CN104949733A - 一种农用无人机药箱液位在线监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种农用无人机药箱液位在线监测装置及方法。装置包括设置有存储标定信号输入模块输入的液位状态值的数据存贮单元的机上药液监测控制模块，与机上药液监测控制模块连接的标定信号输入模块、机上无线模块、模数转换模块，与模数转换模块的数据输入端连接的液位信息采集模块，为机上药液监测控制模块和机上无线模块供电的电源模块，与机上无线模块无线连接的地面无线模块，显示模块，与地面无线模块、显示模块连接的地面监测模块，为地面监测模块和地面无线模块供电的地面电源模块；机上药液监测控制模块通过标定信号输入模块的信号输入预先对液位状态值与药箱中液位进行对应标定。本发明可实时监测当前药箱液位状态信息到地面监测终端。

Description

一种农用无人机药箱液位在线监测装置及方法

技术领域

本发明涉及液位检测技术领域，更具体地，涉及一种农用无人机药箱液位在线监测装置及方法。

背景技术

用于农业上喷药的农用无人机逐步得到推广，但当前此类型农用无人机并没有药箱液位指示功能。农用无人机操控员因无法得知药箱剩余药量，未能及时补充药液，最终使得农用无人机在无药液的情况下空转，不仅造成能源的浪费，降低作业效率，且难以确定农用无人机未作业面积，造成漏喷或重复喷药，降低作业质量。

当前液位检测传感器种类繁多，主要有电阻式、微波式、激光式、超声式、光电式、热电式、电感式、电容式、电磁式、压电式、气压式、光纤式及核辐射式等，但这些传感器普遍只适用于大型罐体，且部分只能检测单一液体深度，对其通用性造成影响。另外，这些传感器大部分存在不耐腐蚀、安装困难、精度低等缺陷，难以适用于农用无人机小型药箱的药箱液位检测。

此外，目前用于农用无人机挂载的药箱类型多，包括碟形、桶形、U形、软体袋形、方形等，各种药箱形状各异、尺寸大小不统一，要进行药箱药量的监测非常麻烦，药箱液位监测系统必须针对特定药箱进行设计，适应面窄，通用性差。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种农用无人机药箱液位在线监测装置，用以解决现有喷药式农用无人机无药量指示功能的缺陷，并且能通用于各种类型的药箱，实现实时监测农用无人机药箱的液位状态信息。

本发明还提供一种农用无人机药箱液位在线监测方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种农用无人机药箱液位在线监测装置，包括标定信号输入模块、机上药液监测控制模块、液位信息采集模块、模数转换模块、机上无线模块、电源模块、地面监测模块、地面无线模块、地面电源模块和显示模块，标定信号输入模块、机上无线模块分别与机上药液监测控制模块连接，液位信息采集模块与模数转换模块的数据输入端连接，模数转换模块的数据输出端与机上药液监测控制模块连接，电源模块为机上药液监测控制模块和机上无线模块供电；

机上无线模块与地面无线模块无线连接，地面无线模块还与地面监测模块连接，地面监测模块与显示模块连接，地面电源模块为地面监测模块和地面无线模块供电；

机上药液监测控制模块通过标定信号输入模块的信号输入预先对液位状态值与药箱中液位进行对应标定；

机上药液监测控制模块内设置有存储标定信号输入模块输入的液位状态值的数据存贮单元。

上述方案中，所述标定信号输入模块为按键。

上述方案中，机上药液监测控制模块为单片机。

上述方案中，所述单片机为STC89C52单片机，STC89C52单片机的P2.0口与标定信号输入模块连接，P0口通过排阻与模数转换模块的数据输入端连接，P1口与机上无线模块连接，RST接口通过一个按键与电源VCC连接，该按键两端还并联有电容C1，RST接口还通过电阻R3接地，XTAL2接口和XTAL1接口并联一晶振并分别通过一电容接地。

上述方案中，所述液位信息采集模块为压电式或气压式或激光式或超声波式液位传感器。

上述方案中，模数转换模块为ADC0809转换器，ADC0809的A、B、C地址输入线接地，IN0输入端作为数据输入端与机上无线模块连接，D0-D7数据输出口与STC89C52单片机P0口通过排阻连接。

