工作区域4的内外。
[0074]实现第一幅值测量单元14和第二幅值测量单元16功能的结构有多种，以下以第一幅值测量单元14设置为第一比较器，第二幅值测量单元16设置为第二比较器，边界信号SC为间歇性的正弦信号为例，结合图4及图5，具体说明第二较佳实施方式的识别过程。
[0075]第一比较器的负极输入端具有第一基准电压，第二比较器的负极输入端具有第二基准电压。处理信号分为两路，分别输入至第一比较器和第二比较器的正极输入端。若处理信号的幅值高于第一基准电压，则第一比较器输出电平为高；反之，若处理信号的幅值低于第一基准电压，则第一比较器的输出电平为低。对于第二比较器而言，若处理信号的幅值高于第二基准电压，则第二比较器输出电平为高；反之，若处理信号的幅值低于第二基准电压，则第二比较器的输出电平为低。如图4和图5分别显示出了，自动行走设备2位于工作区域4和位于非工作区域5时，处理信号SC’和处理信号SC’经第一比较器和第二比较器后的输出信号SH和SL。其中，图示中的RH和RL分别代表了第一基准电压RH和第二基准电压RL。且由图4可知，当自动行走设备2处于工作区域4以内时，处理信号SC’与边界信号SC的相位相同，且信号SH出现高电平的时间早于信号SL出现低电平的时间。由图5可知，当自动行走设备2处于工作区域4以外时，处理信号SC’与边界信号SC的相位相反，且信号SH出现高电平的时间滞后于信号SL出现低电平的时间。
[0076]中央控制单元18接收到第一比较器和第二比较器的输出信号后，比较第一比较器与第二比较器输出高低电平的时间先后，即处理信号的第一幅值与第二幅值出现的时间顺序，识别处理信号的相位，并将识别结果与预先存储的代表自动行走设备2相对工作区域4的内外的相位值相比较，从而判断自动行走设备2相对工作区域4的内外。具体地，中央控制单元18接收到信号SH和信号SL后，若识别出信号SH出现高电平的时间早于信号SL出现低电平的时间，则判断处理信号SC’的相位与边界信号SC的相位相同，进而判断自动行走设备2处于工作区域4以内；反之，若识别出信号SH出现高电平的时间滞后信号SL出现低电平的时间，则判断处理信号SC’的相位与边界信号SC的相位相反，进而判断自动行走设备2处于工作区域4以外。
[0077]作为对第一实施方式和第二实施方式的改进，本发明提出第三实施方式。改进点在于，在第三实施方式中，信号发生装置6发送的边界信号为具有预设频率的信号。处理单元9在对信号进行处理时，滤除掉其他频率的信号，而仅保留预设频率的信号。上述改进使得自动行走设备2可以排除其他频率的边界信号对其工作的干扰。
[0078]如图6所示，信号发生装置6包含第一频率选择单元24，用于设定预设频率。处理单元9包括滤频组件20，用于滤除掉其他频率的信号，而仅保留预设频率的信号。所述预设频率可以由操作者手动设定，也可以由自动工作系统自动设定，还可以由自动工作系统在初始化时随机生成。
[0079]预设频率由操作者手动设定时，信号发生装置6设置的第一频率选择单元24包含人机界面。该人机交互界面可以是触摸屏、按钮、按键、语音等多种形式。操作者通过第一频率选择单元24输入其欲设置的预设频率值。在操作者完成上述设定后，需对应地设定滤频组件20的工作参数，以使在预设工作参数下工作的滤频组件20能滤除预设频率以外的其他频率的信号，从而排除其他频率信号对自动行走设备2的工作的影响。
[0080]设定滤频组件20的工作参数的方法有多种，可以手动设定预设工作参数，也可以由自动工作系统自动设定预设工作参数。当由手动设定预设工作参数时，滤频组件20进一步包括人机交互界面。操作者通过人机交互界面设定与预设频率相对应的工作参数。当预设工作参数由自动工作系统自动设定时，第一频率选择单元20在操作者输入预设频率值后，发送与预设频率对应的通信信号给滤频组件20，滤频组件20根据接收到的通信信号设定预设工作参数，并在预设工作参数下工作。在预设工作参数下工作的滤频组件20具有以预设频率为中心频率的带通滤波功能，可滤除预设频率以外的其他频率的信号，从而排除其他频率信号对自动行走设备2的工作的影响。
