CN104750126A - 一种无人旋翼施药机用的智能控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人旋翼施药机用的智能控制方法及装置，该方法包括以下步骤：读取IC卡的时间余额，在该时间余额内导通电源，允许无人旋翼施药机运行；无人旋翼施药机在无人旋翼施药机遥控器控制下飞行至指定区域和指定高度；获取无人旋翼施药机的加速度变量，然后根据加速度变量查找到对应输送泵的转速，通过控制输送泵的转速来调节药液流量的大小；根据加速度变量查找到对应电压值，根据该电压值调整离心式转子喷头的转速，进而调整喷雾时所需的雾滴粒径的大小。本发明结构简单，重量轻，能耗低、不易堵塞、流量可控性强、自动化程度高，且克服传统施药机械农药利用率低、劳动强度高、易损伤作物、农药残留超标、环境污染、操作者中毒的不足。

Description

一种无人旋翼施药机用的智能控制方法及装置

技术领域

本发明涉及农药施药设备技术领域，尤其是涉及一种无人旋翼施药机用的智能控制方法及装置。

背景技术

当前，农业已进入了一个全新的发展阶段，现代农业的发展模式、经营方式、劳动力状况等等，都发生了重大变化，但农作物病虫草害防治模式仍没有根本变化，已不适应现代农业发展的需要。根据国外发达国家经验，航空施药防治技术是目前较为先进的有效的防治手段。

航空施药是用飞机或其他飞行器将农药液剂、粉剂、颗粒剂等从空中均匀地撒施在目标区域内的施药方法，也称为空中施药法。航空植保机械无可及时有效地控制大面积的病、虫、害，且不受地理因素的制约，无论山区或平原、水田还是旱田，以及不同的作物生长期，都可顺利高效的完成作业任务。

由于各种因素的限制，目前我国在农林应用上的飞机还是以固定翼飞机和直升机等有人驾驶的飞机为主，小型无人直升机在农业上的研究和应用还处于初级研究阶段，可是相比于前者，旋翼施药机的优势更加明显。但我国国内旋翼施药机大部分还处在用国外无人机改造，或者直接仿制的阶段，平均研发水平跟国外相比有已定的差距，因材料或加工工艺原因也使得仿制产品的性能和可靠性大打折扣。因此开发旋翼无人施药机用智能控制装置，可大大提高国内旋翼施药机的制造水平具有有势在必行的重要意义。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种无人旋翼施药机用的智能控制方法及装置，解决传统施药机械农药利用率低、劳动强度高、易损伤作物、农药残留超标、环境污染、操作者中毒的问题。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：

一种无人旋翼施药机用的智能控制方法，用于控制无人旋翼施药机，所述无人旋翼施药机包括无人旋翼施药机遥控器、输送泵和离心式转子喷头，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)对IC卡进行加密处理，使IC卡成为专用卡，当无人旋翼施药机识别对应权限的IC卡后，读取IC卡的时间余额，在该时间余额内导通电源，允许无人旋翼施药机运行；

(2)无人旋翼施药机在无人旋翼施药机遥控器控制下飞行至指定区域和指定高度；

(3)获取无人旋翼施药机的加速度变量，然后根据加速度变量查找到对应输送泵的转速，通过控制输送泵的转速来调节药液流量的大小；

(4)根据加速度变量查找到对应电压值，根据该电压值调整离心式转子喷头的转速，进而调整喷雾时所需的雾滴粒径的大小。

优选的，当飞机处于悬停或速度为零时，未检测到加速度变量，则对应输送泵的转速为零，对应电压值为零，对应离心式转子喷头的转速为零。

优选的，该方法还包括步骤：监测无人旋翼施药机是否逾越设定的安全领域范围边界，若是，则向终端手机发送报警短信，终端手机回复停止命令，旋翼施药机落地，直至终端手机发送启动命令后，无人旋翼施药机将再不能启动。

优选的，该方法还包括步骤：对无人旋翼施药机进行监听和监控，并实时向终端发送轨迹记录，以实时查看作业地点和作业面积。

一种实施权利要求1所述方法的装置，其特征在于，该装置包括刷卡计时控制系统和微控系统，所述刷卡计时控制系统包括主控板、IC卡天线、电调和飞控电源，所述飞控电源由并联在一起的电子脉冲开关和电磁自锁开关组成，所述电调给装置提供电源，所述IC卡天线与主控板连接，所述电子脉冲开关的控制端与主控板连接，所述微控系统包括加速度计变量控制器、加速度计、电压调整器、输送泵和药液喷头，所述加速度计与加速度计变量控制器连接，所述加速度计变量控制器通过电压调整器连接药液喷头，所述加速度计变量控制器连接输送泵。

