CN106849323A - 一种无人机飞防管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机飞防管理系统，包括远程控制终端，用于发送控制指令，以控制无人机动作；云端服务器，用于向无人机发送远程控制终端的控制指令以及传递无人机反馈的信息；无人机，用于根据远程控制终端经云端服务器发送过来的控制指令执行农药喷洒的操作；无人机包括能源管理系统，用于采用太阳能电池组件和锂电池组件共同对无人机供能。本发明通过采用上述能源管理系统，可以实现太阳能电池组件和锂电池组件共同对无人机供能，可以实现太阳电池组件输出功率调节，对锂电池组件进行智能管理，解决了现有技术中缺少既能够改善无人机能源利用效率，又能够方便进行飞防任务的无人机飞防管理系统的技术问题。

Description

一种无人机飞防管理系统

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种无人机管理系统。

背景技术

飞防是通过通用飞机喷洒农药的一种大面积、短时期压低虫口密度的有效方法，具有其它常规措施难以比拟的优越性。

飞防经济、高效，同时兼治其它害虫，一法多效，一举多得。

(1)飞防速度快、效率高、持续效果好、能及时实现与地面防治的同步除治，在短时间内迅速降低虫口密度，有效期能达到60天左右。

(2)可有效解决因树木高大、防治设备落后、防治力量不足、防治效率低等难题。

(3)防治费用低。飞防药剂使用量仅为40-50克/亩，是传统防治方法用药量的四分之一，大大节约了药剂使用量。

(4)节约用水。一般地面喷雾用水量是5公斤/亩，飞机防治使用的是超低量喷雾，用水量平均只有1公斤/亩。

随着无人机技术的发展，无人机已经在军事、工业、农业、交通、安防等领域获得大力发展。但目前无人机基本是以锂电池、蓄电池、燃料电池等作为燃料。受限于无人机的设计尺寸，无人机所携带的能源是有限的，这就限制了无人机的留空时间、航程等，影响无人机有限载荷和任务要求。太阳能作为一种全新的能源，其清洁无污染、来源永不枯竭、维护措施简单等特点，使其越来越受到广泛关注，这也促使了太阳能无人机产生和发展。太阳能无人机作为未来无人机的发展方向，如果单纯采用太阳能供能，则会受光照、外界环境等影响，会降低太阳能无人机的适应性。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种无人机飞防管理系统，以解决现有技术中缺少既能够改善无人机能源利用效率，又能够方便进行飞防任务的无人机飞防管理系统的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种无人机飞防管理系统，包括

远程控制终端，用于发送控制指令，以控制无人机动作；

云端服务器，用于向无人机发送远程控制终端的控制指令以及传递无人机反馈的信息；

无人机，用于根据远程控制终端经云端服务器发送过来的控制指令执行农药喷洒的操作；包括

能源管理系统，用于采用太阳能电池组件和锂电池组件共同对无人机供能。

进一步的，无人机还包括主控芯片，主控芯片电连接有重量检测传感器、TOF避障传感器、定位系统、飞行记忆器、摄像头、声光报警器以及药物搭载喷洒装置。

进一步的，能源管理系统包括能源管理控制器和锂电池组件，能源管理控制器电连接有电池状态检测模块、智能充放电模块和电连接于机载控制端的无人机供电单元；锂电池组件电连接有锂电池保护电路，并通过锂电池保护电路电连接于电池状态检测模块和智能充放电模块；还包括依次连接的太阳能电池组件、DC-DC变换器和最大功率跟踪模块，最大功率跟踪模块电连接于能源管理控制器；依次连接的太阳能电池组件和DC-DC变换器还与电池状态检测模块电连接；太阳能电池组件向锂电池组件充电模式、太阳能电池组件直接向无人机供电单元供电模式、太阳能电池组件同时向锂电池组件和无人机供电单元供电模式、太阳能电池组件和锂电池组件联合向无人机供电单元供电模式、锂电池组件向无人机供电单元供电模式。

进一步的，能源管理系统的选择流程包括如下步骤：

(1)根据无人机供电单元供电状态，判断无人机供电单元是否运行，若无人机供电单元运行，则执行步骤2；若无人机供电单元没有运行，则执行步骤3；

(2)根据太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件是否有功率输出，若太阳能电池组件有功率输出，则执行步骤4；若太阳能电池组件没有功率输出，则执行步骤5；

(3)根据锂电池组件电量状态，判断锂电池组件电量是否为满，若锂电池组件电量为满，则无人机能源管理系统执行待机状态；若锂电池组件电量不满，则执行步骤6；

(4)根据无人机供电单元供电状态和太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件输出功率是否满足无人机供电单元正常运行，若太阳能电池组件输出功率满足无人机供电单元正常运行，则执行步骤7；若太阳能电池组件输出功率不能满足无人机供电单元正常运行，则执行太阳能电池组件和锂电池组件联合向无人机供电单元供电模式；