[0081]如前所述，预设频率还可以由自动工作系统自动设定。以下结合图7详细介绍，预设频率由自动工作系统自动设定的实施方式。
[0082]处理单元9包括滤频组件20和第二频率选择单元30。第二频率选择单元30用于识别检测单元8传递的信号包含的频率种类，并将识别的结果与预先存储的频率族相比较，从中选择出与识别结果不同的频率种类，同时根据选择的频率种类生成相应的通信信号传递给信号发生装置6内的第一频率选择单元24和滤频组件20。第一频率选择单元24根据第二频率选择单元30发送的通信信号设定预设频率，从而使得信号发生装置6发送的边界信号的频率不同于环境中已经存在的信号的频率。滤频组件20根据通信信号设定滤频组件20的工作参数，使得在预设工作参数下工作的滤频组件20具有以预设频率为中心频率的带通滤波功能，滤除预设频率以外的其他信号，保留具有预设频率的信号，从而避免其他频率的信号对本系统的干扰。第二频率选择单元30内预先存储的频率族包含有多种频率值。优选地，频率族包括5种供选择的不同频率，因为通过5种不同的频率即可为所有的相邻系统分配不同的频率，从而将相邻系统的边界信号相互区分。
[0083]为保证自动行走设备2选择的频率种类与所有相邻的自动工作系统发送的边界信号的频率种类不同，优选的，自动行走设备2沿边界线3行走一周，第二频率选择单元30记录在整个行走过程中滤频组件2识别到的频率种类，根据记录的频率种类选择不同于记录的频率种类的预设频率。从而使得预设频率不同于自动工作系统整个工作区域范围内存在的频率种类。在自动行走设备2沿边界线3行走一周的过程中，检测单元8持续检测环境中存在的信号，并将检测信号传递给处理单元9的第二频率选择单元30。第二频率选择单元30在自动行走设备2的整个行走过程中，持续识别接收到的检测信号具有的频率种类，并将识别到的频率种类记录下来。在自动行走设备2沿边界线3行走一周终了后，第二频率选择单元30将所有记录的频率种类与预先存储的频率族进行比较，从中选择出与记录的频率种类不同的频率。第二频率选择单元30根据选择的频率种类生成相应的通信信号传递给信号发生装置6内的第一频率选择单元24和滤频组件20。
[0084]优选的，可以将第二频率选择单元30功能整合至滤频组件20中，而省略第二频率选择单元30，从而降低成本。此时滤频组件20包括工作模式和识别模式。在识别模式下，滤频组件20用于识别环境信号的频率，并将识别的结果与预先存储的频率族相比较，从中选择出与识别结果不同的频率种类，同时根据选择的频率种类生成相应的通信信号传递给第一频率选择单元24，以及设定工作模式下的预设工作参数。在工作模式下，滤频组件20在预设工作参数下工作，滤除预设频率以外的信号。优选地，滤频组件20进一步包括第一滤频器201，第二滤频器202，第三滤频器203，第四滤频器204，以及第五滤频器205。该5个滤频器可以为模拟电路组成的滤频电路，也可以为具有特定频率选择功能的专用芯片，如LM567。识别模式下，上述5个滤频器均处于工作状态，分别用于筛选具有特定频率的信号，并记录是否有信号输出。若滤频器没有信号输出，则说明环境中没有该种频率的信号；反之，滤频器有信号输出，则表明环境中已经存在该种频率的信号。滤频组件20判断上述5个滤频器是否输出信号，并识别没有信号输出的滤频器所代表的频率种类，即识别尚未存在于环境中的频率种类。滤频组件20按照一定的规律，从尚未存在于环境的频率种类中，选择其中一种，并将选择结果以通信信号的形式发送给信号发生装置6的第一频率选择单元24。滤频组件20同时根据预设频率设定上述5个滤频器中，工作模式下仍处于工作状态的滤频器，并控制其他未被选择的滤频器处于非工作状态。