优选的，所述加速度计变量控制器上设有输入端口，能将PC设定的对应变量范围参数输入至控制器CPU，从而控制器CPU根据加速度计检测到的加速度变量在PC给定变量范围调节输送泵的转速，并根据PC给定的电压值自动调节药液喷头的电机转速。

优选的，所述输送泵为微型齿轮泵，所述药液喷头为离心式转子喷头。

优选的，所述的主控板读取IC卡天线识别的用户IC卡上的时间余额信息，在该时间余额内发出脉冲信号至电子脉冲开关，电子脉冲开关通过接收主控板反馈的脉冲信号控制飞控电源的开或关，

优选的，所述刷卡计时控制系统还包括远程控制装置，该装置包含有电子围栏模块和远程轨迹监视器。

优选的，所述的远程控制装置里装有GSM手机卡，远程控制端通过终端手机发送短信命令给GSM卡，控制无人旋翼施药机执行启动和停止。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、刷卡时间控制：便于管理，防止该设备用于其它非农业领域的使用，实行农业用药达到有效合法的药品的应用与管理，让那些不合法的农业用药得不到使用，有利于药品监管，达到管理人员时时了解到当前药品使用量与药品库存的监管。

2、具有GSM网络电子围栏功能：明确确定本发明安全应用农业植保领域范围，有效控制设备在非农业植保领域(城市上空、空管区域、军事区域、重要交通区纽等)上空飞行。

3、具有远程轨迹监视器功能：利用GSM移动网络技术，实现全球范围内对无人机的监听和监控，让无人机随时都在掌握之中。

4、电机转速可调：可调整转子喷头雾滴量设定每亩最佳用药量，减少药液流失，提高设备防治效率，在设备有效载荷下达到最大化喷施面积提高工效，最大减少了人与设备的劳动强度。

5、加速度流量自动控制：可根据不同飞行速度情况，利用加速度传感模块控制系统精确控制每亩用药量，分布均匀达到最佳用药量与最佳防治效。

6、结构简单，重量轻，能耗低、不易堵塞、流量可控性强、自动化程度高；效率高，对作物施药每亩1～2分钟，喷雾分布率好，雾滴每平方厘米8～12个，防治病虫害效果好，不损伤作物、劳动强度低，是一种适用于旋翼施药机进行大面积、高集中农作物大规模病虫草害防治的理想装置。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图。

图2是本发明微控装置原理图。

图3是本发明远程控制装置原理图。

附图标记说明：

1为IC卡天线，2为远程控制装置，3为12V电调，4为电子脉冲开关，5为飞控模块，6为电磁自锁开关，7为加速度计变量控制器，8为输送泵，9为喷头电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明提供一种无人旋翼施药机用的智能控制方法，用于控制无人旋翼施药机。无人旋翼施药机包括无人旋翼施药机遥控器、输送泵和离心式转子喷头。本发明方法包括以下步骤：

(1)读取IC卡的时间余额，在该时间余额内导通电源，允许无人旋翼施药机运行；

(2)无人旋翼施药机在无人旋翼施药机遥控器控制下飞行至指定区域和指定高度；

(3)获取无人旋翼施药机的加速度变量，然后根据加速度变量查找到对应输送泵的转速，通过控制输送泵的转速来调节药液流量的大小；根据加速度变量查找到对应电压值，根据该电压值调整离心式转子喷头的转速，进而调整喷雾时所需的雾滴粒径的大小；当飞机处于悬停或速度为零时，未检测到加速度变量，则对应输送泵的转速为零，对应电压值为零，对应离心式转子喷头的转速为零(参见图2)。

(4)监测无人旋翼施药机是否逾越设定的安全领域范围边界，若是，则向终端手机发送报警短信，终端手机回复停止命令，旋翼施药机落地，直至终端手机发送启动命令后，无人旋翼施药机将再不能启动。