上述方案中，还包括与机上药液监测控制模块连接的报警电路。

上述方案中，所述报警电路包括三个不同颜色的LED灯，三个不同颜色的LED灯一端分别通过电阻R1、R2、R3与STC89C52单片机的P3.1、P3.2、P3.3接口连接，其中一个LED灯的一端连接电源以、连接另外两个LED灯的另一端以及连接蜂鸣器的一端；另外两个LED灯中的其中一个LED灯的一端还连接PNP三极管的基极，PNP三极管的集电极接地，PNP三极管的发射极连接蜂鸣器的另一端。

一种农用无人机药箱液位在线监测方法，所述方法的步骤包括：

S1.药箱液位数据标定步骤：

S11.当上述所述的装置首次安装于新药箱或原药箱液位状态值混乱时，进行药箱液位标定；

S12.将药箱药量控制在指定液位，液位信息采集模块采集液位信息，经模数转换模块进行信号转换后得到液位信息的数字信号并传输给机上药液监测控制模块的数据存贮单元中储存，通过标定信号输入模块将与液位信息的数字信号相对应的液位状态值传输到机上药液监测控制模块的数据存贮单元中储存；

S13.调整药箱的液位，重复步骤S12，直到所需的所有药箱液位状态值均被储存到机上药液监测控制模块的数据存贮单元中，完成药箱液位数据标定。

S2.药箱液位在线监测步骤：

S21.当农用无人机携带药箱进行喷施作业时，上述所述的装置安装于药箱；

S22.液位信息采集模块实时采集药箱中的液位信息，并发送给模数转换模块；

S23.模数转换模块将药箱液位信息转换成数字信号后发送给机上药液监测控制模块；

S24.机上药液监测控制模块根据预先标定存储的液位状态值对药箱液位信息进行判断得到实时的液位状态；

S25.机上无线模块将实时的液位状态发送至地面无线模块；

S26.地面监测模块通过地面无线模块获取实时液位状态后控制显示模块显示该实时液位状态。

上述方案中，所述方法还通过报警电路进行报警，具体为：

机上药液监测控制模块得到实时液位状态后，控制报警电路进行报警提示。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明利用标定信号输入模块可以进行药箱液位的预先标定，利用机上药液监测控制模块对液位信息采集模块进行控制可以实时对农用无人机药箱液位进行监测，较好地解决了当前喷药式农用无人机存在的操控员难以掌握药箱药液剩余量信息的问题，可实时监测当前药箱液位状态信息，并将液位状态值传输到地面监测终端，以指导农用无人机操控员及时对药箱进行药液的补充。

此外，本发明提供的农用无人机药箱液位在线监测方法，通过将药箱液位数据自主标定与实时监测相结合，突破了目前各种药箱形状各异、尺寸大小不统一等限制，从而提高了药箱液位监测系统的通用性。该系统通用性好，可通用于目前所见的各种类型农用无人机挂载药箱，包括碟形、桶形、U形、软体袋形、方形等。

同时本发明也适用于各种类型的小罐体液位或量程范围内的气压检测，具有较好的通用性。本发明可实时监测液体深度或气体压力，为远程获取液位或气压信息带来方便，在农用无人机上的应用可相应地提高农用无人机作业效率及质量。

附图说明

图1为本发明一种农用无人机药箱液位在线监测装置的架构图。

图2为本发明中机上无线模块的具体电路图。

图3为本发明中机上药液监测控制模块的具体电路图。

图4为本发明中模数转换模块的具体电路图。

图5为本发明中电源模块的具体电路图。

图6为本发明中报警电路的具体电路图。

图7为本发明中地面监测模块的具体电路图。

图8为本发明中地面无线模块的具体电路图。

图9为本发明中地面电源模块的具体电路图。

图10为本发明中显示模块的具体电路图。

图11为本发明一种农用无人机药箱液位在线监测装置中农用无人机上的具体初始化流程图。

图12为本发明一种农用无人机药箱液位在线监测装置中地面设备具体初始化流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本发明一种农用无人机药箱液位在线监测装置具体包括：

标定信号输入模块1、机上药液监测控制模块2、液位信息采集模块3、模数转换模块4、机上无线模块5、电源模块6、地面监测模块7、地面无线模块8、地面电源模块9和显示模块10，标定信号输入模块1、机上无线模块5分别与机上药液监测控制模块2连接，液位信息采集模块3与模数转换模块4的数据输入端连接，模数转换模块4的数据输出端与机上药液监测控制模块2连接，电源模块6为机上药液监测控制模块2和机上无线模块5供电；