[0085]作为对第一实施方式和第二实施方式的改进，本发明提出第四实施方式。改进点在于，在第四实施方式中，信号发生装置6发送的边界信号为经过相位调制的信号。改进方案的优点在于，经过相位调制的边界信号，可以更有效避除环境信号的干扰，特别是其他自动行走设备及自动行走设备内设置的马达的信号的干扰；同时，由于信号采取的是相位调制方案，使得自动行走设备2在整个工作过程中，无需关心边界信号的幅度大小，仅需关心边界信号的相位，从而避免因自动行走设备距离边界线的远近，以及自动行走设备内相关电子元件的误差导致对幅度识别不准确等因素带来的误判断。
[0086]如图8所示，信号发生装置6包括相位调制模块26。信号发生装置6生成基带信号和载波信号，相位调制模块26通过基带信号对载波信号进行相位调制生成边界信号，并向外发送给边界线3。优选的，基带信号为数字信号，载波信号为模拟信号。基带信号可以为连续信号或非连续信号。当基带信号为连续信号时，其包括具有第一幅值的第一部分和具有第二幅值的第二部分。优选的，第一部分与第二部分出现的时间长度不相同。优选的，第一幅值为高电平，第二幅值为低电平。第二载波信号可以为连续信号，也可以为非连续信号。
[0087]相位调制的方法为载波信号的相位相对参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化。其中，参考相位可以为绝对相位值，也可以为前一码元的相位值。参考相位设置为绝对相位值时，此种调制方式称为移相键控(PSK);参考相位为前一码元的相位值时，此种调制方式称为差分移相键控(DPSK)。优选的，本实施方式中，将相位调制方式设置为移相键控(PSK)。
[0088]结合本实施方式的相位调制方法，相位调制模块26进一步包括反相器261、模拟开关262、相加器263。反相器261具有使输出信号与输入信号相位相差π的功能。载波信号分为两路，一路直接输入给模拟开关262，另一路经反相器261后输入给模拟开关。模拟开关262包括三路输入及两路输出，其中第一路输入为载波信号,第二路输入为反相器261的输出，第三路输入为基带信号，第一路输出信号与第一路输入信号相同，第二路输出与第二路输入信号相同。模拟开关262根据基带信号的高低电平控制第一路输出与第二路输出是否输出信号。具体地，当基带信号为高电平时，模拟开关262控制第二路输出输出信号，此时模拟开关的输出信号为反相器261的输出信号，即与载波信号相位相差π的信号；反之，当基带信号为低电平时，模拟开关262控制第一路输出输出信号，此时模拟开关的输出信号为未经反相器261的信号，即与载波信号相位相差零的信号。相加器263接收模拟开关262的两路输出信号，并将两路信号进行拟合生成边界信号发送给边界线3。基于上述操作，当输入至模拟开关262的基带信号为低电平信号时，经调制的边界信号与载波信号的相位相同；反之，当输入至模拟开关262的基带信号为高电平信号时，经调制的边界信号与载波信号的相位相差31，即相位相反。
[0089]如图9所示，处理单元9进一步包括相位解调模块28。相位解调模块28将检测单元8传递的检测信号进行解调，还原为基带信号。由于本实施方式的相位调制方式为移相键控，因此相位解调方式为相干解调。基于此种解调方式，相位解调模块28进一步包括相干信号发生单元281、乘法器282、低通滤波器283。相干信号发生单元281生成具有与载波信号同频同相的相干信号。乘法器282包含两路输入,第一路输入为相干信号,第二路输入为检测信号。乘法器282将两路输入相乘后得到的信号输出给低通滤波器283，经低通滤波器283过滤后还原出基带信号。基于上述操作，当输入至乘法器282的信号与相干信号，即载波信号的相位相同时，还原出的基带信号为低电平信号；反之，当输入至乘法器282的信号与相干信号，即载波信号的相位相差η时，还原出的基带信号为高电平信号。
