CN108204797B - 一种基于角度传感器的立木尺寸检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于角度传感器的立木尺寸检测方法，包括以下步骤：步骤1：将抱箍箍在被测立木上；步骤2：将剪叉式量角装置的2个量臂的张开端与抱箍的两端相连；步骤3：由剪叉式量角装置中的角度传感器检测两条量臂张开的角度；步骤4：计算出被测立木的周长或直径；步骤5：显示周长或直径的值，或者将周长或直径的值发送到数据接收端。该基于角度传感器的立木尺寸检测方法能实现远程检测，易于实施。

Description

一种基于角度传感器的立木尺寸检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于角度传感器的立木尺寸检测方法。

背景技术

现有的森林生长监控依赖人工进行立木尺寸检测，其测量效率低，耗时长，且人工不同的测量员进行量测时，其一致性差，人为误差较大。因此，需要提供一种新型的监测方式。

另外，针对森林的监测，还需要进一步监测森林现场的环境数据，如光照，温湿度等，有利于获取大数据以对树木的生长进程做深入的分析研究。

因此，有必要设计一种基于角度传感器的立木尺寸检测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于角度传感器的立木尺寸检测方法，该基于角度传感器的立木尺寸检测方法检测方便，易于实施。

发明的技术解决方案如下：

一种基于角度传感器的立木尺寸检测方法，包括以下步骤：

步骤1：将抱箍箍在被测立木上；

步骤2：将剪叉式量角装置的2个量臂的张开端与抱箍的两端相连；

步骤3：由剪叉式量角装置中的角度传感器检测两条量臂张开的角度；

步骤4：计算出被测立木的周长或直径；

步骤5：显示周长或直径的值，或者将周长或直径的值发送到数据接收端。

步骤1中，将抱箍箍在被测立木上后，还用锁紧带锁紧抱箍的两端，防止抱箍从被测的立木上脱落。

采用立木尺寸检测装置实施测量；

所述的立木尺寸检测装置包括抱箍(1)和剪叉式量角装置；

抱箍用于箍抱住被测的立木；

剪叉式量角装置包括2根铰接的量臂(3)；2个量臂的长度相同；量臂的2个张开的端部分别与抱箍的两端铰接；

剪叉式量角装置上设有角度传感器；

立木尺寸检测装置上设有电源以及用于计算立木直径或周长的数据处理模块，电源为数据处理模块供电；角度传感器的数据输出端与数据处理模块相连。

量臂与抱箍铰接的铰接部件(2)为转轴；剪叉式量角装置上设有与数据处理模块相连的显示屏。

剪叉式量角装置上设有与数据处理模块相连的通讯模块。通讯模块为近场通信模块或远程通信模块。

所述的通讯模块为GPRS、3G、4G或5G通信模块，通信模块用于将检测到的数据传输到远程监测平台。

剪叉式量角装置上设有与数据处理模块相连的定位模块。定位模块为GPS模块或北斗模块，北斗模块还具有位置通信功能。如发送短报文。

电池为纽扣电池或锂电池；电池连接有太阳能充电模块。

周长的计算公式为：

周长c＝L0+π*arccos[(2*R0^2-(2*L*sin(a/2))^2)/(2*R0^2)]；

直径的计算公式为：

直径D＝L0+π*arccos[(2*R0^2-(2*L*sin(a/2))^2)/(2*R0^2)]/π；

其中，L0表示抱箍的长度，R0为最近一次检测的半径；a为2个量臂的夹角；L为量臂的有效长度，即量臂与抱箍的连接点到2个量臂的铰接点之间的距离；π为圆周率，arccos(.)为反余弦函数。

剪叉式量角装置设有与现场的数据汇聚终端通信的现场通信模块；所述现场通信模块为WiFi模块或蓝牙模块；数据汇聚终端用于收集立木尺寸检测装置采集的数据并打包传输到远程监测平台，数据汇聚终端还用于接收远程监测平台发出的指令；

