CN105716684A - 无人机液位测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种无人机液位测量装置，其包括箱体和液位感测模块。所述箱体用于收容液体农药，所述箱体包括底面和连接所述底面的侧面，所述侧面邻近底面的端部开设有开口。所述液位感测模块包括感测头、微控制单元、电连接感测头及微控制单元的电路板，感测头部分穿过所述开口收容于箱体内，所述微控制单元、电路板固定于箱体外表面。本发明还提供一种无人机液位测量方法。本发明的无人机液位测量装置和方法相对现有技术结构简单，安装方便，测量准确，且成本较低。

Description

无人机液位测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种无人机液位测量装置及方法。

背景技术

由于农药通常具有强腐蚀，晃动、振动和浑浊，易产生泡沫等特点，目前为止，农用无人机对于箱体内所装载的液体农药，还没有一种比较简单有效的农药液位的检测装置或方法。现有技术中测量溶液液位的主要手段有超声波、电容、光电、静压等方法，但这些方法要么笨重、安装不便，要么精度差，要么抗腐蚀性差，要么无法测量浑浊性液体，要么对泡沫、晃动敏感，均不太适合用于测量无人机农药液位。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种新型的无人机液位测量装置及方法。

一种无人机液位测量装置，其包括箱体和液位感测模块。所述箱体用于收容液体农药，所述箱体包括底面和连接所述底面的侧面，所述侧面邻近底面的端部开设有开口。所述液位感测模块包括感测头、微控制单元、电连接感测头及微控制单元的电路板，感测头部分穿过所述开口收容于箱体内，所述微控制单元、电路板固定于箱体外表面。

作为上述无人机液位测量装置的进一步改进，所述箱体进一步包括向内凹陷的收容槽，所述微控制单元、电路板收容在所述收容槽内。

作为上述无人机液位测量装置的进一步改进，收容槽朝向液位感测模块的接触面包括环状的垫圈槽，所述垫圈槽用于放置垫圈，所述垫圈实现液位感测模块和箱体之间的密封，以防止液位感测模块和箱体之间漏液。

作为上述无人机液位测量装置的进一步改进，所述感测头包括大致为圆柱形的气囊部和连接气囊部的基座，感测头的感测面为气囊部顶端的圆形表面。

作为上述无人机液位测量装置的进一步改进，感测面平行所述侧面。

作为上述无人机液位测量装置的进一步改进，所述无人机包括主控制器，所述电路板通过导线连接至主控制器，所述导线紧贴箱体的外表面设置。

作为上述无人机液位测量装置的进一步改进，还包括另外一个感测面朝向箱体外部的感测头，用于测试箱体外部的大气压。

作为上述无人机液位测量装置的进一步改进，进一步包括收容液位感测模块的感测器壳体，所述感测器壳体的侧面包括用于暴露感测头的通孔，还包括用于防止药液渗入感测器壳体中造成电路板短路的密封条，所述密封条夹设在感测器壳体与感测头之间。

一种无人机液位测量方法，包括使用第一液位感测模块测量没有收容液体农药的箱体内的大气压F_气；使用第一液位感测模块测量收容有液体农药的箱体内底部的压力F；以及根据大气压F_气和箱体底部的压力F计算箱体内液体农药的高度或体积。

一种无人机液位测量方法，包括使用第二液位感测模块测量箱体外部的大气压F_气；使用第一液位感测模块测量收容有液体农药的箱体内底部的压力F；以及根据大气压F_气和箱体内底部的压力F计算箱体内液体农药的高度或体积。

相对于现有技术，本发明的无人机液位测量装置和方法相对现有技术结构简单，安装方便，测量准确，且成本较低。

附图说明

图1是本发明无人机液位测量装置的立体结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是图1另一视角的剖视图；

图4是图2中A部的局部放大示意图；

图5是图1中液位感测模块的立体结构示意图；

图6是本发明液位感测模块另一实施方式的示意图；

图7是图1所示无人机液位测量装置的液位计算原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。

请参阅图1-图7，本发明的无人机液位测量装置100包括:用于收容液体农药17的箱体10，所述箱体10包括底面20和连接所述底面20的侧面30。

本实施方式中，所述箱体10的截面大致呈U形，箱体10的中部设有收容飞机机身的凹陷部90。所述底面20为弧形面，所述侧面30大致垂直于所述底面20。

所述侧面30邻近底面20的端部开设有贯通箱体10内部收容空间的开口13，所述开口13位置对应安装有液位感测模块40。请参考图5，所述液位感测模块40包括感测头41、微控制单元(MicrocontrollerUnit；MCU)42、电连接感测头41及微控制单元42的电路板43。本实施方式中，所述感测头41和微控制单元42焊接在电路板43的同一侧，所述感测头41包括大致为圆柱形的气囊部412和连接气囊部的基座414，感测头41的感测面411为气囊部412顶端的圆形表面，感测头41突出于所述电路板43设置，且感测面411大致平行电路板43。替代实施方式中，所述感测头41和微控制单元42可以焊接在电路板43的不同侧。较佳实施方式中，所述感测头41和微控制单元42之间通过SPI接口实现电连接，所述感测头41为高精度气压计ms5803-ba，所述微控制单元42采用MCUstm32f103。

