CN107494499A - 无人机农药喷洒控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无人机农药喷洒控制系统，包括无人机喷洒系统与无人机控制系统，无人机喷洒系统包括药箱、喷头、液泵、喷洒检测模块与喷洒控制模块，喷洒检测模块用于实时检测无人机农药喷洒过程中喷液压力、喷液瞬时流量、喷液累计流量以及药液余量，喷洒控制模块用于实时接收喷洒检测模块反馈的实时检测数据参量；无人机控制系统包括无线遥控器与无线接收机；无人机控制系统用于发送与接收喷洒控制信号，无人机喷洒系统用于根据喷洒控制信号进行控制无人机进行农药喷洒。本发明的无人机农药喷洒控制系统具有通过喷洒频率、水压和流量的实时闭环控制，实现农药喷洒的智能精准控制的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及无人机控制技术领域，具体涉及一种无人机农药喷洒控制系统。
背景技术
目前，我国的农药喷洒技术大多数落后于西方发达国家，在农药的精准定量上更是如此，这样很容易造成农业喷洒的不均衡与浪费。国内的喷洒系统主要采用定量喷洒方式，通过地面遥控控制喷洒系统的施药工作，无法根据所喷洒农药调整其喷洒速率。
因此，本领域迫切需要研发出一种能够精准控制农药喷洒剂量、水压等于喷洒相关的参数的农药喷洒控制系统。
发明内容
本发明之目的是提供一种无人机农药喷洒控制系统，能够通过喷洒频率、水压和流量的实时闭环控制，实现农药等液体的智能精准喷洒。
本发明提供一种无人机农药喷洒控制系统，包括无人机喷洒系统与无人机控制系统，
所述无人机喷洒系统包括药箱、喷头、液泵、喷洒检测模块与喷洒控制模块，所述喷洒检测模块用于实时检测无人机农药喷洒过程中喷液压力、喷液瞬时流量、喷液累计流量以及药液余量，所述喷洒控制模块用于实时接收所述喷洒检测模块反馈的实时检测数据参量；
所述无人机控制系统包括无线遥控器与无线接收机；
所述无人机控制系统用于发送与接收喷洒控制信号，所述无人机喷洒系统用于根据喷洒控制信号进行控制无人机进行农药喷洒；
当进行农药喷洒时，操作人员开启所述无线遥控器上的喷洒控制开关，进而将所述喷洒控制信号发送至安装在无人机上的所述无线接收机，所述喷洒控制模块用于接收所述无线接收机传输的所述喷洒控制信号，在接收所述喷洒控制信号后，结合所述喷洒检测模块获得的实时检测数据参量对液泵实现闭环反馈控制，即实时变化控制喷液压力、喷液瞬时流量、喷液累计流量以及药液余量。
优选地，所述喷洒检测模块包括液位传感器、流量传感器与压力传感器，所述液位传感器用于实时检测所述药箱中的药液余量；所述流量传感器用于实时检测喷液瞬时流量与喷液累计流量；所述压力传感器用于实时检测所述喷头处喷液压力大小。
优选地，所述液位传感器为电容式液位传感器；和/或所述流量传感器为涡轮式流量传感器；和/或所述压力传感器为压阻式压力传感器。
优选地，所述无人机控制系统还包括GPRS定位模块/北斗定位模块与通信模块，所述GPRS定位模块/北斗定位模块用于实现无人机实时定位，所述通信模块用于将无人机的实时位置信息和所述喷洒检测模块获得的实时检测数据参量无线传输至控制终端。
优选地，所述无人机控制系统还包括数据预存储模块，所述数据预存储模块用于存储在农药喷洒前无人机通过提前扫描获得的植物病害虫严重程度等级信息、植物所在区域位置信息、无人机航速信息与植物正常生长的数据信息。
优选地，所述无人机控制系统还包括数据预处理模块，所述数据预处理模块与所述数据预存储模块连接，用于根据所述植物病害虫严重程度等级信息、植物所在区域位置信息、无人机航速信息与植物正常生长的数据信息进行分析处理得出农药喷洒总剂量与喷洒速率。
优选地，所述喷洒控制模块为计算机处理器，所述计算机处理器包括A/D转换器、电压比较器与显示屏，
所述A/D转换器用于将所述喷洒检测模块获得的实时检测数据参量转换成所述喷洒控制模块能够识别的信号；
所述电压比较器用于检测所述喷洒检测模块产生的电压，进而记录农药的喷洒剂量；
