一种边界信号的放大电路的制作方法

本实用新型涉及割草机技术领域，尤其涉及一种边界信号的放大电路。

背景技术：

随着科技的不断进步，人工智能逐渐应用于各行各业如工业、农业和娱乐服务业等，并且功能不断完善、运作更为精益。割草机，作为人工智能下的产物，能够自动割除杂草，在割草的过程中，通过检测到边界信号从而在边界信号确定下的草域内工作。

现有的割草机，利用电磁感应的原理来检测边界线(用线圈作为边界线围一个区域作为边界范围，充电桩发出固定的PWM冲击波于线圈上作感应信号)的存在，进一步推算边界的信息，但边界信号容易受到电磁干扰而导致割草机接收到干扰信号而停机或冲出边界，针对有边界挡墙如篱笆、围墙等自然边界的工作区域，则极易停机而卡在边界，目前虽然有边界检测电路、信号电路等对边界信号进行耦合处理、滤波处理，但大部分感应电磁信号采用直接耦合，这样导致信噪比很小，但仍然不能有效消除干扰噪声。

技术实现要素：

本实用新型提供一种边界信号的放大电路，解决了设定边界信号交流耦合模块来交流耦合边界信号并让频率在阈值频率以上的边界信号通过，紧接着设定二级放大模块来把通过后的边界信号的信噪比增强到最大值，最后设定高低电平比较模块来分离修正后的边界信号中的高低电平并输出到MCU的技术问题。

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种边界信号的放大电路，设有依次连接的边界信号交流耦合模块、二级放大模块和高低电平比较模块，所述高低电平比较模块包括连接所述二级放大模块的放大信号输出端的高低电平比较单元和备用检测单元，所述高低电平比较单元的高电平比较输出端、低电平比较输出端和所述备用检测单元的备用信号输出端分别连接MCU的高电平检测端、低电平检测端和备用检测端。

进一步地，所述边界信号交流耦合模块设有耦合电感，所述耦合电感一端连接供电电源的第一电源输出端，另一端连接串联的第一耦合电容和第一耦合电阻后连接所述二级放大模块的放大信号输入端，所述第一电源输出端还连接并联的第一嵌位二极管和第二嵌位二极管后连接所述放大信号输入端，所述第一嵌位二极管正接，所述第二嵌位二极管反接。

进一步地，所述二级放大模块的放大信号输入端连接第一放大器的反向输入端，所述第一放大器的反向输入端连接并联的第一滤波电阻和第一滤波电容后连接所述第一放大器的信号输出端，所述第一放大器的同向输入端连接供电电源的第二电源输出端，所述第一放大器的电源正端连接所述供电电源的第三电源输出端和第一稳压电容的一端，所述第一稳压电容的另一端和所述第一放大器的电源负端接地；

所述第一放大器的信号输出端连接串联的第二耦合电容和第二耦合电阻后连接第二放大器的反向输入端，所述第二放大器的反向输入端连接第二滤波电阻的一端和第二滤波电容的一端，所述第二滤波电阻的另一端连接第三滤波电阻后和连接并联的第三嵌位二极管和第四嵌位二极管后共同连接所述二级放大模块的放大信号输出端，所述第三嵌位二极管正接，所述第四嵌位二极管反接，所述二级放大模块的放大信号输出端还连接所述第二滤波电容的另一端和所述第二放大器的信号输出端，所述第二放大器的同向输入端连接供电电源的第四电源输出端。

进一步地，所述二级放大模块的放大信号输出端连接所述高低电平比较单元的高低电平比较输入端后连接第二稳压电容的一端，所述第二稳压电容的另一端连接供电电源的第五电源输出端和第一反馈电阻的一端和第二反馈电阻的一端；

所述第一反馈电阻的另一端连接第一比较器的同向输入端和第三反馈电阻的一端，所述第三反馈电阻的另一端连接所述第一比较器的信号输出端、第一上拉电阻的一端和第三滤波电阻的一端，所述第一比较器的反向输入端连接供电电源的第六电源输出端、电源正端连接供电电源的第七电源输出端和第二稳压电容的一端，所述第二稳压电容的另一端接地，所述第一比较器的电源负端接地，所述第一上拉电阻的另一端连接供电电源的第八电源输出端，所述第三滤波电阻的另一端连接所述MCU的高电平检测端；

所述第二反馈电阻的另一端连接第二比较器的同向输入端和第四反馈电阻的一端，所述第四反馈电阻的另一端连接所述第二比较器的信号输出端、第二上拉电阻的一端和第四滤波电阻的一端，所述第二比较器的反向输入端接地，所述第二上拉电阻的另一端连接供电电源的第九电源输出端，所述第四滤波电阻的另一端连接所述MCU的低电平检测端。

进一步地，所述二级放大模块的放大信号输出端连接所述备用检测单元的备用信号输入端后连接第五滤波电阻后连接所述备用检测单元的备用信号输出端，所述备用信号输出端还连接并联的第六滤波电阻和第三滤波电容后接地。