(5)对无人旋翼施药机进行监听和监控，并实时向终端发送轨迹记录，以实时查看作业地点和作业面积。

实施例2

本发明提供一种无人旋翼施药机用的智能控制装置，如图1所示，该装置包括刷卡计时控制系统和微控系统。

刷卡计时控制系统主要由主控板、IC卡天线1、12V电调3、飞控电源和安装在主控板上的远程控制装置2组成。飞控电源由并联在一起的电子脉冲开关4和电磁自锁开关6组成，电磁自锁开关为常开式电磁铁开关，其本身带有自锁功能，当电子脉冲开关导通后电磁自锁开关即吸合实现自锁导通，此时飞控模块由电子脉冲开关和电磁自锁开关两条通路导通电路，此时无论是远程停止主控板还切断电子脉冲开关都不会影响旋翼施药机的飞行。直至飞机飞行停止更换电池执行下一组刷卡指令。远程控制装置的结构如图3所示，包含有电子围栏模块、远程轨迹监视器和GSM手机卡；电子围栏模块和远程轨迹监视器分别由单独的CPU控制，极端情况下可相互向远程控制装置发出信号以停止主控板；远程控制端通过终端手机发送短信命令给GSM卡，控制无人旋翼施药机执行启动和停止。12V电调给装置提供电源。IC卡天线与主控板连接，电子脉冲开关的控制端与主控板连接，主控板读取IC卡天线识别的用户IC卡上的时间余额信息，在该时间余额内发出脉冲信号至电子脉冲开关4，电子脉冲开关4通过接收主控板反馈的脉冲信号控制飞控电源的开或关，实现旋翼施药机飞控模块计时工作。IC卡天线只识别用户IC卡的时间余额信息。主控板的控制端与远程控制装置串联连接，主控板的正、负极分别与12V电调的正、负极相连接。

微控系统主要由加速度计变量控制器、加速度计7、电压调整器、输送泵8和药液喷头组成。微控系统的内部工作电路的正、负极分别与12V电调的正、负极相连接。加速度计7与加速度计变量控制器连接。加速度计变量控制器通过电压调整器连接药液喷头的喷头电机9，加速度计变量控制器连接输送泵9。加速度计变量控制器上设有输入端口，能将PC设定的对应变量范围参数输入至控制器CPU，从而控制器CPU根据加速度计检测到的加速度变量在PC给定变量范围调节输送泵的转速，并根据PC给定的电压值自动调节药液喷头的电机转速。输送泵为微型齿轮泵，药液喷头为离心式转子喷头。

整个智能控制装置的电路连线如下：12V电调3通过电源线a与主控板10相连、通过电源线b与加速度计变量控制器7相连，加速度计变量控制器7与输送泵8和喷头电机电子9电连接，脉冲开关4通过电源线c与12V电调3相连，通过控制线Ⅰ与主控板10相连，飞控模块5通过自身正负极线与电子脉冲开关4串联，电磁自锁开关6通过电源线d分别与电子脉冲开关4和24V电调3负极相连。

应用实施例：

将实施例应用到实际使用中。先在旋翼施药机机体罩上开口留出IC卡天线和主控板10上的液晶显示屏位置。将刷卡计时控制装置和微控控装置固定到旋翼施药机机体罩内部的机架上，连接好控制电路和电连接电路，装好旋翼施药机机体罩。

施药时，首先根据不同类型旋翼施药机的飞行参数设定好所需变量参数，通过PC经输入端口输入加速度变量控制器，然后用本发明指定的IC进行刷卡操作，主控板识别权限读取时间余额，在该时间余额内发出脉冲信号至电子脉冲开关导通飞控电源，机体飞控模块开始接收人机遥控器信号，至此本发明装置开始受旋翼施药机遥控器控制，在旋翼施药机飞行至指定区域和指定高度并飞行平稳后，用旋翼施药机遥控器启动本装置即可进行施药作业，施药时整个装置受加速度计变量控制器的调控，喷雾形式为变量式的喷雾，此时只要旋翼施药机有位移加速度变量控制器即可根据检测到的加速度变量对应输送泵的转速，通过控制输送泵的转速来调节流量的大小，其数据大小通过加速度计检测旋翼施药机飞行速度的变化量输入加速度计变量控制CPU，可按不同型号旋翼施药机的速度进行设置。通过加速度计变量控制器内单独可变电压调节器调整离心式转子喷头的转速，来调整喷雾时所需的雾滴粒径的大小，当飞机处于悬停或速度为零时，加速度变量控制器未检测到加速度变量对应输送泵的转速为零对应可变电压为零对应转子喷头的转速为零，相对应整个喷雾装置停止工作，喷雾量可自行从零调节至最大设定值避免药液浪费。