数据汇聚终端为移动式车载数据采集终端或飞行器。

立木尺寸检测装置还通过通信模块接收数据汇聚终端或远程监测平台发出控制指令，在控制指令的要求下启动检测。

电池为蓄电池或锂电池。

车载平台上设有用于为电池充电的恒流充电电路。

移动检测终端上还设有喷液机构，如喷水，或喷废料，或喷农药等。

数据监控平台和多个移动检测终端能形成一个检测系统(即监控系统)；移动检测终端与数据监控平台无线通信连接；

移动检测终端能与在土壤中设置的多个固定式检测终端进行通信，移动检测终端能作为移动数据汇聚节点。

固定式检测终端上设有温湿度传感器；固定式检测终端与数据监控平台有线或无线通信连接；

移动检测终端具有电动行走机构和锂电池；锂电池用于驱动电动行走机构，还用于为移动检测终端上设置的检测设备供电；

在监控区域中或监控区域外至少设有一个无线充电平台；无线充电平台中设有无线充电机构能为移动检测终端充电。

农业监控系统还包括具有相机的飞行器；飞行器降落在无线充电平台上时，无线充电平台能为飞行器无线充电，飞行器上还设有储液箱以及喷洒机构，飞行器用于喷洒农药以及获取大场景的监控图像或视频。

移动检测终端也设有喷淋装置，用于喷洒特殊液体，如液态肥料等。

移动检测终端可以在地面上行走，必要时，移动检测终端也可以通过通道卡到移动检测终端上。车载平台(移动检测终端)上设有相机支撑杆，相机支撑杆的顶端设有相机；相机的控制端与MCU相连，相机采集的图像数据传输到与MCU相连的存储器上，图像数据还在于MCU相连的显示屏上显示。

MCU还连接有无线通信模块和定位模块。定位模块为北斗和GPS模块，无线通信模块为GPRS、3G、4G或5G模块或WiFi模块。

喷枪的前端为喷嘴，喷枪上设有调节水流大小的调节器；喷枪的支撑座设置在水平旋转平台上，支撑座上设有支撑柱，喷枪设置通过水平的转轴机构设置在支撑柱上(水平的转轴机构的轴线水平，喷枪能绕转轴机构在竖直平面内旋转，从而抬高或下降喷嘴的角度，支撑座能相对于车载平台360°水平旋转)。

水平旋转平台和转轴机构均由电机驱动，电机和调节器均受控于MCU。即MCU能通过电机控制喷枪在水平面和竖直平面内旋转，还能通过调节器控制水流大小，从而控制其射出的水的远近。

车载平台上设有相机支撑杆，相机支撑杆的顶端设有相机；相机的控制端与MCU相连，相机采集的图像数据传输到与MCU相连的存储器上，图像数据还在于MCU相连的显示屏上显示。

车载平台上设有带摄像头的无人机，无人机升空后，获取的图像信息返回到远程监控中心，远程监控中心控制或调度车载平台实现远程辅助喷洒，辅助包括为车载平台规划路线等。

锁紧带用于防止抱箍脱落，增加抱箍安装的稳定性。

有益效果：

本发明的基于角度传感器的立木尺寸检测方法，能自动检测出立木的直径和周长，测量方法，易于实施。

另外，基于这种立木尺寸检测装置林地监测系统，还具有以下功能：

(1)温度、湿度、光照参数的采集和控制；

固定式检测终端采集温度、湿度和光照参数返回到数据监控平台；

数据监控平台实现温度、湿度和光照检测；

(2)基于飞行器的监控图像采集；

飞行器按预定飞行路线飞行，或由后台的操作员控制其飞行，从而采集图像或视频。

另外，还包括：

(3)基于飞行器的病虫害防治控制；

通过固定式检测终端处设置的害虫检测装置获取病虫害数据，若该数据超过预设的阈值，则起动飞行器在发生病虫害的某一区域(或包括相邻区域)喷洒农药(优选有机农药)。具体飞行路径进行自动规划或由后台操作员控制。