(5)根据锂电池组件电量状态，判断锂电池组件电量是否低于警戒值，若锂电池组件电量低于警戒值，报警并启动降落准备；若锂电池组件电量没有低于警戒值，则执行锂电池组件对无人机供电单元供电模式；

(6)根据太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件是否有功率输出，若太阳能电池组件有功率输出，则执行太阳能电池组件向锂电池组件充电模式；若太阳能电池组件没有功率输出，则无人机能源管理系统执行待机状态；

(7)根据无人机供电单元供电状态和太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件输出功率是否有余量，若太阳能电池组件输出功率有余量，执行太阳能电池组件同时向锂电池组件和无人机供电单元供电模式；若太阳能电池组件输出功率没有余量，则执行太阳能电池组件直接向无人机供电单元供电模式。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的能源管理系统作为无人机能源系统的控制调节中心，可以实现太阳能电池组件和锂电池组件共同对无人机供能，可以实现太阳电池组件输出功率调节，对锂电池组件进行智能管理。在太阳能电池组件功率输出充足的情况下，尽可能保留更多锂电池组件的能量；在太阳能电池组件输出功率不足的情况下，则由锂电池组件进行补充。本发明还设计了完整的无人机能源控制流程，可以保证能源控制系统在不同情况下，均可以为无人机提供稳定、充足的能量，结合太阳能电池和锂电池的优势，合理控制和分配能源使用，提高无人机能源的利用率，从而实现无人机的长航飞行；同时，本发明可以最大化利用太阳能电池组件所产生的能量，增加无人机的航程。本发明还具有易于实现、应用方便等优点，解决了现有技术中缺少既能够改善无人机能源利用效率，又能够方便进行飞防任务的无人机飞防管理系统的技术问题。

附图说明

图1是系统整体结构示意图；

图2是无人机飞防管理系统与能源管理系统的结构关系示意图；

图3是能源管理系统控制模式选择流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1～3对本发明作详细说明。

一种无人机飞防管理系统，包括

远程控制终端，用于发送控制指令，以控制无人机动作；

云端服务器，用于向无人机发送远程控制终端的控制指令以及传递无人机反馈的信息；

无人机，用于根据远程控制终端经云端服务器发送过来的控制指令执行农药喷洒的操作；无人机包括

能源管理系统，用于采用太阳能电池组件和锂电池组件共同对无人机供能。

无人机还包括主控芯片，主控芯片电连接有重量检测传感器、TOF避障传感器、定位系统、飞行记忆器、摄像头、声光报警器以及药物搭载喷洒装置(即一种智能喷洒液体的装置，将之结合到无人机中，通过主控芯片进行控制，采用现有技术很容易实现，因此不再赘述)。

摄像头，用于拍摄需要进行飞防(无人机喷洒农药)的区域图像或拍摄无人机航行路线上的区域图像，以供远端控制终端查看和操作；

飞行记忆器，无人机在飞行过程中，与云端服务器有数据交互，当无人机意外与云端服务器断开连接时，可用于记录无人机航行的路线信息，以便于无人机返航；

定位系统，即用于导航、定位；

重量检测传感器，用于检测无人机重量，以供判断主控芯片判断药物是否喷洒完毕；

TOF避障传感器，用于发出经调制的近红外光，遇物体后反射，TOF避障传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差，来换算被拍摄景物的距离。如此，即可使得无人机在飞行过程中精确避障，减小无人机损坏的几率。

声光报警器，用于在无人机起飞或降落的时候发出声光警报，类似于警灯的声光警报。也可以用于在飞行过程中发出声光警报以提醒他人注意，防止无人机伤人事件的发生。

能源管理系统包括太阳能电池组件、DC-DC变换器、锂电池组件、锂电池保护电路、能源管理控制器、系统控制模块、无人机供电单元，能源管理控制器包括能源管理控制器、电池状态检测模块、智能充放电模块、最大功率跟踪模块；太阳能电池组件与DC-DC变换器相连，DC-DC变换器分别与最大功率跟踪模块和电池状态检测模块相连，锂电池组件与锂电池保护电路相连，锂电池保护电路分别与智能充放电模块和电池状态检测模块相连，能源管理控制器分别与电池状态检测模块、智能充放电模块、最大功率跟踪模块、系统控制模块、无人机供电单元相连，系统控制模块与无人机供电单元相连。