本实施方式中，由于感测头41采用体积较小功耗低的气压计ms5803-ba替代传统的液位感测器，因此本发明的无人机液位测量装置100重量非常轻，功耗很小。

较佳实施方式中，请参考图6，液位感测模块40进一步包括收容液位感测模块40的感测器壳体45，所述感测器壳体45的侧面包括用于暴露感测头41的感测面411的通孔451。本实施方式中，所述感测器壳体45为金属材质壳体，例如铝质壳体。较佳实施方式中，液位感测模块40进一步包括防止药液渗入感测器壳体45中造成电路板43短路的密封条44，所述密封条44环绕通孔451设置，且夹设在感测器壳体45与感测头41之间，较佳实施方式中夹设在感测器壳体45与感测头41的基座414之间。本实施方式中，所述密封条为环状，且直径大于气囊部412小于基座414。

所述感测头41穿过所述开口13收容于箱体10内，液位感测模块40的其他部分通过感测器壳体45固定于箱体外表面。

较佳实施方式中，所述箱体10进一步包括向内凹陷的收容槽32，所述感测器壳体45收容在所述收容槽32内。液位感测模块40通过4颗螺钉70固定在容槽32朝向液位感测模块40的接触面上。本实施方式中，所述螺钉70为内六角螺钉，收容槽32朝向液位感测模块40的接触面还包括多个对应螺钉70的螺孔35。

较佳实施方式中，收容槽32朝向液位感测模块40的接触面包括环状的垫圈槽，所述垫圈槽用于放置垫圈34，所述垫圈34在液位感测模块40安装至收容槽32时可以实现感测器壳体45和开口13之间的密封，以防止箱体10内的液体农药17通过开口13渗漏。本实施方式中，垫圈34夹设在收容槽32朝向液位感测模块40的接触面和感测器壳体45之间，且部分或全部收容在垫圈槽内。

替代实施方式中，感测器壳体45和密封条44可以省略，此时所述感测头41的基座414直接和垫圈槽内的垫圈34接触，实现液位感测模块40和开口13之间的密封。

本实施方式中，固定于箱体10的所述感测头41的感测面411大致平行所述侧面30，所述感测面411的边缘和底面20邻近。较佳实施方式中，所述侧面30为平面，且朝向无人机尾部。本实施方式中，感测面411平行所述侧面30以便大致垂直于箱体内收容的液体农药17的上表面或底面，以免液体农药17中的杂质沉积在测压面，影响液位精度。

本实施方式中，箱体10顶部进一步包括连通外部大气压和箱体10内部空间的进气孔11，箱体10底部远离感测头41的位置还包括喷液导管12，用于将箱体10内的液体农药17排出。

较佳实施方式中，所述无人机包括主控制器60，所述电路板43通过导线61连接至主控制器60，所述导线61紧贴箱体10的外表面设置。

较佳实施方式中，无人机液位测量装置100的测试原理如下：感测面411接收的压力F=大气压F_气+液体农药17的压力F_液。大气压F_气在一定时间、地点固定不变。无人机开机工作后，在对药箱10添加液体农药17之前，控制液位感测模块40测定一次当时当地的大气压F_气，将此值保存在微控制单元42内部。添加的液体农药17的压力F_液=ρ×g×h，ρ是液体农药17的密度，g是重力加速度，h是液体农药17的高度。对于一定液体农药17，密度是变化不大，可以近似认为气压计测试出来的液体农药17的压力F与液体农药17的高度h是成正比的。通过校准后，就可以把液体农药17的压力F转化成液体农药17的高度h，进而得到液体农药17的体积。本实施方式的无人机液位测量装置100经过实际测试，精度可以达到±5mm。完全可以满足农用无人机的要求。

替代实施方式中，为了更实时准确的测定大气压，无人机液位测量装置100还可以包括另外一个感测面411朝向箱体10外部的感测头41。本实施方式中，感测面411朝向箱体10内部的感测头41在药箱内部测试液体农药17压力F，感测面411朝向箱体10外部空气的感测头41测试箱体10外部的大气压F_气。它们的压力差就是液体农药17的压力F_液，通过校准后，就可以得到更加准确的液体农药17高度，进而得到液体农药17的体积。增加一个感测头41可以对大气压F_气进行实时准确的测量，进而获得更精确的液体农药17的高度h。