机上无线模块5与地面无线模块8无线连接，地面无线模块8还与地面监测模块7连接，地面监测模块7与显示模块9连接，地面电源模块10为地面监测模块7和地面无线模块8供电；

机上药液监测控制模块2通过标定信号输入模块1的信号输入预先对液位状态值与药箱中液位进行对应标定；其中液位状态值指的是药箱的液面高度，与模数转换后的数据是一一对应关系。

机上药液监测控制模块2内设置有存储标定信号输入模块1输入的液位状态值的数据存贮单元。

具体应用时，农用无人机上的药箱预先进行液位标定，通过标定信号输入模块1输入液位状态值，机上药液监测控制模块2控制液位信息采集模块3对药箱中的标定液位进行信息采集，将采集的信息通过模数转换模块4转换后输入机上药液监测控制模块2，机上药液监测控制模块2对药箱标定液位和采集的信息进行对应，从而完成药箱液位标定。工作时，通过液位信息采集模块3实时监测农用无人机药箱的液位并通过机上药液监测控制模块2对监测信息进行处理得到药箱的实际液位状态并最后通过机上无线模块5传回到地面，通过显示模块9显示出来，供现场操作人员实时了解农用无人机药箱的实际液位情况。

其中农用无人机上的药箱的液位标定可以根据实际需要操作，如可以进行7个液位信息的标定，如药箱药液剩余量为0、10％、20％、30％、50％、70％、100％时分别对应的液位信息，通过液位信息采集模块3对这些液位信息进行采集并通过模数转换模块4形成对应的液位状态值，从而得到药箱液位与液位状态值的对应关系，如下表所示：

液位状态值	药液占箱比x
		0	x＝0
1	0<x<10％
		2	10％<x<20％
3	30％>x>20％
		4	50％>x>30％
5	70％>x>50％
		6	100％>x>70％
7	x＝100％

药箱液位标定后装置循环采集实时的药箱液位信息，然后循环判断当前液位状态，从而得到液位剩余量在0-100％的不同区间时的液位状态值，并将实时的液位状态值传输并显示于地面终端上。

在具体实施过程中，机上药液监测控制模块2和地面监测模块7可以采用单片机实现。在单片机的具体选型中，本具体实施例采用了STC89C52单片机来具体实现。STC单片机是一款增强型51单片机，完全兼容MCS.51，还增加了新的功能，新增两级中断优先级，多一个外中断，内置EEPROM，硬件看门狗，具有掉电模式，512B内存，支持ISP在线编程，不用编程器，程序可擦写10万次。管脚完全兼容，性能更好，驱动能力更强，超强抗干扰能力，功耗更低，价格也比传统的89系列低，故本发明采用STC89C52单片机作为系统主控芯片。当然，本发明还可以采用其他型号的单片机来实现机上药液监测控制模块2的功能，在此不再赘述。

在具体实施过程中，标定信号输入模块1采用按键实现，操作人员可以通过简单的按键输入来输入液位状态值，机上药液监测控制模块2对药箱标定液位进行信息采集和记录。

液位信息采集模块3可以采用传感器来实现，具体可以采用压电式型液位传感器。压电式型液位传感器基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，利用半导体的压阻效应和微机械加工技术，在单晶硅片的特定晶向上，用光刻、扩散等半导体工艺制作一惠斯登电桥，形成敏感膜片，当受到外力作用时产生微应变，电阻率发生变化，使桥臂电阻发生变化，再激励电压信号输出电压信号。其输出信号大，精度高，耐腐蚀性及可靠性都较好。另外，压电式LM型液位传感器低成本，微量程，适用于小罐体液位检测，故本发明采用压电式型液位传感器作为液位信号的采集，可达到低成本，耐腐蚀的效果。此外，本发明还可以采用气压式或激光式或超声波式液位传感器作为液位信息采集模块3。

由于STC89C52单片机本身无A/D转换功能，压电式型液位传感器采集到的液位信号为0.5-4.5V的输出电压，需经过模数转换才能被单片机识别处理。本发明中模数转换模块4可以采用ADC0809芯片实现。ADC0809芯片是8位逐次逼近型A/D转换器，可将单极性0-5V电压信号转换为数字信号，其转换时间约100us，转换精度为1/512，符合本发明中A/D转换速度及精度上的需求，故本发明采用ADC0809作为AD转换器。当然，本发明还可以采用其他型号的AD转换器来实现机上模数转换模块的功能，在此不再赘述。