另外，还包括：

(4)充电控制。

飞行器以及移动检测终端在充电平台上时，启动无线充电装置对飞行器及移动检测终端实现无线充电。

综上所述，林地监测系统功能丰富，易于实施，能执行数据检测及喷洒任务，灵活性好。

附图说明

图1为林区监控系统总体架构图；

图2为立木尺寸检测装置结构示意图；

图3为立木尺寸计算原理示意图；

图4为移动检测车(移动式车载数据采集终端)的结构示意图；

图5为害虫检测装置示意图；

图6为过流保护电路原理框图；

图7为放大倍数可调放大器原理图；

图8为六角星形支架及旋翼的结构示意图；

图9为履带式喷水车的结构示意图；

图10为车载喷洒装置的结构示意图；

图11为移动检测终端无线充电系统的总体结构示意图(侧视图)；

图12为移动检测终端无线充电系统的总体结构示意图(俯视图)；

图13为盖板盖合时的示意图；

图14为盖板抬起时的示意图；

图15为防压框的结构示意图；

图16为调光电路原理图；

图17为恒流充电原理图；

图18为移动检测终端无线充电系统的电原理框图；

图19为多功能飞行器的总体结构示意图(未示出水箱)；

图20为四旋翼伸缩支架以及旋翼的结构示意图(俯视图)；

图21为具有四旋翼伸缩支架的飞行器的结构示意图(仰视图，未示出副旋翼、云台和相机等部件)；

图22为主旋翼与副旋翼的位置关系示意图；

图23为伸缩式悬臂的爆炸图；

图24为伸缩式悬臂组装完成后的结构示意图；

图25为锁扣的结构示意图；

图26为支腿的结构示意图；

图27为复合式镜头与相机的结构示意图。

标号说明：1-抱箍，2-铰接部件，3-量臂，4-锁紧带；

21-外臂，22-内臂，23-主旋翼，24-插孔，25-锁扣；26-副旋翼，27-涵道风扇固定件，28-支腿，29-底盘，30-横梁，31-交叉位，32-支架；33-云台；

51-壳体，52-插脚，53-倒刺，511-外壳体，512-压块，513-压簧；

70-飞行器上相机，71-子镜头，72-复合式镜头，73-转轴，74-光反射片，75-光电发射与接收装置，76-CCD传感器，77-机身；

81-上支腿，82-弹簧，83-导向杆，84-下支腿，85-套筒，86-脚钉，87-垫环。

111-履带式行走机构，112-支撑平台，113-辅水箱；114-车载相机，115-辅喷枪，116-拉绳，117-喷枪驱动电机，118-旋转平台，119-从动齿轮，120-支撑座，121-旋转平台驱动电机，122-第一主动齿轮。

201-凹陷部，202-底层活动平台，203-第一电机，204-限位开关，205-导轨，206-第一齿条轨，207-第二主动齿轮，208-码盘，209-行走轮，210-升降平台，211-第二齿条轨，212-导线，213-接电插头，214-发射线圈，215-剪叉式升降机构，216-上层活动平台，217-推杆，218-防压框，219-活动式盖板。

301-监控区域，302-子区域，303-道路，304-充电区，305-被测物，306-静臂，307-动臂，308-拉绳固定件，309-安装座，310-滑轮，311-拉绳，312-动臂驱动装置，313-活动端，314-凹槽，315-固定端，316-竖直伸缩杆，317-水平伸缩杆，318-夹头。319-喷液机构。

401-加气管，402-气垫式底座，403-昆虫收集瓶，404-固定支杆，405-转轴，406-瓶体固定板，407-诱虫顶灯，408-光电检测模块，409-诱虫底灯，410-顶杆，411-顶杆驱动机构，412-太阳能板。c为单个夹臂固定宽度