替代实施方式中，无人机液位测量装置100可以进一步包括液位报警模块，用于在液体农药17的液面15降至预设阀值时，发出液位告警信息。液位报警模块既可以是集成在微控制单元42或主控制器60中的软、硬件模块，也可以是单独设在电路板43上的电路模块。

本发明利用上述无人机液位测量装置100提供一种无人机液位测量方法，所述方法包括：使用第一液位感测模块测量没有收容液体农药的箱体内的大气压F_气；使用第一液位感测模块测量收容有液体农药的箱体内底部的压力F；以及根据大气压F_气和箱体底部的压力F计算箱体内液体农药的高度或体积。

替代实施方式中，本发明利用上述无人机液位测量装置100提供另一种无人机液位测量方法，所述方法包括：使用第二液位感测模块测量箱体外部的大气压F_气；使用第一液位感测模块测量收容有液体农药的箱体内底部的压力F；以及根据大气压F_气和箱体内底部的压力F计算箱体内液体农药的高度或体积。

较佳实施方式中，根据一定时间内液体农药17高度变化，可以进一步计算出液体农药17喷洒速度。液体农药17喷洒速度v=液体农药17消耗体积/喷洒时间t。其中，液体农药17消耗体积=液体农药17的高度变化△h×液体农药的液面15的截面积s，对于规则药箱，液体农药17的液面15截面积s是固定不变的，而液体农药17高度变化△h可由前述方法计算得出，时间t可由微控制单元精确计时。对于不规则药箱，液体农药17高度变化△h和液体农药17的体积之间的关系也可通过预先建立的查询表对应得到。精确的液体农药17喷洒速度可以让主控制器60结合飞行速度和飞行高度，控制无人机喷洒系统更为均匀高效地喷洒液体农药17。而根据不同的液体农药17，主控制器60可以采取不同的喷洒策略，进行差异化作业，以便节约液体农药17，减少环境破坏。

本发明的无人机液位测量装置和方法相对现有技术结构简单，安装方便，测量准确，且成本较低，解决了现有技术中无人机液位测量的多种技术障碍。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无人机液位测量装置，其特征在于，其包括

箱体，所述箱体用于收容液体农药，所述箱体包括底面和连接所述底面的侧面，所述侧面邻近底面的端部开设有开口；以及

液位感测模块，所述液位感测模块包括感测头、微控制单元、电连接感测头及微控制单元的电路板，感测头部分穿过所述开口收容于箱体内，所述微控制单元、电路板固定于箱体外表面。

2.根据权利要求1所述的无人机液位测量装置，其特征在于，所述箱体进一步包括向内凹陷的收容槽，所述微控制单元、电路板收容在所述收容槽内。

3.根据权利要求1所述的无人机液位测量装置，其特征在于，收容槽朝向液位感测模块的接触面包括环状的垫圈槽，所述垫圈槽用于放置垫圈，所述垫圈实现液位感测模块和箱体之间的密封，以防止液位感测模块和箱体之间漏液。

4.根据权利要求1所述的无人机液位测量装置，其特征在于，所述感测头包括大致为圆柱形的气囊部和连接气囊部的基座，感测头的感测面为气囊部顶端的圆形表面。

5.根据权利要求4所述的无人机液位测量装置，其特征在于，感测面平行所述侧面。

6.根据权利要求1所述的无人机液位测量装置，其特征在于，所述无人机包括主控制器，所述电路板通过导线连接至主控制器，所述导线紧贴箱体的外表面设置。

7.根据权利要求1所述的无人机液位测量装置，其特征在于，还包括另外一个感测面朝向箱体外部的感测头，用于测试箱体外部的大气压。

8.根据权利要求1所述的无人机液位测量装置，其特征在于，进一步包括收容液位感测模块的感测器壳体，所述感测器壳体的侧面包括用于暴露感测头的通孔，还包括用于防止药液渗入感测器壳体中造成电路板短路的密封条，所述密封条夹设在感测器壳体与感测头之间。

9.一种无人机液位测量方法，其特征在于，所述方法包括：

使用第一液位感测模块测量没有收容液体农药的箱体内的大气压F_气；

使用第一液位感测模块测量收容有液体农药的箱体内底部的压力F；以及

根据大气压F_气和箱体底部的压力F计算箱体内液体农药的高度或体积。

10.一种无人机液位测量方法，其特征在于，所述方法包括：

使用第二液位感测模块测量箱体外部的大气压F_气；

使用第一液位感测模块测量收容有液体农药的箱体内底部的压力F；以及

根据大气压F_气和箱体内底部的压力F计算箱体内液体农药的高度或体积。