机上无线模块5用于进行液位状态值的发送终端，结合具体应用中，一般要求能实现通信极限距离为1千米，NRF24L01是一款无线通信通信芯片，采用FSK调制，可实现点对点或是1对6的无线通信，无线通信速度可以达到2M(bps)。其中，NRF24L01+PA+LNA型号无线模块发射效率高，谐波小，对外界设备的射频干扰极低，同时不易受到其他设备的干扰，有很好的工作稳定性。同时。其集成度极高，体积小，可减轻本发明对农用无人机增加的负载。故本发明可以采用NRF24L01+PA+LNA模块实现数据的无线传输，具体电路图图2所示

在具体实施过程中，为了能够对实时药箱液位进行指示，本发明还集成了报警电路，通过报警电路来指示实时采集的液位状态值。具体实现时，报警电路可以通过蜂鸣器和LED灯来实现。

集成上述具体芯片所形成的电路如图2-6所示：

如图3所示，STC89C52单片机的P2.0口与作为标定信号输入模块1的按键key2一端连接，key2另一端接地，实现液位指示器的数据标定功能，STC89C52单片机在判断到按键按下时便记录当前液位信号经模数转换模块4转换后的值，用于后续液位状态判断。STC89C52单片机对液位信号进行实时处理并控制报警电路及无线模块的工作状态；

STC89C52的P0口通过排阻与模数转换模块4的数据输入端连接，具体地，STC89C52的P0口与ADC0809的D0-D7数据输出口连接，ADC0809将转换后的实时药箱液位信息数字信号传输给STC89C52；

STC89C52的P1口与机上无线模块5连接，通过P1口控制机上无线模块5的收发状态及传输的数据；

其他具体外围电路连接中，STC89C52的RST接口通过一个按键与电源VCC连接，该按键两端还并联有电容C1，RST接口还通过电阻R3接地，XTAL2接口和XTAL1接口并联一晶振分别通过一电容C2、C3接地；STC89C52的VCC接口与电源VCC连接，STC89C52的GND接口接地。

如图4所示，作为模数转换模块4的ADC0809的A、B、C地址(即ADDA、ADDB、ADDC)输入线、VREF(-)接口以及GND接口均接地，IN0输入端作为数据输入端与机上无线模块5连接，使IN0输入端被选中，具体应用时IN0输入端可以连接一个连接器HEADER3来方面与外部连接；ADC0809的D0-D7数据输出口与STC89C52单片机P0口通过排阻连接，ADC0809的VREF(+)接口、VCC接口分别连接电源VCC，ADC0809的CLOCK接口、START接口、OUTPUTENABLE接口、ALE接口、EOC接口分别与STC89C52的P2.2、P2.6、P2.3、P2.6、P2.7对应连接。

电源模块6主要为机上无线模块5供电，由于作为机上无线模块5的NRF24L01供电电压为3.0—3.6V，如图5所示，本发明可用AMS1117稳压器将农用无人机上5V电源转换为3.3V电压，为机上无线模块5提供3.3V直流电源并用LED灯指示模块通电情况。

报警电路可以采用图6所示的电路图实现。参见图6，报警电路包括三个不同颜色的LED灯，为了方便描述，本发明的三个不同颜色LED灯分别采用蓝、绿、红三种不同颜色的LED灯，蓝、绿、红三个LED灯一端分别通过电阻R1、R2、R3与STC89C52单片机的P3.1、P3.2、P3.3接口连接，其中蓝LED灯的一端连接电源VCC、连接另外绿、红LED灯的另一端以及连接蜂鸣器U2的一端；红LED灯的一端还连接PNP三极管Q1的基极，Q1的集电极接地，Q1的发射极连接蜂鸣器U2的另一端。由STC89C52单片机的P3口控制蓝、绿、红三种不同颜色的LED状态，进而指示当前液位状态。同时，当液位低于限定值时，控制红色LED灯亮、蜂鸣器响U2进行报警。其中R1、R2、R3电阻功能为降低通电电流，防止电流过大烧坏LED灯。Q1三极管可实现电流放大，使蜂鸣器U2通电时声音更大。