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

(一)立木尺寸检测装置

如图2-3，一种基于角度传感器的立木尺寸检测装置，包括抱箍(1)和剪叉式量角装置；

抱箍用于箍抱住被测的立木；

剪叉式量角装置包括2根铰接的量臂(3)；2个量臂的长度相同；量臂的2个张开的端部分别与抱箍的两端铰接；

剪叉式量角装置上设有角度传感器；

立木尺寸检测装置上设有电源以及用于计算立木直径或周长的数据处理模块，电源为数据处理模块供电；角度传感器的数据输出端与数据处理模块相连。

量臂与抱箍铰接的铰接部件(2)为转轴。

抱箍的两端之间还设有锁紧带(4)。

剪叉式量角装置上设有与数据处理模块相连的显示屏。

剪叉式量角装置上设有与数据处理模块相连的通讯模块。通讯模块为近场通信模块或远程通信模块。

所述的通讯模块为GPRS、3G、4G或5G通信模块，通信模块用于将检测到的数据传输到远程监测平台。

剪叉式量角装置上设有与数据处理模块相连的定位模块。定位模块为GPS模块或北斗模块，北斗模块还具有位置通信功能。如发送短报文。

电池纽扣电池或锂电池；电池连接有太阳能充电模块。

周长的计算公式为：

周长c＝L0+π*arccos[(2*R0^2-(2*L*sin(a/2))^2)/(2*R0^2)]；

直径的计算公式为：

直径D＝L0+π*arccos[(2*R0^2-(2*L*sin(a/2))^2)/(2*R0^2)]/π；

其中，L0表示抱箍的长度，R0为最近一次检测的半径；a为2个量臂的夹角；L为量臂的有效长度(即量臂与抱箍的连接点到2个量臂的铰接点之间的距离)；π为圆周率，arccos(.)为反余弦函数。

剪叉式量角装置设有与现场的数据汇聚终端通信的现场通信模块；所述现场通信模块为WiFi模块或蓝牙模块；数据汇聚终端用于收集立木尺寸检测装置采集的数据并打包传输到远程监测平台，数据汇聚终端还用于接收远程监测平台发出的指令；

数据汇聚终端为移动式车载数据采集终端或飞行器。

立木尺寸检测装置还通过通信模块接收数据汇聚终端或远程监测平台发出控制指令，在控制指令的要求下启动检测。

上述公式推导过程：

如图3，a为2个量臂的夹角，b为圆心角；L为检测装置的臂长；R0为最近一次测得的半径长；

推导过程如下：

(1)求L1，

设圆心角b对应的弦长为L1，即AB的长度；

对于△QAB，根据三角关系，L1＝2*L*sin(a/2)；

(2)求弧长s；

对于△OAB，根据余弦定理，cos(b)＝(2*R0^2-L1^2)/(2*R0^2)；

R0^2表示R0的平方；^2表示平方；

则圆心角b＝arccos[(2*R0^2-L1^2)/(2*R0^2)]

弧长s＝π*b＝π*arccos[(2*R0^2-L1^2)/(2*R0^2)]；

(3)求周长以及直径

周长c＝L0+s＝L0+π*arccos[(2*R0^2-(2*L*sin(a/2))^2)/(2*R0^2)]；

L0表示抱箍的长度；

直径D＝c/π＝L0+π*arccos[(2*R0^2-(2*L*sin(a/2))^2)/(2*R0^2)]/π；

(二)立木检测方法说明：

一种基于角度传感器的立木尺寸检测方法，包括以下步骤：

步骤1：将抱箍箍在被测立木上；

步骤2：将剪叉式量角装置的2个量臂的张开端与抱箍的两端相连；

步骤3：由剪叉式量角装置中的角度传感器检测两条量臂张开的角度；

步骤4：计算出被测立木的周长或直径；

步骤5：显示周长或直径的值，或者将周长或直径的值发送到数据接收端。

步骤1中，将抱箍箍在被测立木上后，还用锁紧带锁紧抱箍的两端，防止抱箍从被测的立木上脱落。

采用立木尺寸检测装置实施测量。

(三)林区监控方法及系统说明：

一种林区参数检测系统，包括多个远程监控平台和位于林区的多个立木尺寸检测装置；多个立木尺寸检测装置设置在被测的多个立木上；

多个立木尺寸检测装置检测的立木尺寸数据发送到远程监控平台；

所述的立木尺寸检测装置包括抱箍(1)和剪叉式量角装置；

抱箍用于箍抱住被测的立木；

剪叉式量角装置包括2根铰接的量臂(3)；2个量臂的长度相同；量臂的2个张开的端部分别与抱箍的两端铰接；

剪叉式量角装置上设有角度传感器；

立木尺寸检测装置上设有电源以及用于计算立木直径或周长的数据处理模块，电源为数据处理模块供电；角度传感器的数据输出端与数据处理模块相连；

剪叉式量角装置上设有与数据处理模块相连的通讯模块。通讯模块为近场通信模块或远程通信模块。

林区参数检测系统还包括设置在林区的传感器组；所述的传感器组包括温湿度传感器和光照传感器中的至少一种；传感器组直接或通过汇聚节点将采集的参数传送到远程监测平台。汇聚节点可以是固定的汇聚节点也可以是移动的汇聚节点。