所述太阳能电池组件一般为柔性薄膜太阳能片，可根据无人机的机型合理铺设在无人机的机翼、机身等地方；所述锂电池组件为无人机的储能元件，其能量密度应满足无人机的任务需要；所述最大功率跟踪模块可使太阳能电池组件以最大功率输出，可提高太阳能电池组件的利用效率；所述智能充放电模块可以根据能源管理控制器的指令完成对锂电池组件的充电和放电任务，可具备快速充电、保护锂电池、安全放电等功能；所述电池状态检测模块实时监测太阳能电池组件和锂电池组件的电压、电流等参数，准确、实时传送给能源管理控制器；所述能源管理控制器综合能源管理控制器各部分的信息、无人机供电单元的运行信息及系统控制模块的相关信息和指令，完成对太阳能电池组件和锂电池组件的能源管理、分配和利用，保证无人机供电单元正常运行；所述系统控制模块控制无人机的动力系统、控制系统、通信系统以及其他的无人机相关模块，将无人机的相关运行状态实时传送给能源管理控制器，并根据需要将控制指令送至能源管理控制器；所述无人机供电单元包括动力系统、控制系统、通信系统以及其他无人机所需的供电单元。

能源管理控制器接收能源管理系统中各部分的信息，包括太阳能电池组件运行状态、锂电池组件运行状态、无人机供电单元的运行信息、以及无人主控制模块的信号和指令，在综合各种信息后，按照预定工作模式，完成能源分配；其中，太阳能电池组件的运行状态，可由与太阳能电池组件相连的DC-DC变换器输出状态检测，锂电池组件的运行状态，可由与锂电池组件相连的锂电池保护电路中检测。

太阳能电池组件的输出能量在该能源管理系统中具有两个流向，一是充入锂电池组件作为储备能量，二是直接供给无人机供电单元。能源管理控制器采用动态电源路径管理技术(Dynamic Power Path Management，DPPM)，将太阳能电池组件所获取的电能在充入锂电池组件和供向无人机供电单元之间进行动态调度，以最大化利用太阳能电池的输出功率。

能源管理系统在不同运行状态下，实现不同的能源控制模式，包括：太阳能电池组件向锂电池组件充电模式、太阳能电池组件直接向无人机供电单元供电模式、太阳能电池组件同时向锂电池组件和无人机供电单元供电模式、太阳能电池组件和锂电池组件联合向无人机供电单元供电模式、锂电池组件向无人机供电单元供电模式。

太阳能无人机能源管理系统控制模式的选择判断单元包括，无人机供电单元供电状态判断单元、太阳能电池组件输出状态判断单元、锂电池组件电量状态判断单元；

太阳能无人机能源管理系统各种模式的选择，首先需要满足无人机供电单元的能源供给，特别是无人机动力系统负载的安全平稳运行和控制系统、通讯系统的稳定运行；同时，不同能源控制模式的切换应满足快速、平稳，不能影响无人机的正常运行；不同控制模式的选择应该以最大化利用太阳能电池功率输出和锂电池安全高效的利用为基础。

在无人机无运行时，即不需要向无人机供电单元供电，太阳能电池组件应及时对锂电池组件充电；无人机正常运行时，当光照充足、太阳能电池组件的输出功率可以满足无人机供电单元需求的情况下，可以直接向无人机供电单元提供能量，由于太阳能电池组件的输出功率并不稳定，需要根据无人机供电单元的能量需要，动态调节输出功率；无人机正常运行时，当光照充足、太阳能电池组件输出功率可以满足无人机供电单元能量需求的情况下，当检测到锂电池组件的电量不满时，在保证无人机供电单元正常运行的情况下，可以通过动态电源路径管理技术，对锂电池组件的进行充电；无人机正常运行时，当光照不足、太阳能电池组件输出功率不能完全满足无人机供电单元的能量需求时，需要通过锂电池组件补充输出能量，满足无人机供电单元正常运行；当无人机正常运行时，太阳能电池组件无输出功率时，启动锂电池组件单独对无人机供电单元供电；无人机正常运行时，锂电池组件单独供电的情况下，当锂电池组件电量低于预设电量值，启动警报。

一种太阳能无人机能源管理系统，控制模式的选择流程包括如下步骤：

(1)根据无人机供电单元供电状态，判断无人机供电单元是否运行，若无人机供电单元运行，则执行步骤2；若无人机供电单元没有运行，则执行步骤3；

(2)根据太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件是否有功率输出，若太阳能电池组件有功率输出，则执行步骤4；若太阳能电池组件没有功率输出，则执行步骤5；