[0090]低通滤波器283进一步将还原出的基带信号传递给控制单元11。控制单元11接收到基带信号后，根据基带信号传递的相位信息，识别自动行走设备2相对工作区域4的内夕卜，从而控制自动行走设备2在工作区域4内工作。具体的，控制单元11接收到低通滤波器283输出的基带信号后，识别高电平信号的持续时间和低电平信号的持续时间，计算高电平信号与低电平信号持续时间的比值。当控制单元11计算得到的比值与信号发生装置6发送的基带信号的高电平信号与低电平信号持续时间的比值相同时，判断控制单元11接收到的基带信号与信号发生装置6发送的基带信号的相位相同，判断自动行走设备2处于工作区域4内；反之，当控制单元11计算得到的比值与信号发生装置6发送的基带信号的高电平信号与低电平信号持续时间的比值不相同时，判断控制单元11接收到的基带信号与信号发生装置6发送的基带信号的相位相反，判断自动行走设备2处于工作区域4外。
[0091]以下以基带信号为非连续的方波信号，载波信号为连续的正弦波信号为例，结合图10及图11说明上述信号调制、信号解调、以及内外识别的过程。非连续方波信号出现的时间长度与非连续方波信号不出现的时间长度之比小于1，即高电平信号出现的时间长度与低电平信号出现的时间长度之比小于I。
[0092]信号发生装置6生成如图10及图11所示的基带信号BS以及载波信号CS。信号发生装置6将载波信号CS直接作为第一路输入传递给和模拟开关262，将载波信号CS传递给反相器261后作为第二路输入传递给模拟开关262，并且将基带信号BS作为第三路输入传递给模拟开关262。模拟开关262根据基带信号的高低电平控制第一路输出与第二路输出是否输出信号。相加器263接收模拟开关262的两路输出信号，并将两路信号进行拟合生成边界信号发送给边界线3。相加器263的输出信号即为调制信号，即如图10及图11所示的边界信号SC。当自动行走设备2处于工作区域4内时，信号检测单元8生成如图10所示的检测信号SC’ ；反之，当自动行走设备2处于非工作区域5内时，信号检测单元8生成如图11所示的检测信号SC’。图10所示的检测信号SC’与图11所示的检测信号SC’相位相差π。
[0093]检测信号SC’进一步传递给处理单元9的相位解调模块28。相位解调模块28的乘法器282在接收到检测信号SC’的同时，接收来自相干信号发生单元281的信号。如前所述，相干信号发生单元281生成的信号为与载波信号同频同相的相干信号。乘法器282将两路输入相乘后得到的信号输出给低通滤波器283。低通滤波器283对接收的信号进行滤波，从而得到如图10及图11所示的基带信号BS，并将基带信号BS进一步传递给控制单元11。
[0094]控制单元11接收到低通滤波器283输出的基带信号后，识别高电平信号的持续时间和低电平信号的持续时间，计算高电平信号与低电平信号持续时间的比值，即可判断自动行走设备2相对工作区域4的位置。本实施方式中，当自动行走设备2位于工作区域4内，即边界线3内时，高电平信号持续时间与低电平信号持续时间比值小于1，当自动行走设备2位于非工作区域5内，即边界线3外时，高电平信号持续时间与低电平信号持续时间比值为大于I。
[0095]当载波信号与基波信号均为非连续的信号时，载波信号与基波信号具有相同的出现周期与时间长度。优选的，基波信号具有高电平与低电平两部分，且高电平与低电平出现的时间长度比值小于I。具体工作原理与前述过程相同，在此不再赘述。
[0096]作为对第三和第四实施方式的改进，本发明还提供了第五实施方式。第五实施方式的改进点在于，信号发生装置6发送的边界信号为具有特定频率的调制信号。该改进使得具有该种边界信号的自动工作系统，既能有效抵抗相邻自动工作系统的干扰，又能有效抵抗来自本系统的电机干扰及其他环境信号的干扰。以下结合图11至图13详细介绍本实施方式的具体电路结构及工作流程。