如图7所示，地面监测模块7也可以采用AT89S52单片机实现，AT89S52的P1口与地面无线模块8连接，控制地面无线模块8的收发状态及接收数据在显示模块10上进行显示；AT89S52的P2口连接显示模块10，用来控制显示模块10的数据显示；AT89S52的XTAL2接口和XTAL1接口并联一晶振并分别通过一电容C1、C2接地；AT89S52的VCC接口与电源VCC连接，AT89S52的GND接口接地。

如图8所示，地面无线模块8可以采用NRF24L01+PA+LNA模块实现数据的无线传输。

地面电源模块9主要为地面无线模块8提供3.3V直流电源，其具体电路如图9所示。

显示模块10可以采用LCD显示屏实现，具体电路如图10所示。LCD显示屏的DB0-DB7分别与AT89S52的P2口连接，LCD显示屏的RS、RW、E接口分别与AT89S52的P0.0、P0.1、P0.2对应连接，LCD显示屏的BG VCC接口通过一电阻连接电源VCC，BG VCC接口接地，VO通过一电阻接电源VCC。通过LCD显示屏实现对农用无人机药箱上的实时液位状态进行显示。

为了进一步验证本发明的技术效果，下面通过具体的模拟实验对本发明进行进一步的描述。

如图11所示，首先对机上无线模块5进行初始化并配置其相关寄存器，然后进行液位数据标定，当完成标定录入7个液位信息值后进入while循环。While循环中首先进行A/D转换获得当前液位信息，然后判断当前液位状态，控制报警电路中的相应LED灯亮或蜂鸣器报警并返回当前液位状态值，LED灯显示状态与当前液位状态关系如下表2所示。接着设置机上无线模块5为发射模式，发送液位状态值。数据发送流程为，发送端的机上无线模块5首先进行模块初始化及寄存器配置，再进行按键标定数据采集，采集完毕后实时判断当前液位状态信息并设置无线模块为发射模式，将要传送的数据通过SPI_Write_Buf函数送到发送FIFO缓冲区。CE为高超过10us，缓冲区中的数据即液位状态值通过无线向外发出。程序中用TxBuf[0]保存每次判断所得液位状态值，然后赋给发送有效数据寄存器。

表2

液位状态值	蓝灯	绿	红灯、蜂鸣器	药液占箱比x
					0	灭	灭	亮	x＝0
1	闪烁	闪	灭	0<x<10％
					2	灭	闪	灭	10％<x<20％
3	闪烁	灭	灭	30％>x>20％
					4	亮	亮	灭	50％>x>30％
5	亮	灭	灭	70％>x>50％
					6	灭	亮	灭	100％>x>70％
7	灭	灭	灭	x＝100％

地面监测部分如图12所示，实现初始化地面无线模块8并配置相关寄存器，初始化LCD显示屏并显示英文提示字样，然后进入while循环，循环中设定地面无线模块8为接收模式，通过读取状态寄存器函数SPI_Read(STATUS)判断当前数据是否接收成功，若成功接收则CE＝0，即设置地面无线模块8返回待机模式，再执行发送有效数据包，读取接收FIFO缓冲区接收数据存放于RxBuf[0]接收缓冲区中，并显示在LCD上。

具体模拟时，可以先用20kΩ电位器模拟液位信息采集模块3的电压输出，将ADC0809输入电压由小到大调节，在此过程中通过每次按下key2按键进行数据标定，标定完成后再由大到小调节电位器输出到ADC0809的电压，观察LED灯变化状态及LCD显示是否正常。经模拟测试系统验证无问题后，复位机上药液监测控制模块2，并将电位器改为液位信息采集模块3接入。重新开始标定操作，并记录每次标定深度。标定完毕后改变液位深度，对比记录的标定深度观察液位指示是否正常，由深到浅反复测试20次，统计指示误报率，分析误报原因及解决办法。最终测试无线通信可靠性，即在200m、400m、600m、800m、1000m的距离下分别测试无线传输误报率，分析误报原因及解决办法。

