CN107037822B - 一种植保无人机喷头、雷达自动调节装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种植保无人机喷头、雷达自动调节装置及其使用方法，夹角自动调节装置由电源管理模块、输入模块、运算控制处理单元、执行单元组成；所述运算控制处理单元为主控芯片U1，输入模块包括姿态传感器和按键，执行单元包括电流缓存芯片U2、继电器J、舵机驱动芯片U3、发光二极管、数码管、舵机与电磁阀，本发明的植保无人机喷头、雷达自动调节装置，能够自动有效地根据飞机当前姿态进行喷头、雷达与作业面夹角的调节，从而达到最佳的作业效果；同时本系统还能控制前后喷头同时工作与独立工作，从而实现植保无人机的高效作业模式。
Description
技术领域
本发明涉及植保无人机领域，具体涉及一种植保无人机喷头、雷达与作业面夹角自动调节装置及其使用方法。
背景技术
植保无人机是近年来兴起的农用植保飞行器，针对大面积的农作物打药困难的问题而研发的。植保无人机由于其高效作业和精准喷洒能力受到了越来越普遍的应用，无人机由飞行平台、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等。
通过调查现有的各种型号植保无人机，现有无人机的喷头与雷达定高系统都存在较大的缺陷，在平地作业时，主要缺陷如下：（1）无人机的喷头被固定死，其姿态会与机体的姿态同步，造成在喷洒过程中喷头不是随时指向地平面，作业的靶向性差，影响作业效果，如机身倾角较大，还可引起药液向机身上方漂移，导致药液利用率降低。（2）针对配置有雷达定高系统的植保无人机，雷达与机体刚性固定在一起，二者姿态同步，使得雷达发送的大部分超声波指向飞机前进的前方，不能被作业面垂直反射，从而导致定高不准确。
发明内容
针对上述无人机的缺陷，本发明的目的是提供一种植保无人机喷头、雷达自动调节装置，能够自动有效地根据飞机当前姿态进行喷头、雷达与作业面夹角的调节，从而达到最佳的作业效果；同时本系统还能控制前后喷头同时工作与独立工作，从而实现植保无人机的高效作业模式。
本发明的植保无人机喷头、雷达自动调节装置，由电源管理模块、输入模块、运算控制处理单元、执行单元组成；
所述电源管理模块输入端为12.6V~50.4V供电输入，输出端为5V、6V、12V的供电输出；
所述运算控制处理单元为主控芯片U1，所述芯片U1的型号为STC89C52，用于对数据进行运算和通信，与电源管理模块的输出端连接；
所述输入模块包括姿态传感器和按键，所述姿态传感器和按键与运算控制处理单元输入端连接，所述姿态传感器用于测出飞机当前的姿态角度并传输给运算控制处理单元，所述按键用于将姿态传感器所测出的角度值设定为当前的坡度角和选择无人机的作业模式；
所述执行单元包括电流缓存芯片U2、继电器J、舵机驱动芯片U3、发光二极管、数码管、舵机与电磁阀，所述芯片U2、继电器J、舵机驱动芯片U3分别与运算控制处理单元的输出端连接，芯片U2的输出端与数码管的输入端连接，所述继电器J的输出端与电磁阀的输入端控制连接，继电器J的输入端与电源管理模块连接，所述芯片U3的输出端与舵机控制连接，芯片U3的输入端与电源管理模块的输出端连接，所述发光二极管和数码管的输入端均与主控芯片U1的输出端连接。
本发明的一种植保无人机喷头、雷达自动调节装置的使用方法，由电源管理模块供电给输入模块、运算控制处理单元、执行单元，通过输入模块将实时数据传送至运算控制处理单元，运算控制处理单元根据数据做出相应的指示至执行单元，执行单元做出相应的动作从而控制无人机的工作状态和工作模式。
优选的，所述电流缓存芯片U2的型号为74HC245，舵机驱动芯片U3的型号为PCA9685。