所述显示屏用于显示所述喷洒检测模块获得的实时检测数据参量数据信息以及经所述A/D转换器转换后的信号信息。
优选地，所述无人机控制系统还包括apk(Android Package)应用软件，所述apk应用软件用于在手机上实时监测农药喷洒状况。
优选地，所述计算机处理器为ARM A8处理器。
优选地，所述压阻式压力传感器检测的信号经过运算放大电路处理后输出1路标准模拟电压。
本发明的无人机农药喷洒控制系统相比现有技术具有如下有益效果：
1、本发明可以实现变量喷洒，提高喷洒的精准性。
2、本发明通过喷洒频率、水压和流量的实时闭环控制，实现农药等液体的智能精准喷洒。
附图说明
下面将简要说明本申请所使用的附图，显而易见地，这些附图仅用于解释本发明的构思。
图1是本发明的无人机农药喷洒控制系统的结构示意图；
图2是本发明的无人机农药喷洒控制系统的框架结构示意图。
附图标记汇总：
1、无人机喷洒系统 11、药箱 12、喷头
13、液泵、 14、喷洒检测模块 141、液位传感器
142、流量传感器 143、压力传感器 15、喷洒控制模块
2、无人机控制系统 21、无线遥控器 22、无线接收机
23、GPRS定位模块/北斗定位模块 24、通信模块
25、数据预存储模块 26、数据预处理模块
27、apk应用软件
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的无人机农药喷洒控制系统的实施例。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括对在此记载的实施例做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部分的关系。相同或相似的参考标记用于表示相同或相似的部分。
图1是本发明的无人机农药喷洒控制系统的结构示意图，图2是本发明的无人机农药喷洒控制系统的框架结构示意图。如图1和图2所示，本发明提供一种无人机农药喷洒控制系统，包括无人机喷洒系统1与无人机控制系统2。其中，无人机喷洒系统1包括药箱11、喷头12、液泵13、喷洒检测模块14与喷洒控制模块15，喷洒检测模块14用于实时检测无人机农药喷洒过程中喷液压力、喷液瞬时流量、喷液累计流量以及药液余量，喷洒控制模块15用于实时接收喷洒检测模块14反馈的实时检测数据参量；无人机控制系统2包括无线遥控器21与无线接收机22。需要说明的是，上述无人机控制系统2用于发送与接收喷洒控制信号，上述无人机喷洒系统1用于根据喷洒控制信号进行控制无人机进行农药喷洒。
当进行农药喷洒时，操作人员开启无线遥控器21上的喷洒控制开关，进而将喷洒控制信号发送至安装在无人机上的无线接收机22，喷洒控制模块15用于接收无线接收机22传输的喷洒控制信号，在接收到喷洒控制信号后，再结合喷洒检测模块14获得的实时检测数据参量对液泵13实现闭环反馈控制，即实时变化控制喷液压力、喷液瞬时流量、喷液累计流量以及药液余量，进而实现农药喷洒的智能精准控制。
在本发明的进一步实施例中，喷洒检测模块14包括液位传感器141、流量传感器142与压力传感器143。其中，液位传感器141用于实时检测药箱11中的药液余量，流量传感器142用于实时检测喷液瞬时流量与喷液累计流量，压力传感器143用于实时检测喷头12处喷液压力大小。优选地，液位传感器141为电容式液位传感器；和/或流量传感器142为涡轮式流量传感器；和/或压力传感器143为压阻式压力传感器。需要说明的是，喷药检测模块会实时检测喷液压力、喷液瞬时流量、喷液累计流量以及药液余量等相关数据参数信息，并且会将实时检测数据参量信息反馈至喷洒控制模块15。
其中，上述压阻式压力传感器、涡轮式流量传感器与电容式液位传感器的具体工作如下：
压阻式压力传感器
本发明通过压力传感器对喷头12液体压力测量，可合理地控制喷洒的剂量。压阻式压力传感器检测的信号经过运算放大电路处理后输出1路标准模拟电压。其中，MLH型压力传感器已经进行过过温度补偿、放大和校准，可用于50psi到8000psi范围内压力测量，在最佳拟合直线下的满量程精度为±0.25％，在-40℃至125℃(-40℉至257℉)的温度范围内总误差带低至2％。