林区参数检测系统还包括至少一个作为汇聚节点的移动式数据采集终端，移动式数据采集终端用于移动采集现场的图像数据以及汇总现场的传感器组采集的数据，移动式数据采集终端与远程监测平台通信连接。

数据汇聚终端为移动式车载数据采集终端或飞行器，移动式车载数据采集终端或飞行器上设有通讯模块和相机。

数据汇聚终端上还设有喷液机构。用于喷洒农药或肥料。

一种林区监控方法，采用前述的林区参数检测系统采集林区数据；

(1)采集立木尺寸数据；

(2)基于传感器组采集现场环境参数；

(3)采集图像数据；

(4)实施主动的喷洒作业。

立木尺寸检测装置还通过通信模块接收数据汇聚终端或远程监测平台发出控制指令，在控制指令的要求下启动检测。

另外，对系统的某些组成部分详细说明如下：

1.害虫检测装置

传感器组还包括害虫检测装置，如图5所示，害虫检测装置具有用于与主节点设备(如数据汇聚终端)通信的无线通信模块；害虫检测装置具有气垫式底座402、支架和太阳能板412；支架安装在气垫式底座上，太阳能板设置在支架上，由支架支撑；害虫检测装置上集成有子节点控制器、温湿度传感器、水位传感器、光强传感器和定位模块；

气垫式底座上还设有昆虫收集瓶403；昆虫收集瓶的底部设有诱虫底灯409，昆虫收集瓶的顶部设有诱虫顶灯407；昆虫收集瓶具有弯折的瓶口；(用于防止昆虫进入后在出去)；昆虫收集瓶的颈部设有用于检测昆虫是否进入的光电检测模块408并实现进入瓶体内的昆虫计数；昆虫收集瓶由设置在支架上的瓶体固定板406固定；温湿度传感器、水位传感器、光电检测模块、光强传感器和定位模块均与子节点控制器相连。害虫检测装置上集成有溶解氧气传感器、气泵和加气管401；加气管为多根，位于垫式底座的底部；溶解氧传感器与子节点控制器相连；加气管与气泵相连；气泵受控于子节点控制器。所述的支架包括固定支杆404和由顶杆驱动机构411驱动的顶杆410；固定支杆支撑太阳能电池板的一侧；顶杆支撑太阳能电池板的另一侧；顶杆升降以调节太阳能电池板的倾斜角度。昆虫收集瓶具有推拉式底板，推拉式底板由推拉驱动模块驱动，用于定期清理瓶内的昆虫。

所述的无线通信模块为ZigBee通信模块、315MHz无线通信模块或433MHz无线通信模块(即常用的遥控器所适用的通信模块)。害虫检测装置将采集的数据发送给主节点设备，主节点设备收集到数据后在上传到监控服务器；监控服务器或主节点设备能发送指令到害虫检测装置；多个害虫检测装置形成监测网络，害虫检测装置直接与主节点设备通信，或者，子节点

设备通过其他害虫检测装置中继与主节点设备通信。定位模块为GPS或北斗模块。害虫检测装置上设有方位传感器和驱动机构(如微型螺旋桨等)，旋转驱动机构用于驱动害虫检测装置自身旋转及行走；方位传感器用于检测害虫检测装置的方向。诱虫顶灯用于吸引高处的害虫靠近，诱虫底灯用于吸引害虫进入瓶体。子节点控制器通过继电器模块控制诱虫顶灯和诱虫底灯的开启和关闭。害虫检测装置采集温湿度、水位、位置、溶解氧含量、光照和病虫数据经主节点模块发送到监控服务器，实现远程监控。子节点控制器优选单片机或DSP；ZigBee通信模块，工作频率在800M～2.4GHz之间，通信距离可达100米。害虫检测装置采集现场的温湿度、光照和昆虫数量等数据，再将数据汇总到主节点设备，上位机与主节点设备通信，用于收集数据，从而实现远程的监控。固定支杆通过带转轴405的铰接机构与太阳能电池板相连，便于调节角度。