具体地，所述第一电源输出端、第二电源输出端和第四电源输出端输出第一电压；所述第三电源输出端和第七电源输出端输出第二电压；所述第五电源输出端输出第三电压；所述第六电源输出端输出第四电压；所述第八电源输出端和第九电源输出端输出第五电压。

具体地，所述的一种边界信号的放大电路，成双地设于割草机的左轮和右轮。

本实用新型提供的一种边界信号的放大电路，设定边界信号交流耦合模块，边界信号(混有原始噪声)通过耦合电感耦合进入，经过RC串联电路只允许频率范围在阈值频率以上的边界信号(混有部分噪声)得以通过，采用这种交流耦合的方式，有效隔绝直流信号，并且通过RC取值来选取自己所需频率信号，得到信噪比增大的边界信号(混有少许噪声)；设定二级放大模块来把通过后的边界信号(混有少许噪声)放大，使得放大后的边界信号与其中的噪声信号形成充分的对比，并通过RC并联电路得到修正，使得修正后的边界信号(几乎不混有噪声)的信噪比增强到最大值，从而有效地消除了干扰噪声；最后设定高低电平比较模块来分离修正后的边界信号(几乎不混有噪声)中的高低电平并输出到MCU，通过将所述的一种边界信号的放大电路成双地设于割草机的左轮和右轮，从而MCU能够正确分析出左轮和右轮的边界状态，基本避免了割草机发生驻停或冲出边界的现象，退一步说对驻停或冲出边界的割草机也能发出正确的转向指令，使得割草机继续工作。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种边界信号的放大电路的电路模块图；

图2是本实用新型实施例提供的一种边界信号的放大电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下元器件的取值大小仅为较佳实施例，不构成对本实用新型保护范围的限制。

参见图1，是本实用新型实施例提供的一种边界信号的放大电路的电路模块图。在本实施例中，所述的一种边界信号的放大电路，设有依次连接的边界信号交流耦合模块10、二级放大模块20和高低电平比较模块30，所述高低电平比较模块30包括连接所述二级放大模块20的放大信号输出端22的高低电平比较单元31和备用检测单元32，所述高低电平比较单元31的高电平比较输出端H-out、低电平比较输出端L-out和所述备用检测单元32的备用信号输出端A-out分别连接MCU的高电平检测端H-mcu、低电平检测端L-mcu和备用检测端A-mcu。

参照图1提供的电路模块图，本实施例提供了一种与之对应的电路原理图，具体请参照图2，是本实用新型实施例提供的一种边界信号的放大电路的电路原理图。

下面将图2中的电路对照图1的模块来进一步说明：

1.边界信号交流耦合模块10。所述边界信号交流耦合模块10设有耦合电感L，所述耦合电感L一端连接供电电源的第一电源输出端P1，另一端连接串联的第一耦合电容OC1和第一耦合电阻OR1后连接所述二级放大模块20的放大信号输入端21，所述第一电源输出端P1还连接并联的第一嵌位二极管QD1和第二嵌位二极管QD2后连接所述放大信号输入端21，所述第一嵌位二极管QD1正接，所述第二嵌位二极管QD2反接。

2.二级放大模块20。所述二级放大模块20的放大信号输入端21连接第一放大器U1的反向输入端U1_PIN2，所述第一放大器U1的反向输入端U1_PIN2连接并联的第一滤波电阻LR1和第一滤波电容LC1后连接所述第一放大器U1的信号输出端U1_PIN1，所述第一放大器U1的同向输入端U1_PIN3连接供电电源的第二电源输出端P2，所述第一放大器U1的电源正端U1_PIN8连接所述供电电源的第三电源输出端P3和第一稳压电容WC1的一端，所述第一稳压电容WC1的另一端和所述第一放大器U1的电源负端U1_PIN4接地；

所述第一放大器U1的信号输出端U1_PIN1连接串联的第二耦合电容OC2和第二耦合电阻OR2后连接第二放大器U2的反向输入端U2_PIN6，所述第二放大器U2的反向输入端U2_PIN6连接第二滤波电阻LR2的一端和第二滤波电容LC2的一端，所述第二滤波电阻LR2的另一端连接第三滤波电阻LR3后和连接并联的第三嵌位二极管QD3和第四嵌位二极管QD4后共同连接所述二级放大模块20的放大信号输出端22，所述第三嵌位二极管QD3正接，所述第四嵌位二极管QD4反接，所述二级放大模块20的放大信号输出端22还连接所述第二滤波电容LC2的另一端和所述第二放大器U2的信号输出端U2_PIN7，所述第二放大器U2的同向输入端U2_PIN5连接供电电源的第四电源输出端P4。

3.高低电平比较模块30。所述二级放大模块20的放大信号输出端22连接所述高低电平比较单元31的高低电平比较输入端HL-in后连接第二稳压电容WC2的一端，所述第二稳压电容WC2的另一端连接供电电源的第五电源输出端P5和第一反馈电阻FR1的一端和第二反馈电阻FR2的一端；