涡轮式流量传感器
本发明采用涡轮式流量传感器检测流量，当液体流经过传感器时，带动涡轮旋转，旋转的涡轮片切割磁力线从而使检测线圈产生信号，该信号经过放大整形或形成与流量成正比的脉冲。涡轮流量传感器具有316不锈钢外壳和转子支撑件、CD4MCU不锈钢转子以及耐磨擦硬质合金转子轴与轴颈轴承。选用这些材质有助于流量传感器在测量许多行业中常见的腐蚀性和研磨性液体时保持精度和机械完整性。进入流量传感器的液体首先通过入口处的稳流器，该部件可减少湍流流态。随后，液体流过涡轮，使涡轮按照与液体流速成比例的转速转动。在每个涡轮叶片通过流量传感器的电磁传感器产生的磁场时，会生成交流电压脉冲。这些脉冲提供与体积流量成比例的频率输出。
电容式液位传感器
电容式液位测量传感器，用来实时检测药液液位的高度。被测量量通过传感器的检测，把液位高度数据传送给处理器，处理器将机载端的液位数据通过数据发射端传送到地面数据接收端，数据接收端与地面遥控系统有线连接，地面系统通过无线电波控制执行机构的开闭，从而达到对测量量的控制。
当飞机在远处进行喷洒作业时，人的肉眼无法看到药箱11中药液余量以及药物是否喷尽。为此在本发明的药箱11中设置一个电容式液位测量传感器，通过该电容式液位测量传感器来实时检测药液余量，药箱11中药液的高度等等相关数据信息。
另外，需要说明的是，上述执行机构是类似汽车的邮箱一类的设备，该执行机构通过控制信息控制打开与关闭，实现控制药液喷洒快慢，进而可以在无人机的仪表盘上看到相对应的药液余量。
在本发明的进一步实施例中，无人机控制系统2还包括GPRS定位模块/北斗定位模块23与通信模块24，GPRS定位模块/北斗定位模块23用于实现无人机实时定位，通信模块24用于将无人机的实时位置信息和喷洒检测模块14获得的实时检测数据参量无线传输至控制终端，进而通知操作人员当前的喷洒状况。这样设置是为了实时获知无人机农药喷洒时的飞行轨迹与飞行速度。
在本发明的进一步实施例中，无人机控制系统2还包括数据预存储模块25，该数据预存储模块25用于存储在农药喷洒前无人机通过提前扫描获得的植物病害虫严重程度等级信息、植物所在区域位置信息、无人机航速信息与植物正常生长的数据信息。这样设置是为了在农药喷洒前根据前期获知的病害虫图像扫描信息得出的病害虫严重程度等级信息确定精准的农药喷洒总量、相对应的喷洒区域以及无人机喷洒的航速，进而实现对农药喷洒的精准控制。
在本发明的进一步实施例中，无人机控制系统2还包括数据预处理模块26，数据预处理模块26与数据预存储模块25连接，用于根据植物病害虫严重程度等级信息、植物所在区域位置信息、无人机航速信息与植物正常生长的数据信息进行分析处理得出农药喷洒总剂量与喷洒速率。这样设置是为了在农药喷洒前根据前期获知的病害虫图像扫描信息得出的病害虫严重程度等级信息确定精准的农药喷洒总量、相对应的喷洒区域、无人机的飞行轨迹以及无人机喷洒的航速，进而实现对农药喷洒的精准控制。
在本发明的进一步实施例中，喷洒控制模块15为计算机处理器，计算机处理器包括A/D转换器、电压比较器与显示屏，A/D转换器用于将喷洒检测模块14获得的实时检测数据参量转换成喷洒控制模块15能够识别的信号；电压比较器用于检测喷洒检测模块14产生的电压，进而记录农药的喷洒剂量；显示屏用于显示喷洒检测模块14获得的实时检测数据参量数据信息以及经A/D转换器转换后的信号信息。优选地，计算机处理器为ARM A8处理器。
其中，本发明中计算机处理器输出电压信号如果传输给涡轮式流量传感器，会使其改变涡轮的转速，进而改变流量大小。
优选地，本发明中的无人机控制系统2还包括apk(Android Package)应用软件，该apk应用软件27可以用在手机上进行实时监测农药喷洒状况，进而实现智能化农药喷洒的精准控制与了解。
需要说明的是，本发明的无人机农药喷洒控制系统可以不仅仅适用于农药喷洒，还可以用于其他液体的喷洒控制。