每种液位状态分别测试20次，机上液位状态显示情况如下表2所示。其中液位状态值为0时出现1次误报，后分析知本发明中采用的传感器标准使用方法为将传感器头部安装于待测罐体内部而其余部分不与液体接触，但本发明测试中将整个传感器竖直投入药箱进行液位信号采集，当药箱内液位为零时，由于传感器头部感应片仍有部分残留，残留的液体由于重力作用将导致传感器此时的数据输出小于药液占箱比为0时标定所采集到的数据，由于程序中判断条件不包括药液占箱比小于0的情况，故此时没有正常报警。改进办法为，修改报警程序中的判断条件，修改为当药液占箱比为小于或等于0的情况下红色LED灯亮且蜂鸣器响进行报警。修改后反复测试验证，系统不再出现误报现象。

表3

液位状态值	正确次数	误报次数	误报率
				0	19	1	5％
1	20	0	0
				2	20	0	0
3	20	0	0
				4	20	0	0
5	20	0	0
				6	20	0	0
7	20	0	0

对于无线通信可靠性验证结果如下表4所示。

表4

测试距离/m	正确次数	误报次数	误报率
				200	20	0	0
600	20	0	0

800	20	0	0
				1000	20	0	0

由统计结果可见，本发明于空旷环境下可实现1000米以下的零误报率无线传输。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明还提供一种农用无人机药箱液位在线监测方法，所述方法采用实施例1所述的装置实现。

本具体实施例一种农用无人机药箱液位在线监测方法的具体步骤包括：

S101.药箱液位数据标定步骤：

S1011.当上述所述的装置首次安装于新药箱或原药箱液位状态值混乱时，进行药箱液位标定；

S1012.将药箱药量控制在指定液位，液位信息采集模块采集液位信息，经模数转换模块进行信号转换后得到液位信息的数字信号并传输给机上药液监测控制模块的数据存贮单元中储存，通过标定信号输入模块将与液位信息的数字信号相对应的液位状态值传输到机上药液监测控制模块的数据存贮单元中储存；

S1013.调整药箱的液位，重复步骤S1012，直到所需的所有药箱液位状态值均被储存到机上药液监测控制模块的数据存贮单元中，完成药箱液位数据标定；

其中，步骤S101中，药箱药量的指定液位可以根据实际需要操作确定，如可以进行7个液位信息的设定，如药箱药液剩余量为0、10％、20％、30％、50％、70％、100％，液位信息采集模块分别采集对应的液位信息，通过液位信息采集模块对这些液位信息进行采集后通过模数转换模块形成对应的液位状态值，液位状态值输出给机上药液监测控制模块，机上药液监测控制模块将获取的液位状态值与药箱标定液位进行对应，完成液位数据标定。

S102.药箱液位在线监测步骤：

S1021.当农用无人机携带药箱进行喷施作业时，上述所述的装置安装于药箱；

S1022.液位信息采集模块实时采集药箱中的液位信息，并发送给模数转换模块；

S1023.模数转换模块将药箱液位信息转换成数字信号后发送给机上药液监测控制模块；

S1024.机上药液监测控制模块根据预先标定存储的液位状态值对药箱液位信息进行判断得到实时的液位状态；

S1025.机上药液监测控制模块控制报警电路中的LED灯亮和/或蜂鸣器进行报警提示；其中，报警电路中的三个LED灯和蜂鸣器的工作状态通过机上药液监测控制模块进行预先设置，使三个LED灯的亮灭和蜂鸣器的报警与液位状态值进行对应，不同的液位状态值对应三个LED灯和蜂鸣器不同的工作状态。

S1026.机上无线模块将实时的液位状态发送至地面无线模块；机上无线模块由机上药液监测控制模块的控制，当机上药液监测控制模块需要将实时的液位状态值发送出去时，机上药液监测控制模块将机上无线模块设置为发射模式，将实时的液位状态值发送到地面无线模块中。

S1027.地面监测模块通过地面无线模块获取实时液位状态后控制显示模块显示该实时液位状态。

本发明的一种农用无人机药箱液位在线监测装置和方法通过液位标定使本发明适用于各种形状的农用无人机药箱的液位检测，对液位信息进行实时采集，并利用LED灯及蜂鸣器指示当前液位状态；利用无线模块实现液位信息在地面终端上的显示，实现了农用无人机药箱液位实时监测及指示，较好地解决了当前喷药式农用无人机存在的操控员难以掌握药箱药液剩余量信息的问题，可以实时指导农用无人机操控员及时对药箱进行药液的补充。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种农用无人机药箱液位在线监测装置，其特征在于，包括标定信号输入模块、机上药液监测控制模块、液位信息采集模块、模数转换模块、机上无线模块、电源模块、地面监测模块、地面无线模块、地面电源模块和显示模块，标定信号输入模块、机上无线模块分别与机上药液监测控制模块连接，液位信息采集模块与模数转换模块的数据输入端连接，模数转换模块的数据输出端与机上药液监测控制模块连接，电源模块为机上药液监测控制模块和机上无线模块供电；