所述第一反馈电阻FR1的另一端连接第一比较器U3的同向输入端U3PIN3和第三反馈电阻FR3的一端，所述第三反馈电阻FR3的另一端连接所述第一比较器U3的信号输出端U3_PIN1、第一上拉电阻SR1的一端和第三滤波电阻LR3的一端，所述第一比较器U3的反向输入端U3_PIN2连接供电电源的第六电源输出端P6、电源正端U3_PIN8连接供电电源的第七电源输出端P7和第二稳压电容WC2的一端，所述第二稳压电容WC2的另一端接地，所述第一比较器U3的电源负端U3_PIN4接地，所述第一上拉电阻SR1的另一端连接供电电源的第八电源输出端P8，所述第三滤波电阻LR3的另一端连接所述MCU的高电平检测端H-mcu；

所述第二反馈电阻FR2的另一端连接第二比较器U4的同向输入端U4_PIN5和第四反馈电阻FR4的一端，所述第四反馈电阻FR4的另一端连接所述第二比较器U4的信号输出端U4_PIN7、第二上拉电阻SR2的一端和第四滤波电阻LR4的一端，所述第二比较器U4的反向输入端U4_PIN6接地，所述第二上拉电阻SR2的另一端连接供电电源的第九电源输出端P9，所述第四滤波电阻LR4的另一端连接所述MCU的低电平检测端L-mcu。

所述二级放大模块20的放大信号输出端22连接所述备用检测单元32的A-in后连接第五滤波电阻LR5后连接所述备用检测单元32的备用信号输出端A-out，所述备用信号输出端A-out还连接并联的第六滤波电阻LR6和第三滤波电容LC3后接地。所述备用检测单元32用于在所述高低电平比较单元31出现故障时，MCU直接检测所述备用信号输出端A-out，以基本保证整个割草机的正常运行。

需要说明的是：所述第一电源输出端P1、第二电源输出端P2和第四电源输出端P4输出第一电压+2V(元器件工作电压)；所述第三电源输出端P3和第七电源输出端P7输出第二电压+5V(电路工作电压)；所述第五电源输出端P5输出第三电压+0.45V(根据实际需求设定)，用于抬高电路电压，使得高低电平比较单元31输出的低电平基本维持在0V；所述第六电源输出端P6输出第四电压+0.5V(基准电压，根据实际需求设定)，使得所述第一比较器U3与第二比较器U4输出的高电平维持在+0.9V以上；所述第八电源输出端P8和第九电源输出端P9输出第五电压+3V(元器件工作电压)。

特别地，在实际应用中，图2提供的一种边界信号的放大电路成双地设于割草机的左轮和右轮，不过是所述备用信号输出端A-out、高电平检测端H-mcu、低电平检测端L-mcu以左轮、右轮区分，连接在MCU上一共六个端。

另外，对于本实用新型采用的所述第一放大器U1、第二放大器U2可以被等效替换为其他功能元件如SGM8632等，所述第一比较器U3、第二比较器U3可以被等效替换为其他功能元件如LM393等。

当割草机工作到边界的时候，边界信号(混有原始噪声)通过所述耦合电感L耦合进入，经过所述第一耦合电容OC1和第一耦合电阻OR1组成的RC串联电路后，频率范围在阈值频率以上的边界信号(混有部分噪声，已经滤除低频噪声)得以通过，采用这种交流耦合的方式，有效隔绝直流信号，还通过并联的第一嵌位二极管QD1和第二嵌位二极管QD2稳定电压的范围，通过所述第一耦合电容OC1和第一耦合电阻OR1的取值来选取自己所需频率信号，最后得到信噪比增大的边界信号(混有少许噪声)；

设定二级放大模块20(所述第一放大器U1、所述第二放大器U2)来把通过后的边界信号(混有少许噪声)放大，使得放大后的边界信号与其中的噪声信号形成充分的对比，并通过RC并联电路(所述第一滤波电容LC1、第一滤波电阻LR1，所述第二滤波电容LC2、第二滤波电阻LR2，衰减高频信号)得到修正，其中所述第一放大器U1的信号输出端U1_PIN1与所述第二放大器U2的反向输入端U2_PIN6之间还连接了由所述第二耦合电容OC2和第二耦合电阻组成的RC串联电路进行再一次地耦合，并通过所述第三嵌位二极管QD3和第四嵌位二极管QD4进行第二次嵌位限制电压，最后使得修正后的边界信号(几乎不混有噪声)的信噪比增强到最大值，从而有效地消除了干扰噪声；

最后设定高低电平比较模块30来分离修正后的边界信号(几乎不混有噪声)中的高低电平并输出到MCU，MCU通过检测到的高电平波形和低电平波形(如高电平波形在前，低电平波形在后，则检测到有边界信号；若低电平波形在前，高电平波形在后，则检测到无边界信号)，判断割草机的左轮和右轮的边界信号有无，从而MCU能够正确分析出左轮和右轮的边界状态，基本避免了割草机发生驻停或冲出边界的现象，退一步说对驻停或冲出边界的割草机也能发出正确的转向指令(比如驻停时，此时MCU检测到左轮已经收到边界信号，右轮并未收到，则控制割草机右转；比如MCU检测到左轮、右轮相隔很短的边界信号，则判断已经冲出边界，则控制割草机掉头原路返回等)，使得割草机继续工作。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。