优选的，所述输入模块的按键包括按键K1、K2和K3，所述按键K1用于将传感器所测出的角度值设定为当前的坡度角，按键K2、K3用于选择无人机的作业模式。
优选的，所述姿态传感器的型号为MPU6050，对无人机的姿态原始数据进行读取。
优选的，所述执行单元的数码管设有4个，由相应的三极管和芯片U2共同驱动，所述发光二极管设有4个，由相应的三极管根据芯片U1的控制逻辑进行驱动，所述舵机设有5个，其中4个为喷头舵机，1个为雷达舵机，由芯片U1通信传给舵机驱动芯片U3，由芯片U3驱动相应的挂载舵机，实现喷头与雷达随飞机姿态自动修正。
优选的，所述无人机的作业模式包括高效模式和省药模式，所述高效模式为前后喷头全开，从而提高喷洒效率；省药模式为飞机前进时，前面喷头自动打开，后面喷头自动关闭；后退时，后面喷头自动打开，前面喷头自动关闭。
本发明的一种植保无人机喷头、雷达自动调节装置的使用方法，由电源管理模块供电给输入模块、运算控制处理单元、执行单元，通过输入模块将实时数据传送至运算控制处理单元，运算控制处理单元根据数据做出相应的指示至执行单元，执行单元做出相应的动作从而控制无人机的工作状态和工作模式。
本发明的植保无人机喷头、雷达自动调节装置，喷头喷洒农药时主要通过姿态传感器K将飞机当前姿态原始数据读回，然后传给主控芯片U1，芯片U1通过姿态解算及滤波处理后得到飞机当前的姿态角，芯片U1通过模拟I2C通信协议与舵机驱动芯片U3进行通信，将飞机当前姿态修正角度的占空比传给芯片U3，芯片U3发出驱动信号驱动挂载喷头的舵机使得喷头始终与作业面垂直，不与飞机的姿态同步，从而使喷洒效果最佳，在飞机飞行的过程中，挂载在舵机上的雷达始终与作业面保持垂直，从而保证飞行过程中飞机的高度更加恒定，使得飞行更加安全。
本发明的作业模式选择主要通过姿态传感器K传回的姿态数据进行飞机前进与后退判断，并通过控制继电器J线圈的得失电来控制电磁阀的开关，从而实现前后喷头独立工作，满足喷头全开的高效模式与一开一关的省药模式。一个电磁阀主要控制前面喷头的开关，另一个电磁阀主要控制后面的喷头的开关，当飞机前进时，控制前面的电磁阀工作，控制后面电磁阀不工作，从而使得前面的喷头工作，而后面的喷头不工作，同理可得飞机后退时喷头的工作模式。
本发明的姿态角度显示与坡度设置主要由主控将飞机的姿态角度通过解码运算后用8段数码管显示出来，为用户提供当前飞机的准确姿态角度，以决定坡度的设定值，从而减少对作业坡度的预估所带来的麻烦与误差，通过按键K1将测出的坡度角设置成当前的作业面坡度，从而实现应对各种复杂地形的能力。
本发明的飞机姿态指示主要由主控芯片U1算出的飞机的姿态角控制四个发光二极管的亮灭，从而与用户进行信息交流，起飞前当飞机当前的姿态角度在设定的安全角度内，安全角度为-3—+3°，前后指示灯均亮起，表示飞机姿态正常，可以起飞。当只有一个面的指示灯亮起时，表示飞机姿态远远偏离安全起飞角度，不能起飞，此时应将飞机挪至水平位置，当前后姿态指示灯均亮起后，方可起飞，从而保证飞机安全起飞不侧翻。
本发明的植保无人机喷头、雷达自动调节装置，各种型号的植保无人机通过加装本套系统，可以有效地提高作业效率、增强作业飞行安全系数和节约用药以及有效应对各种复杂作业地形，在无人机于农业应用领域具有广泛的前景与应用价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路原理图；
图3为本发明的工作流程图；
图4为本发明的工作模式示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种植保无人机喷头、雷达自动调节装置，由电源管理模块、输入模块、运算控制处理单元、执行单元组成；
所述电源管理模块输入端为12.6V~50.4V供电输入，输出端为5V、6V、12V的供电输出；