[0097]如图12和图13所示，信号发生装置6包括相位调制模块26和第一频率选择单元24，其中相位调制模块26进一步包括基波发生单元261和载波发生单元262。自动行走设备2包括检测单元8、处理单元9、以及控制单元11。其中，处理单元9进一步包括滤频组件20和相位解调模块28 ;控制单元11进一步包括相位识别模块30和中央控制单元18。优选的，滤频组件20进一步包括第一滤频器201，第二滤频器202，第三滤频器203，第四滤频器204,以及第五滤频器205。
[0098]自动工作系统工作前，首先进入系统初始化，如图14所示的步骤S0。
[0099]随后进入步骤S2，第一频率选择单元24为信号发生装置6设定预设频率。频率选择单元24的功能可以由硬件电路实现，也可以由软件实现。第一频率选择单元24设定预设频率的方式主要有两种，一种为:第一频率选择单元24进一步包括人机交互界面，操作者手动操作人机交互界面从而实现对预设频率的设定；另一种为:自动工作系统自动设定预设频率，具体为:自动行走设备2的滤频组件20具有工作模式和识别模式，识别模式下，滤频组件20识别周围环境中存在的环境信号的频率种类，并从预先存储的频率族中选择与环境信号的频率种类不同的频率值作为预设频率，将选择的预设频率以通信信号的形式传递给第一频率选择单元24，同时设定滤频组件20工作模式下的工作参数。优选的，自动工作系统自动设定预设频率。更为优选的，自动行走设备2绕边界线3行走一圈，以收集工作区域4的整个区域内存在的环境信号，从而使得选择出的预设频率不同于整个区域内存在的环境信号的频率。本领域技术人员可以理解的是，处理单元9还可以进一步包括第二频率选择单元，此时，滤频组件20仅需具有工作模式，不再要求具有识别模式，即滤频组件20仅具备滤波功能，不再具备预设频率的选择功能。预设频率的选择功能由第二频率选择单元实现。预设频率的设定方式在实施方式三中已详细说明，本部分不再赘述。
[0100]进入步骤S6，相位调制模块26根据信号发生装置6生成的基带信号、载波信号，以及自动工作系统选择的预设频率，生成具有预设频率的相位调制信号，并发送给边界线3。基带信号为非连续的信号，优选地为非连续的方波信号或正弦波信号。载波信号的形式可以为多种，但通常为正弦波信号。相位调制方式具体为移相键控(PSK)。具体调制方法及调制电路与第四实施方式相同，在此不再赘述。
[0101]进入步骤S8，检测单元8将检测到的信号转换为检测信号，并传递给与其电性连接的处理单元9。
[0102]进入步骤S10，滤频组件20对检测单元8传递的信号进行滤波，得到具有预设频率的信号。滤频组件20可以通过控制5个滤频器中特定的某个滤频器输出信号，从而得到具有特定频率的信号，从而滤除掉其他频率的信号，从而排除其他频率信号对自动工作系统的干扰，进而避免相邻自动工作系统对本自动工作系统的干扰。可以通过为滤频组件20设置专门的人机交互界面，由操作者设定滤频组件20的工作参数，即选择某个特定的滤频器输出信号；也可以由自动行走设备2根据周围环境中已经存在的信号所具有的频率，自动设定滤频组件20的工作参数，即自动选择某个特定的滤频器输出信号，而该滤频器代表的频率不同于环境信号的频率。自动行走设备2可以根据当前位置上的环境信号设定特定的滤频器工作，也可以根据绕边界线3行走一周接收到的环境信号设定特定的滤频器工作。优选的，由自动工作系统自动设定滤频组件20的工作参数。
[0103]进入步骤S12，相位解调模块28对滤频组件20传递的信号进行解调，从而得到与基带信号相对应的处理信号。解调包括的步骤与第四实施方式相同，在此不再赘述。
[0104]进入步骤S14，控制单元11识别解调后的信号的相位。识别相位可以有多种方法，如第一实施方式和第四实施方式中介绍的通过高电平信号和低电平信号出现的持续时间的比例，识别相位，进而识别内外。再如，通过实施方式二中介绍的通过识别第一幅值与第二幅值出现的先后，识别相位，进而识别内外。在此不再赘述。
[0105]在本发明中，自动行走设备2的可以为割草机、吸尘器、工业机器人等多种形式。自动行走设备2为割草机时，还进一步包括切割机构，切割机构包括切割电机和切割刀片，割草机在边界线3规划的工作区域4内工作时，切割电机驱动切割刀片旋转，切割草坪。