2.自动车载喷液系统：

如图4,9,10，自动喷液系统，包括车载平台112，在车载平台上设有主水箱104、水泵7、旋转平台118、旋转平台驱动电机121；主喷枪(108)设置在旋转平台上；主水箱与水泵的进水口通过水管相连，水泵的出水口通过水管与喷枪相连；连接水泵与喷枪的水管上设有第一阀门13；

旋转平台驱动电机能通过第一传动机构驱动旋转平台旋转；旋转平台上设有喷枪驱动电机117，喷枪驱动电机能通过第二传动机构控制主喷枪的仰角。

所述的第一传动机构为齿轮传动机构。齿轮传动机构包括安装在旋转平台驱动电机转轴上的第一主动齿轮122，以及与所述的第一主动齿轮啮合的从动齿轮119，从动齿轮设置在旋转平台的外圈，为一体式设计，从动齿轮与旋转平台共轴线，因此，旋转平台驱动电机能驱动旋转平台旋转。

所述的第二传动机构为拉绳116，拉绳的上端设置在喷枪的后端，拉绳的下端绕装在喷枪驱动电机的转轴上(或转轴上装的带轮上)。

由于喷枪是安装在喷枪架上，与喷枪架为铰接，因此，喷枪前端在重力作用下是向下的，因此，其仰角完全由拉绳控制。

车载平台上设有主相机。主相机优选通过相机支杆设置在车载平台上，这样获得更广的视野。主相机监控主喷枪的喷洒状态，相机采集的图像可以在驾驶室上显示，便于驾驶室的操控者操控，或传送到远程平台，这样操控者可以远程操控喷水作业。

车载平台上设有定位模块(如GPS或北斗模块)和无线通信模块；无线通信模块为PPRS、3G、4G或5G通信模块，车载平台通过无线通信模块与远程控制平台或远程控制终端(如PC机、笔记本电脑和平板电脑等)通信连接。可以实现远程监视，以及远程操控喷水。

车载平台上设有动力锂电池以及充电模块，充电模块为与充电桩配合的充电模块，或者充电模块为无线充电模块；无线充电模块与设置在地面上的无线充电系统配合。

另外，喷枪上设有调节水量的调节器，调节水量可以实现喷洒的远近。

3.飞行器

如图8以及19-27，飞行器为1个或多个，因为每一个飞行器的工作时间有限，如半小时，多个飞行器可以轮流使用，一个返航时，另一个起飞，实现不间断执行任务。车载平台上设有用于为飞行器无线或有线充电的充电模块。更进一步，飞行器上设有水箱和喷管，在车载平台上，飞行器的水箱可以从主水箱上补水。此时，飞行器不但能执行监控任务，还能实施喷水任务，在车辆或履带车(履带式喷水车)无法通行的区域也能喷水。

多功能航拍飞行器，包括支架32、旋翼、底板29、云台33、支腿28和相机70；

旋翼和云台设置在支架上；

底板固定在支架底部；相机安装在云台上；

支腿固定在底板的底部；

相机包括机身77和复合式镜头72；机身内设有CCD传感器76，机身上设有用于镜头对准的光电发射与接收装置75；

复合式镜头上设有转轴73；复合式镜头内集成有4个子镜头71；子镜头沿复合式镜头的周向均匀布置；复合式镜头的后端还设有与所述光电发射与接收装置适配的光反射片74；机身内还设有用于驱动镜头旋转的步进电机。光电发射与接收装置和光反射片可以是多套，优选2套，呈轴线对称，对准效果更好，只有2套光电发射与接收装置和光反射片都对准后，才认为镜头与CCD传感器对准了，这样对准精度更高。