以上对本发明的无人机农药喷洒控制系统的实施方式进行了说明。对于本发明的无人机农药喷洒控制系统的具体特征可以根据上述披露的特征的作用进行具体设计，这些设计均是本领域技术人员能够实现的。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据本发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。
Claims (10)
1.一种无人机农药喷洒控制系统，其特征在于，包括无人机喷洒系统与无人机控制系统，
所述无人机喷洒系统包括药箱、喷头、液泵、喷洒检测模块与喷洒控制模块，所述喷洒检测模块用于实时检测无人机农药喷洒过程中喷液压力、喷液瞬时流量、喷液累计流量以及药液余量，所述喷洒控制模块用于实时接收所述喷洒检测模块反馈的实时检测数据参量；
所述无人机控制系统包括无线遥控器与无线接收机；
所述无人机控制系统用于发送与接收喷洒控制信号，所述无人机喷洒系统用于根据喷洒控制信号进行控制无人机进行农药喷洒；
当进行农药喷洒时，操作人员开启所述无线遥控器上的喷洒控制开关，进而将所述喷洒控制信号发送至安装在无人机上的所述无线接收机，所述喷洒控制模块用于接收所述无线接收机传输的所述喷洒控制信号，在接收所述喷洒控制信号后，结合所述喷洒检测模块获得的实时检测数据参量对液泵实现闭环反馈控制，即实时变化控制喷液压力、喷液瞬时流量、喷液累计流量以及药液余量。
2.根据权利要求1所述的无人机农药喷洒控制系统，其特征在于，所述喷洒检测模块包括液位传感器、流量传感器与压力传感器，
所述液位传感器用于实时检测所述药箱中的药液余量；
所述流量传感器用于实时检测喷液瞬时流量与喷液累计流量；
所述压力传感器用于实时检测所述喷头处喷液压力大小。
3.根据权利要求2所述的无人机农药喷洒控制系统，其特征在于，
所述液位传感器为电容式液位传感器；和/或
所述流量传感器为涡轮式流量传感器；和/或
所述压力传感器为压阻式压力传感器。
4.根据权利要求1所述的无人机农药喷洒控制系统，其特征在于，所述无人机控制系统还包括GPRS定位模块/北斗定位模块与通信模块，
所述GPRS定位模块/北斗定位模块用于实现无人机实时定位，所述通信模块用于将无人机的实时位置信息和所述喷洒检测模块获得的实时检测数据参量无线传输至控制终端。
5.根据权利要求4所述的无人机农药喷洒控制系统，其特征在于，所述无人机控制系统还包括数据预存储模块，
所述数据预存储模块用于存储在农药喷洒前无人机通过提前扫描获得的植物病害虫严重程度等级信息、植物所在区域位置信息、无人机航速信息与植物正常生长的数据信息。
6.根据权利要求5所述的无人机农药喷洒控制系统，其特征在于，所述无人机控制系统还包括数据预处理模块，
所述数据预处理模块与所述数据预存储模块连接，用于根据所述植物病害虫严重程度等级信息、植物所在区域位置信息、无人机航速信息与植物正常生长的数据信息进行分析处理得出农药喷洒总剂量与喷洒速率。
7.根据权利要求1所述的无人机农药喷洒控制系统，其特征在于，所述喷洒控制模块为计算机处理器，所述计算机处理器包括A/D转换器、电压比较器与显示屏，
所述A/D转换器用于将所述喷洒检测模块获得的实时检测数据参量转换成所述喷洒控制模块能够识别的信号；
所述电压比较器用于检测所述喷洒检测模块产生的电压，进而记录农药的喷洒剂量；
所述显示屏用于显示所述喷洒检测模块获得的实时检测数据参量数据信息以及经所述A/D转换器转换后的信号信息。
8.根据权利要求7所述的无人机农药喷洒控制系统，其特征在于，所述无人机控制系统还包括apk(Android Package)应用软件，所述apk应用软件用于在手机上实时监测农药喷洒状况。
9.根据权利要求7所述的无人机农药喷洒控制系统，其特征在于，所述计算机处理器为ARM A8处理器。
10.根据权利要求3所述的无人机农药喷洒控制系统，其特征在于，所述压阻式压力传感器检测的信号经过运算放大电路处理后输出1路标准模拟电压。
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