(3)根据锂电池组件电量状态，判断锂电池组件电量是否为满，若锂电池组件电量为满，则无人机能源管理系统执行待机状态；若锂电池组件电量不满，则执行步骤6；

(4)根据无人机供电单元供电状态和太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件输出功率是否满足无人机供电单元正常运行，若太阳能电池组件输出功率满足无人机供电单元正常运行，则执行步骤7；若太阳能电池组件输出功率不能满足无人机供电单元正常运行，则执行太阳能电池组件和锂电池组件联合向无人机供电单元供电模式；

(5)根据锂电池组件电量状态，判断锂电池组件电量是否低于警戒值，若锂电池组件电量低于警戒值，报警并启动降落准备；若锂电池组件电量没有低于警戒值，则执行锂电池组件对无人机供电单元供电模式；

(6)根据太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件是否有功率输出，若太阳能电池组件有功率输出，则执行太阳能电池组件向锂电池组件充电模式；若太阳能电池组件没有功率输出，则无人机能源管理系统执行待机状态；

(7)根据无人机供电单元供电状态和太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件输出功率是否有余量，若太阳能电池组件输出功率有余量，执行太阳能电池组件同时向锂电池组件和无人机供电单元供电模式；若太阳能电池组件输出功率没有余量，则执行太阳能电池组件直接向无人机供电单元供电模式。

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术，本领域技术人员根据已有的描述已能够在不付出创造性劳动的前提下进行实施，因此，不再赘述。

Claims (4)

1.一种无人机飞防管理系统，其特征在于，包括

远程控制终端，用于发送控制指令，以控制无人机动作；

云端服务器，用于向无人机发送远程控制终端的控制指令以及传递无人机反馈的信息；

无人机，用于根据远程控制终端经云端服务器发送过来的控制指令执行农药喷洒的操作；包括

能源管理系统，用于采用太阳能电池组件和锂电池组件共同对无人机供能。

2.如权利要求1所述的一种无人机飞防管理系统，其特征在于，无人机还包括主控芯片，主控芯片电连接有重量检测传感器、TOF避障传感器、定位系统、飞行记忆器、摄像头、声光报警器以及药物搭载喷洒装置。

3.如权利要求1所述的一种无人机飞防管理系统，其特征在于，能源管理系统包括能源管理控制器和锂电池组件，能源管理控制器电连接有电池状态检测模块、智能充放电模块和电连接于机载控制端的无人机供电单元；锂电池组件电连接有锂电池保护电路，并通过锂电池保护电路电连接于电池状态检测模块和智能充放电模块；还包括依次连接的太阳能电池组件、DC-DC变换器和最大功率跟踪模块，最大功率跟踪模块电连接于能源管理控制器；依次连接的太阳能电池组件和DC-DC变换器还与电池状态检测模块电连接；太阳能电池组件向锂电池组件充电模式、太阳能电池组件直接向无人机供电单元供电模式、太阳能电池组件同时向锂电池组件和无人机供电单元供电模式、太阳能电池组件和锂电池组件联合向无人机供电单元供电模式、锂电池组件向无人机供电单元供电模式。

4.如权利要求1～3任一项所述的一种无人机飞防管理系统，其特征在于，能源管理系统的选择流程包括如下步骤：

(1)根据无人机供电单元供电状态，判断无人机供电单元是否运行，若无人机供电单元运行，则执行步骤2；若无人机供电单元没有运行，则执行步骤3；

(2)根据太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件是否有功率输出，若太阳能电池组件有功率输出，则执行步骤4；若太阳能电池组件没有功率输出，则执行步骤5；

(3)根据锂电池组件电量状态，判断锂电池组件电量是否为满，若锂电池组件电量为满，则无人机能源管理系统执行待机状态；若锂电池组件电量不满，则执行步骤6；

(4)根据无人机供电单元供电状态和太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件输出功率是否满足无人机供电单元正常运行，若太阳能电池组件输出功率满足无人机供电单元正常运行，则执行步骤7；若太阳能电池组件输出功率不能满足无人机供电单元正常运行，则执行太阳能电池组件和锂电池组件联合向无人机供电单元供电模式；

(5)根据锂电池组件电量状态，判断锂电池组件电量是否低于警戒值，若锂电池组件电量低于警戒值，报警并启动降落准备；若锂电池组件电量没有低于警戒值，则执行锂电池组件对无人机供电单元供电模式；

(6)根据太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件是否有功率输出，若太阳能电池组件有功率输出，则执行太阳能电池组件向锂电池组件充电模式；若太阳能电池组件没有功率输出，则无人机能源管理系统执行待机状态；

(7)根据无人机供电单元供电状态和太阳能电池组件输出状态，判断太阳能电池组件输出功率是否有余量，若太阳能电池组件输出功率有余量，执行太阳能电池组件同时向锂电池组件和无人机供电单元供电模式；若太阳能电池组件输出功率没有余量，则执行太阳能电池组件直接向无人机供电单元供电模式。