机上无线模块与地面无线模块无线连接，地面无线模块还与地面监测模块连接，地面监测模块与显示模块连接，地面电源模块为地面监测模块和地面无线模块供电；

机上药液监测控制模块通过标定信号输入模块的信号输入预先对液位状态值与药箱中液位进行对应标定；

机上药液监测控制模块内设置有存储标定信号输入模块输入的液位状态值的数据存贮单元。

2.根据权利要求1所述的农用无人机药箱液位在线监测装置，其特征在于，所述标定信号输入模块为按键。

3.根据权利要求1所述的农用无人机药箱液位在线监测装置，其特征在于，机上药液监测控制模块为单片机。

4.根据权利要求3所述的农用无人机药箱液位在线监测装置，其特征在于，所述单片机为STC89C52单片机，STC89C52单片机的P2.0口与标定信号输入模块连接，P0口通过排阻与模数转换模块的数据输入端连接，P1口与机上无线模块连接，RST接口通过一个按键与电源VCC连接，该按键两端还并联有电容C1，RST接口还通过电阻R3接地，XTAL2接口和XTAL1接口并联一晶振并分别通过一电容接地。

5.根据权利要求4所述的农用无人机药箱液位在线监测装置，其特征在于，所述液位信息采集模块为压电式或气压式或激光式或超声波式液位传感器。

6.根据权利要求4所述的农用无人机药箱液位在线监测装置，其特征在于，模数转换模块为ADC0809转换器，ADC0809的A、B、C地址输入线接地，IN0输入端作为数据输入端与机上无线模块连接，D0-D7数据输出口与STC89C52单片机P0口通过排阻连接。

7.根据权利要求4-6任一项所述的农用无人机药箱液位在线监测装置，其特征在于，还包括与机上药液监测控制模块连接的报警电路。

8.根据权利要求7所述的农用无人机药箱液位在线监测装置，其特征在于，所述报警电路包括三个不同颜色的LED灯，三个不同颜色的LED灯一端分别通过电阻R1、R2、R3与STC89C52单片机的P3.1、P3.2、P3.3接口连接，其中一个LED灯的一端连接电源以、连接另外两个LED灯的另一端以及连接蜂鸣器的一端；另外两个LED灯中的其中一个LED灯的一端还连接PNP三极管的基极，PNP三极管的集电极接地，PNP三极管的发射极连接蜂鸣器的另一端。

9.一种农用无人机药箱液位在线监测方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

S1.药箱液位数据标定步骤：

S11.当权利要求1所述的装置首次安装于新药箱或原药箱液位状态值混乱时，进行药箱液位标定；

S12.将药箱药量控制在指定液位，液位信息采集模块采集液位信息，经模数转换模块进行信号转换后得到液位信息的数字信号并传输给机上药液监测控制模块的数据存贮单元中储存，通过标定信号输入模块将与液位信息的数字信号相对应的液位状态值传输到机上药液监测控制模块的数据存贮单元中储存；

S13.调整药箱的液位，重复步骤S12，直到所需的所有药箱液位状态值均被储存到机上药液监测控制模块的数据存贮单元中，完成药箱液位数据标定；

S2.药箱液位在线监测步骤：

S21.当农用无人机携带药箱进行喷施作业时，权利要求1所述的装置安装于药箱；

S22.液位信息采集模块实时采集药箱中的液位信息，并发送给模数转换模块；

S23.模数转换模块将药箱液位信息转换成数字信号后发送给机上药液监测控制模块；

S24.机上药液监测控制模块根据预先标定存储的液位状态值对药箱液位信息进行判断得到实时的液位状态；

S25.机上无线模块将实时的液位状态发送至地面无线模块；

S26.地面监测模块通过地面无线模块获取实时液位状态后控制显示模块显示该实时液位状态。

10.根据权利要求9所述的农用无人机药箱液位在线监测方法，其特征在于，所述方法还通过报警电路进行报警，具体为：

机上药液监测控制模块得到实时液位状态后，控制报警电路进行报警提示。