【权利要求】
1.一种自动工作系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 信号发生装置生成基带信号和载波信号； 通过基带信号对载波信号进行相位调制后生成边界信号，边界信号经边界线传输时生成电磁场； 自动行走设备检测电磁场生成检测信号，对检测信号进行处理生成处理信号；识别处理信号的相位，根据识别结果判断自动行走设备是否处于边界线围成的工作区域内。
2.根据权利要求1所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:对检测信号进行处理的步骤进一步包括以下步骤:对检测信号进行相位解调。
3.根据权利要求2所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:基带信号对载波信号进行相位调制的方式为移相键控；对检测信号进行相位解调的方式为相干解调。
4.根据权利要求3所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:基带信号对载波信号进行移相键控的步骤包括，当基带信号的幅值为低电平时，输出与载波信号同相的边界信号，当基带信号的幅值为高电平时，输出与载波信号相位相差η的边界信号；对检测信号进行相干解调的步骤包括，当检测信号的相位与相干信号的相位相同时，输出低电平的基带信号，当检测信号的相位与相干信号的相位相差η时，输出高电平的基带信号。
5.根据权利要求4所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:识别处理信号的相位的步骤包括识别处理信号出现高电平信号及低电平信号的持续时间，根据高电平信号及低电平信号的持续时间的比 例识别处理信号的相位。
6.根据权利要求1所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:基带信号为间歇性信号，载波信号为连续信号。
7.根据权利要求6所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:基带信号为方波信号，载波信号为正弦波信号。
8.根据权利要求1至7所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:信号发生装置生成的载波信号具有预设频率；自动行走设备具有预设工作参数，在预设工作参数下工作时，自动行走设备具有以预设频率为中心频率的带通滤波功能，滤除预设频率以外的信号。
9.根据权利要求8所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:信号发生装置根据手动输入的信号设定预设频率。
10.根据权利要求9所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:信号发生装置根据预设频率生成相应的通信信号发送给自动行走设备，自动行走设备根据信号发生装置发送的通信信号设定预设工作参数。
11.根据权利要求8所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:信号发生装置根据自动行走设备发送的通信信号进行设定预设频率。
12.根据权利要求11所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:自动行走设备识别检测的电磁场具有的频率，选择与识别的频率不同的频率，将选择的频率以通信信号的形式发送给信号发生装置。
13.根据权利要求12所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:自动行走设备记录绕边界线行走一圈的过程中识别的频率，选择与记录的频率不同的频率。
