CN105843236A - 一种植保无人机喷洒控制系统及其喷洒控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种根据飞行高度和飞行速度实施农药喷洒的植保无人机喷洒控制系统及其喷洒控制方法，包括以下步骤：（A）确定农药喷洒量；（B）检测出无人机的飞行速度与飞行高度；（C）计算喷洒速度，喷洒速度=农药喷洒量*飞行速度*喷幅，其中喷幅与飞行高度满足函数关系：喷幅=f（飞行高度）；（D）根据喷洒速度计算出水泵抽水速度和离心雾化喷头旋转速度；（E）无人机导航控制器根据所述水泵抽水速度和离心雾化喷头旋转速度发出相应的信号给水泵控制器、离心雾化喷头控制器，本发明的植保无人机喷洒速度根据植保无人机飞行速度以及飞行高度的自动调整，保证了农药雾滴在作物上的有效附着量和均匀分布率，提高了施药效果。
Description
技术领域
本发明涉及农业植保无人机领域，特别是涉及一种植保无人机喷洒控制系统及其喷洒控制方法。
背景技术
植保无人机是一种新型农业植保设备。它主要由无人机携带喷洒设备组成，应用于对农田、林地和城市绿化地的农药植保喷洒任务。植保无人机在我国尚属起步阶段，但是它带来的新型喷洒方式在效率上是传统喷洒方式的50倍以上，减少农药40%的用量，同时降低60%的土壤农残，在喷洒过程中节水98%。因而植保无人机具有广泛的市场价值。
植保无人机喷洒设备的工作方式直接影响到农药喷洒的最终效果。目前，农业植保无人机的喷洒系统基本上是控制喷头的开启和关闭，在飞行过程中保持一个恒定的喷洒速度进行作业。由于农业植保无人机在施药过程中受操控手人为操纵的影响，一成不变的农药喷洒速度无法保证农药雾滴在作物上的有效附着量和均匀分布率，进而影响施药的效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种根据飞行高度和飞行速度实施农药喷洒的植保无人机喷洒控制系统及其喷洒控制方法。
本发明采用的技术方案是：
一种植保无人机喷洒控制系统包括：水泵、离心雾化喷头、农药箱、无人机导航控制器，以及分别该无人机导航控制器电性连接的水泵控制器、离心雾化喷头控制器、飞行速度与飞行高度检测模块；所述水泵受控于水泵控制器，且分别以导管与农药箱、离心雾化喷头连通，该离心雾化喷头受控于离心雾化喷头控制器。
进一步，所述飞行速度与飞行高度检测模块包括IMU模块、GPS模块和气压计、激光传感器和超声波传感器。
其中，所述IMU模块由三轴陀螺仪和三轴加速度计组成。
本发明还包括与上述植保无人机喷洒控制系统同一发明构思的喷洒控制方法，包括以下步骤：（A）确定农药喷洒量，该农药喷洒量为单位作物面积上需要喷洒的农药容量；（B）利用飞行速度与飞行高度检测模块检测出无人机的飞行速度与飞行高度；（C）计算喷洒速度，喷洒速度=农药喷洒量*飞行速度*喷幅，其中喷幅为离心雾化喷头喷出的雾化颗粒在农作物上的附着范围，与飞行高度满足函数关系：喷幅=f（飞行高度）；（D）根据喷洒速度计算出水泵抽水速度和离心雾化喷头旋转速度，三者之间满足二元函数关系：喷洒速度=f（水泵抽水速度，离心雾化喷头旋转速度）；（E）无人机导航控制器根据所述水泵抽水速度和离心雾化喷头旋转速度发出相应的信号给水泵控制器、离心雾化喷头控制器。
进一步，所述步骤（A）中农药喷洒量由农作物种类和农药种类决定。
本发明的有益效果：
本发明的植保无人机喷洒速度根据植保无人机飞行速度以及飞行高度的自动调整，保证了农药雾滴在作物上的有效附着量和均匀分布率，提高了施药效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在附图说明前提下，获得的其他设计方案和附图：
图1是本发明植保无人机喷洒控制系统的原理图；
图2是本发明植保无人机喷洒控制方法的流程图。
具体实施方式
参照图1所示，为本发明的一种植保无人机喷洒控制系统包括：水泵、离心雾化喷头、农药箱、无人机导航控制器，以及分别该无人机导航控制器电性连接的水泵控制器、离心雾化喷头控制器、飞行速度与飞行高度检测模块；所述水泵受控于水泵控制器，且分别以导管与农药箱、离心雾化喷头连通，该离心雾化喷头受控于离心雾化喷头控制器。