支腿为4根，支腿竖直设置，相邻支腿之间的设置有水平的横梁；支腿包括上支腿81、下支腿84和脚钉86；上支腿下端设有导向槽；下支腿上端设有导向杆83；导向杆插装在导向槽中；在导向槽内设有弹簧82；弹簧设置在导向槽的顶壁(最里端的内壁)与导向杆顶端之间；下支腿的下端部设有脚钉86。下支腿的下端部的外壁设有外螺纹；下支腿的下端部套接有带内螺纹的套筒85，套筒的下端设有垫环87。底盘上还设置有陀螺仪和无线通信模块。陀螺仪用于导航，无线通信模块用于接收遥控器的指令，并将拍摄的照片和视频信息传送到地面接收端设备。所述的支架为由4个结构相同的伸缩式悬臂组成的十字形悬臂架；每一个伸缩式悬臂包括外臂21和内臂22；外臂的内端部与内臂的外端部通过锁扣25相连；锁扣上设有带倒刺53的插脚52；锁扣为多个；外臂的内端部和内臂的外端部均设有多组用于插脚穿过的插孔24；每组插孔包括至少2个插孔；旋翼包括主旋翼和副旋翼；在外臂的外端部设有主旋翼23和副悬臂26；主旋翼和副悬臂共轴线设置，且主旋翼位于外臂的上方，副旋翼位于外臂的下方；主旋翼的桨径大于副旋翼的桨径；副旋翼为涵道风扇，副旋翼通过涵道风扇固定件7固定在外臂的底部；锁扣具有壳体51；壳体包括外壳体511、压块512和压簧513；插脚为2根；插脚固定在外壳体上；压块位于外壳体内并套装在2根插脚上；压块能沿插脚移动；压块与插脚之间设有压簧，压簧套装在插脚的根部。外臂的内端部设有2组用于插脚穿过的插孔；外臂上的每组插孔包括2个插孔；锁扣为2个；内臂的外端部上等间距设有4组用于插脚穿过的插孔；内臂上的每组插孔包括2个插孔。副旋翼的桨径与主旋翼的桨径之比为0.2-0.35；优选值为0.25和0.3。垫环为橡胶材质，脚钉为不锈钢材质。

另一种飞行器，支架为由6根长度相同的横向支杆组成的六角星形支架；六角星形支架的每一个角位均设置有旋翼。旋翼包括主旋翼和副旋翼；

在外臂的外端部设有主旋翼23和副悬臂26；主旋翼和副悬臂共轴线设置，且主旋翼位于外臂的上方，副旋翼位于外臂的下方；主旋翼的桨径大于副旋翼的桨径；副旋翼为涵道风扇，副旋翼通过涵道风扇固定件27固定在外臂的底部。更进一步，在六角星形支架的每一个交叉位处均设有旋翼，所述的交叉位为相邻的横向支杆形成的X交叉所对应的位置；这样一个飞行器就具有12个或12组旋翼。副旋翼的桨径与主旋翼的桨径之比为0.25或0.3。

飞行器具有以下突出的特点：

飞行器相机采用切换的自镜头的复合式镜头，复合式镜头中集成有4个不同焦距的镜头，用于对目标物拍摄不同视角的照片，灵活性好；相机上设置的光电发射与接收装置和镜头上设置的光反射片用于子镜头与CCD传感器对准，复合式镜头由步进电机驱动，对准精度高，子镜头切换方便。这种相机具有定焦头的优秀素质，也具有改变焦距的灵活性，因此，实用性好。

采用六角星形旋翼；采用独创的六角星形支架，这种支架稳定性好，由于每一个旋翼都位于角位，而每一个角位都处于三角形的顶点，由2根支杆支撑，而且由于三角形本身的稳定性，飞行时该顶点不会存在任何的偏移或漂移，因此，相对于正六边形、十字形的支架或其他支架具有极大的稳定性方面的优势。另外，6个旋翼的布置方式，相比2-4旋翼的布置方式，具有更好的气动布局，总而言之，这种六旋翼飞行器结构巧妙，稳定性好。

4.无线充电模块

设置在固定区域；为飞行器和车载平台充电。

如图11-15，无线充电模块包括设置在凹陷部201中的支撑平台和设置在支撑平台上的发射线圈214；

所述的支撑平台包括底层活动平台202、上层活动平台216和连接底层活动平台与上层活动平台的升降机构；底层活动平台上设有纵向平移机构；上层活动平台上设有横向平移机构。

所述的升降机构为缸式升降机构或剪叉式升降机构215。缸式升降机构为推杆式驱动机构，如采用气压缸或液压缸驱动。

纵向平移机构包括设置在凹陷部底部的导轨205和第一齿条轨206；

所述的导轨为2条；齿条轨为一条，齿条轨和导轨平行布置；

底层活动平台底部设有多个能在所述导轨上滚动的行走轮209；行走轮为4个，一边2个。

底层活动平台的前端设有第一电机203；第一电机的转轴上设有齿轮207，齿轮与所述的第一齿条轨啮合；第一电机旋转时，能带动底层活动平台沿第一齿条轨纵向(前后)平移。