所述运算控制处理单元为集成芯片STC89C52，用于对数据进行运算和通信，与电源管理模块的输出端连接；
所述输入模块包括姿态传感器和按键，所述姿态传感器和按键与运算控制处理单元输入端连接，所述姿态传感器用于测出飞机当前的姿态角度并传输给运算控制处理单元，所述按键用于将姿态传感器所测出的角度值设定为当前的坡度角和选择无人机的作业模式；
所述执行单元包括芯片74HC245、继电器、芯片PCA9685、发光二极管、数码管、舵机与电磁阀，所述芯片74HC245、继电器、芯片PCA9685分别与运算控制处理单元的输出端连接，芯片74HC245的输出端与数码管的输入端连接，所述继电器的输出端与电磁阀的控制连接，继电器的输入端与电源管理模块连接，所述芯片PAC9685输出端与舵机控制连接，芯片PCA9685的输入端与电源管理模块的输出端连接，所述发光二极管和数码管的输入端均与主控芯片U1的输出端连接。
如图2所示，所述执行单元的数码管设有4个，分别为数码管DS0、DS1、DS2、DS3，分别由三极管Q3、Q4、Q5、Q6和芯片74HC245驱动，所述芯片74HC245的引脚1连接在三极管Q3的基极，所述三极管Q3的发射机连接电源管理模块输出端5V电源，集电极连接数码管DS0的输入端，所述芯片74HC245的引脚2连接在三极管Q4的基极，所述三极管Q4的发射机连接电源管理模块输出端5V电源，集电极连接数码管DS1的输入端，所述芯片74HC245的引脚3连接在三极管Q5的基极，所述三极管Q5的发射机连接电源管理模块输出端5V电源，集电极连接数码管DS2的输入端，所述芯片74HC245的引脚4连接在三极管Q6的基极，所述三极管Q6的发射机连接电源管理模块输出端5V电源，集电极连接数码管DS3的输入端。
所述执行单元的发光二极管设有4个，由相应的三极管Q1和Q2根据芯片74HC245的控制逻辑进行驱动，所述芯片74HC245的引脚5连接在三级管Q1的基极，所述三级管Q1的发射极连接电源管理模块输出端5V的电源，集电极通过电阻连接发光二极管D1和D2的正极，发光二极管D1和D2的负极接地，所述芯片74HC245的引脚6连接在三级管Q2的基极，所述三级管Q2的发射极连接电源管理模块输出端5V的电源，集电极通过电阻连接发光二极管D3和D4的正极，发光二极管D3和D4的负极接地.
所述舵机设有5个，其中4个为喷头舵机，1个为雷达舵机，由芯片74HC245通信传给舵机驱动芯片PAC9685，所述驱动芯片PAC9685的输入端SCL连接在芯片74HC245的引脚17，驱动芯片PAC9685的输入端SDA连接在芯片74HC245的引脚18，驱动芯片PAC9685的输出端Q1、Q2、Q3、Q4、Q5分别连接在舵机U6、U7、U8、U9、U10的控制输入端。
具体实施时，将本发明的植保无人机喷头、雷达自动调节装置安装在植保无人机上，具体工作时，如图2、图3所示，给系统供电，将飞机移至平地，发光二极管D1~D4在姿态传感器K的控制逻辑下由三极管Q1、Q2驱动全亮再起飞，当飞机起飞后，挂载喷头与雷达的舵机U6~U10将由姿态传感器K测出飞机当前的姿态角度并传给主控芯片U1，主控芯片U1计算出姿态修正角度，通过IIC通信传给舵机驱动芯片U3，由该芯片U3驱动相应的挂载舵机U6~U10，实现喷头与雷达随飞机姿态自动修正。同时，主控芯片U1将数据通过解码运算后传给电流缓存芯片U2，在主控芯片U1的控制下，三极管Q3~Q6与电流缓存芯片U2共同驱动相应的数码管DS0~DS3显示出飞机当前的姿态角；通过按键K1将姿态传感器所测出的角度值设定为当前的坡度角，通过按键K2、K3选择无人机的作业模式，当按下K2键飞机工作在省药模式时，姿态传感器U3将飞机的姿态数据传给主控芯片U1，主控芯片U1根据飞机的姿态发出控制命令给继电器U4，继电器U4再驱动相应的电磁阀S1~S2工作，同时芯片U3驱动相应的挂载舵机U4~U7工作。