上述各模块的工作关系为，无人机导航控制器连接水泵控制器和离心雾化喷头控制器，并且向它们发送控制数据。水泵控制器连接水泵，控制水泵抽出农药的速度。水泵连接农药箱，并且将抽出的农药通过连接的导管传输给离心雾化喷头。离心雾化喷头控制器连接离心雾化喷头，控制喷头的旋转速度，利用离心力将农药雾化喷出，形成雾化农药颗粒。
飞行速度与飞行高度检测模块包括IMU模块、GPS模块、气压计、激光传感器和超声波传感器。其中，IMU模块是惯性导航模块，它包含三轴陀螺仪和三轴加速度计，分别测量植保无人机的转动角速度和平动加速度。GPS模块用来接收植保无人机的地理位置，地理海拔高度和平动速度。气压计用来测量植保无人机的海拔高度。激光传感器和超声波传感器用来测量飞行器与地面作物之间的相对高度。
无人机导航控制器接收IMU模块、GPS模块、气压计、激光传感器和超声波传感器的测量数据，融合计算，得到植保无人机的飞行速度、飞行高度、位置等信息。
此外，本发明还包括与上述植保无人机喷洒控制系统同一发明构思的喷洒控制方法，如图2，包括以下步骤：
（A）确定农药喷洒量，该农药喷洒量为单位作物面积上需要喷洒的农药容量；其中，农药喷洒量由农作物种类和农药种类决定，其单位是：升/亩或升/平方米。这个数值不仅跟农药的稀释程度有关，还与喷洒设备和喷洒方式有关。
（B）利用飞行速度与飞行高度检测模块检测出无人机的飞行速度与飞行高度；飞行高度确定了无人机在飞行过程中距离喷洒农作物的相对高度。由于离心雾化喷头喷出的颗粒飘落到农作物上，飞行高度直接决定了喷头雾化颗粒在农作物上的附着范围，即喷幅，两者间满足函数关系：喷幅=f（飞行高度），它的具体形式和参数可以通过实验测量来确定。
（C）计算喷洒速度，由于农药喷洒量=药量/面积=（喷洒速度*时间）/（飞行速度*时间*喷幅），因此可以得出喷洒速度=农药喷洒量*飞行速度*喷幅。
（D）根据喷洒速度计算出水泵抽水速度和离心雾化喷头旋转速度；
对于无人机喷洒方式，离心雾化喷头喷出的雾化颗粒，其直径在50-200微米。雾化颗粒的数量取决于进入喷头的农药量，雾化颗粒的大小和喷头的旋转喷速相关。离心雾化喷头的喷洒速度与水泵抽水速度和离心雾化喷头旋转速度之间的关系式可以表示成二元函数关系：喷洒速度=f（水泵抽水速度，离心雾化喷头旋转速度）；此二元函数的具体形式和参数可以通过实验测量来确定。
（E）无人机导航控制器根据所述水泵抽水速度和离心雾化喷头旋转速度发出相应的信号给水泵控制器、离心雾化喷头控制器，以实现需要的水泵抽水速度和离心雾化喷头旋转速度。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种植保无人机喷洒控制系统，其特征在于，包括：水泵、离心雾化喷头、农药箱、无人机导航控制器，以及分别该无人机导航控制器电性连接的水泵控制器、离心雾化喷头控制器、飞行速度与飞行高度检测模块；所述水泵受控于水泵控制器，且分别以导管与农药箱、离心雾化喷头连通，该离心雾化喷头受控于离心雾化喷头控制器。
2.根据权利要求1所述的一种植保无人机喷洒控制系统，其特征在于:所述飞行速度与飞行高度检测模块包括IMU模块、GPS模块和气压计、激光传感器和超声波传感器。
3.根据权利要求2所述的一种植保无人机喷洒控制系统，其特征在于:所述IMU模块由三轴陀螺仪和三轴加速度计组成。
4.一种应用权利要求1-3任一所述植保无人机喷洒控制系统的喷洒控制方法，其特征在于，包括以下步骤：（A）确定农药喷洒量，该农药喷洒量为单位作物面积上需要喷洒的农药容量；（B）利用飞行速度与飞行高度检测模块检测出无人机的飞行速度与飞行高度；（C）计算喷洒速度，喷洒速度=农药喷洒量*飞行速度*喷幅，其中喷幅为离心雾化喷头喷出的雾化颗粒在农作物上的附着范围，与飞行高度满足函数关系：喷幅=f（飞行高度）；（D）根据喷洒速度计算出水泵抽水速度和离心雾化喷头旋转速度，三者之间满足二元函数关系：喷洒速度=f（水泵抽水速度，离心雾化喷头旋转速度）；（E）无人机导航控制器根据所述水泵抽水速度和离心雾化喷头旋转速度发出相应的信号给水泵控制器、离心雾化喷头控制器。
5.根据权利要求4所述的喷洒控制方法，其特征在于：所述步骤（A）中农药喷洒量由农作物种类和农药种类决定。
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