14.根据权利要求12所述的自动工作系统的控制方法，其特征在于:自动行走设备根据选择的频率设定预设工作参数。
15.一种自动工作系统，其特征在于，所述自动工作系统包括， 信号发生装置，生成基带信号和载波信号； 相位调制模块，通过基带信号对载波信号进行相位调制生成边界信号，并向外发送； 边界线，规划自动行走设备的工作区域，与所述相位调制模块电性连接，传输所述边界信号，并生成电磁场； 自动行走设备，按照预设的程式在所述工作区域内工作； 检测单元，设置于自动行走设备，检测环境中存在的电磁场并转换为相应的检测信号; 处理单元，接收检测单元的检测信号，并生成处理信号； 控制单元，接收处理单元生成的处理信号，识别处理信号的相位，根据识别结果判断自动行走设备是否处于工作区域内。
16.根据权利要求15所述的自动工作系统，其特征在于:所述处理单元进一步包括相位解调模块，所述相位解调模块对检测信号进行相位解调。
17.根据权利要求16所述的自动工作系统，其特征在于:所述相位调制模块根据基带信号的幅值控制载波信号的起始相位；所述相位解调模块进一步包括生成相干信号的相干信号发生单元，相位 解调模块根据输入信号与载波信号的相位差，还原基带信号。
18.根据权利要求17所述的自动工作系统，其特征在于:当基带信号的幅值为高电平时，相位调制模块输出的信号与载波信号的相位相差η，当基带信号的幅值为低电平时，相位调制模块输出的信号与载波信号的相位相差；当相位解调模块接收的输入信号的相位与相干信号的相位相差为η时，相位解调模块输出高电平的信号，当相位解调模块接收的输入信号的相位与相干信号的相位相差为零时，相位解调模块输出低电平的信号。
19.根据权利要求18所述的自动工作系统，其特征在于:控制单元接收相位解调模块输出的高电平信号和低电平信号，根据高电平信号和低电平信号的持续时间的比例识别处理信号的相位。
20.根据权利要求19所述的自动工作系统，其特征在于:基带信号为间歇性信号，载波信号为连续信号。
21.根据权利要求20所述的自动工作系统，其特征在于:基带信号为方波信号，载波信号为正弦波信号。
22.根据权利要求15至21所述的自动工作系统，其特征在于:所述信号发生装置包括第一频率选择单元，所述信号发生装置根据第一频率选择单元设定的预设频率生成具有预设频率的载波信号；处理单元包括滤频组件，滤频组件工作在预设工作参数下工作时，具有以预设频率为中心频率的带通滤波功能，滤除具有不同于预设频率的频率的信号。
23.根据权利要求22所述的自动工作系统，其特征在于:所述第一频率选择单元包括人机交互界面，根据手动操作人机交互界面的输入信号设定所述预设频率。
24.根据权利要求23所述的自动工作系统，其特征在于:所述第一频率选择单元将设定的预设频率以通信信号的形式发送给滤频组件，滤频组件根据第一频率选择单元发送的通信信号设定预设工作参数。
25.根据权利要求22所述的自动工作系统，其特征在于:所述第一频率选择单元根据处理单元发送的通信信号设定预设频率。
26.根据权利要求25所述的自动工作系统，其特征在于:处理单元包括第二频率选择单元，第二频率选择单元识别检测信号具有的频率，选择与识别的频率不同的频率，将选择的频率以通信信号的形式发送给相位调制模块。
27.根据权利要求26所述的自动工作系统，其特征在于:第二频率选择单元记录自动行走设备绕边界线行走一圈的过程中识别的频率，选择与记录的频率不同的频率。
28.根据权利要求26所述的自动工作系统，其特征在于:第二频率选择单元将选择的频率以通信信号 的形式发送给滤频组件，滤频组件根据通信信号设定预设工作参数。
【文档编号】G05D1/02GK103809592SQ201210447200
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月9日 优先权日:2012年11月9日
【发明者】强尼·鲍瑞那图 申请人:苏州宝时得电动工具有限公司