实施例2
自动调节装置的结构与实施例1相同，如图4所示，1、2、3、4为无人机的喷头，当飞机工作在省药模式时，飞机前进时驱动电磁阀S1打开，S2关闭时，三极管Q1控制发光二极管D1和D2亮，同时芯片U3驱动相应的挂载舵机U4、U5即喷头1、2工作，飞机后退时驱动电磁阀S2打开，S1关闭时，三极管Q2控制发光二极管D3和D4亮，同时芯片U3驱动相应的挂载舵机U6、U7即喷头3、4工作，当按下K3键飞机工作在高效模式时，继电器U4驱动电磁阀S1、S2打开，三极管Q1和Q2控制发光二极管D1、D2、D3和D4同时亮，芯片U3驱动相应的挂载舵机U4~U7即喷头1-4工作。
Claims (5)
1.一种植保无人机喷头、雷达与作业面夹角自动调节装置，其特征在于由电源管理模块、输入模块、运算控制处理单元、执行单元组成；
所述电源管理模块输入端为12.6V~50.4V供电输入，输出端为5V、6V、12V的供电输出；
所述运算控制处理单元为主控芯片U1，所述芯片U1的型号为STC89C52，用于对数据进行运算和通信，与电源管理模块的输出端连接；
所述输入模块包括姿态传感器K和按键，所述姿态传感器K和按键与运算控制处理单元输入端连接，所述姿态传感器K用于测出飞机当前的姿态角度并传输给运算控制处理单元，所述按键用于将姿态传感器K所测出的角度值设定为当前的坡度角和选择无人机的作业模式；
所述执行单元包括电流缓存芯片U2、继电器J、舵机驱动芯片U3、发光二极管、数码管、舵机与电磁阀，所述芯片U2、继电器J、舵机驱动芯片U3分别与运算控制处理单元的输出端连接，芯片U2的输出端与数码管的输入端连接，所述继电器J的输出端与电磁阀的输入端控制连接，继电器J的输入端与电源管理模块连接，所述芯片U3的输出端与舵机控制连接，芯片U3的输入端与电源管理模块的输出端连接，所述发光二极管和数码管的输入端均与主控芯片U1的输出端连接，所述执行单元的数码管设有4个，由相应的三极管和芯片U2共同驱动，所述发光二极管设有4个，由相应的三极管根据芯片U1的控制逻辑进行驱动，所述舵机设有5个，其中4个为喷头舵机，1个为雷达舵机，由芯片U1通信传给舵机驱动芯片U3，由芯片U3驱动相应的挂载舵机，实现喷头与雷达随飞机姿态自动修正；
所述自动调节装置的使用方法，由电源管理模块供电给输入模块、运算控制处理单元、执行单元，通过输入模块将实时数据传送至运算控制处理单元，运算控制处理单元根据数据做出相应的指示至执行单元，执行单元做出相应的动作从而控制无人机的工作状态和工作模式。
2.根据权利要求1所述的植保无人机喷头、雷达与作业面夹角自动调节装置，其特征在于所述电流缓存芯片U2的型号为74HC245，舵机驱动芯片U3的型号为PCA9685。
3.根据权利要求1所述的植保无人机喷头、雷达与作业面夹角自动调节装置，其特征在于所述输入模块的按键包括按键K1、K2和K3，所述按键K1用于将传感器所测出的角度值设定为当前的坡度角，按键K2、K3用于选择无人机的作业模式。
4.根据权利要求1所述的植保无人机喷头、雷达与作业面夹角自动调节装置，其特征在于所述姿态传感器K的型号为MPU6050，对无人机的姿态原始数据进行读取。
5.根据权利要求1所述的植保无人机喷头、雷达与作业面夹角自动调节装置，其特征在于所述无人机的作业模式包括高效模式和省药模式，所述高效模式为前后喷头全开，从而提高喷洒效率；省药模式为飞机前进时，前面喷头自动打开，后面喷头自动关闭；后退时，后面喷头自动打开，前面喷头自动关闭。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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