在以上所述的整个过程中装在主控板上的远程控制装置，从本发明接入旋翼施药机电源装置即开始工作，远程控制装置中的电子围栏模块可以通过PC设定旋翼施药机农业植保的安全领域范围。一旦飞机逾越设定边界，远程控制装置即通过其上的GSM手机卡向终端手机发送报警短信，回复停止命令后旋翼施药机落地更换电源时将再不能启动，直至终端手机发送启动命令至远程控制装置。有效控制旋翼施药机在非农业植保领域(城市上空，空管区域，军事区域，重要交通区纽等)上空飞行。同时远程控制装置中的远程轨迹监视器可通过远程控制装置中的GSM移动网络技术，实现全球范围内对旋翼施药机的监听和监控，并可实时向终端发送轨迹记录，以实时查看作业地点和作业面积，让旋翼施药机随时都在掌握之中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人旋翼施药机用的智能控制方法，用于控制无人旋翼施药机，所述无人旋翼施药机包括无人旋翼施药机遥控器、输送泵和离心式转子喷头，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)对IC卡进行加密处理，使IC卡成为专用卡，当无人旋翼施药机识别对应权限的IC卡后，读取IC卡的时间余额，在该时间余额内导通电源，允许无人旋翼施药机运行；

(2)无人旋翼施药机在无人旋翼施药机遥控器控制下飞行至指定区域和指定高度；

(3)获取无人旋翼施药机的加速度变量，然后根据加速度变量查找到对应输送泵的转速，通过控制输送泵的转速来调节药液流量的大小；

(4)根据加速度变量查找到对应电压值，根据该电压值调整离心式转子喷头的转速，进而调整喷雾时所需的雾滴粒径的大小。

2.根据权利要求1所述的无人旋翼施药机用的智能控制方法，其特征在于，当飞机处于悬停或速度为零时，未检测到加速度变量，则对应输送泵的转速为零，对应电压值为零，对应离心式转子喷头的转速为零。

3.根据权利要求1所述的无人旋翼施药机用的智能控制方法，其特征在于，该方法还包括步骤：监测无人旋翼施药机是否逾越设定的安全领域范围边界，若是，则向终端手机发送报警短信，终端手机回复停止命令，旋翼施药机落地，直至终端手机发送启动命令后，无人旋翼施药机将再不能启动。

4.根据权利要求1所述的无人旋翼施药机用的智能控制方法，其特征在于，该方法还包括步骤：对无人旋翼施药机进行监听和监控，并实时向终端发送轨迹记录，以实时查看作业地点和作业面积。

5.一种实施权利要求1所述方法的装置，其特征在于，该装置包括刷卡计时控制系统和微控系统，所述刷卡计时控制系统包括主控板、IC卡天线、电调和飞控电源，所述飞控电源由并联在一起的电子脉冲开关和电磁自锁开关组成，所述电调给装置提供电源，所述IC卡天线与主控板连接，所述电子脉冲开关的控制端与主控板连接，所述微控系统包括加速度计变量控制器、加速度计、电压调整器、输送泵和药液喷头，所述加速度计与加速度计变量控制器连接，所述加速度计变量控制器通过电压调整器连接药液喷头，所述加速度计变量控制器连接输送泵。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述加速度计变量控制器上设有输入端口，能将PC设定的对应变量范围参数输入至控制器CPU，从而控制器CPU根据加速度计检测到的加速度变量在PC给定变量范围调节输送泵的转速，并根据PC给定的电压值自动调节药液喷头的电机转速。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述输送泵为微型齿轮泵，所述药液喷头为离心式转子喷头。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的主控板读取IC卡天线识别的用户IC卡上的时间余额信息，在该时间余额内发出脉冲信号至电子脉冲开关，电子脉冲开关通过接收主控板反馈的脉冲信号控制飞控电源的开或关。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述刷卡计时控制系统还包括远程控制装置，该装置包含有电子围栏模块和远程轨迹监视器。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的远程控制装置里装有GSM手机卡，远程控制端通过终端手机发送短信命令给GSM卡，控制无人旋翼施药机执行启动和停止。