横向平移机构包括第二齿条轨211和第二电机；第二齿条轨横向设置，所述的第二电机上层活动平台左端或右端；第二电机的转轴上设有与所述第二齿条轨相啮合的齿轮，第二电机旋转时，能带动上层活动平台沿着第二齿条轨横向(左右)平移。

第一电机和第二电机的转轴上均设有码盘208。码盘用于检测电机旋转的圈数，从而可以换算成平台行进的位移。

凹陷部的开口处设有电动的活动式盖板219。电动是指电机驱动，或电信号控制液压缸或气缸驱动。

活动式盖板为2块，凹陷部内设有用于驱动活动式盖板的推杆，推杆的上端与活动式盖板地面相连。

凹陷部的开口处还设有防压机构210，活动式盖板展平时，防压机构能支撑活动式盖板。

防压机构为方框形。采用不锈钢或铸铁材质，强度高。

所述的移动检测终端无线充电系统还包括控制单元，控制单元包括MCU，横向平移机构和纵向平移机构均受控于MCU；MCU还连接有通信模块。

另外，限位开关和码盘输出信号到MCU；

所述的第一电机和第二电机均为步进电机。

第一齿条轨位于2条导轨之间。

底层活动平台的后端设有限位开关204；电机的前端设有限位开关204。限位开关动作，说明前方或后方到位，停止电机转动，从而保障整个设备安全运行。

底层活动平台上设有带接电插头213的导线。导线用于连接获取市电，从而为发射线圈供电。

底层活动平台上还设有MCU以及单相桥式整流及逆变电路；单相桥式整流及逆变电路包括整流桥和逆变桥，整流桥采用4个功率二极管，逆变器采用4个IGBT，连接方式为现有成熟技术，IGBT的G极受控于MCU发出的脉冲。整流桥的输入侧与市电相接，整流桥的输出侧通过逆变器接发射线圈；整流桥用于将交流电变成直流电，逆变器用于将直流电转成不同频率的交流电，改变频率以提高充电效率。

显示屏设置在凹陷部内，与MCU相连，用于现场调试，以及实时显示现场状态数据。

移动检测终端端设有恒流充电电路，用于高效地为锂电池充电。

凹陷部开口处设有用于感应上方有移动检测终端的感应器，如采用超声波或光电传感器；有利于实现自动充电。

该充电系统还包括用于调节显示屏(显示屏位于车载平台的驾驶室)发光亮度的亮度调节电路；所述的亮度调节电路包括MCU、LED灯串、三极管、电位器Rx和A/D转换器；三极管为NPN型三极管；显示屏的固定架上海设有旋钮开关与电位器Rx同轴相连；

电位器Rx和第一电阻R1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极Vcc，分压支路的另一端接地；电位器Rx和第一电阻R1的连接点接A/D转换器的输入端；A/D转换器的输出端接MCU的数据输入端口；

LED灯串包括多个串接的LED灯；LED灯串的正极接电源正极Vcc；LED灯串的负极接三极管的C极，三极管的E极经第二电阻R2接地；三极管的B极的接MCU的输出端。电源正极Vcc为5V，A/D转换器为8位串行输出型转换器。

6.恒流充电移动检测终端接收到电能后，通过恒流充电电路为移动检测终端中的电池充电；

恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；

(1)恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端VOUT+；恒压驱动芯片的负输出端接地；

恒压驱动芯片由直流电压供电端VIN+和VIN-供电；

(2)所述的电流反馈电路包括电阻R1、R2和R5和参考电压端VREF+；

参考电压端VREF+通过依次串联的电阻R1、R2和R5接地；

电阻R5与R2的连接点为恒流充电电路的负输出端VOUT-；

电阻R1与R2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端FB。

恒流充电电路还包括电压反馈电路；

电压反馈电路包括电阻R3和R4以及二极管D1；

电阻R3和R4串联后接在恒流充电电路的正输出端VOUT+与地之间；电阻R3和R4的连接点接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端FB。

工作原理说明：

采用稳定参考电源作为基准电压，采用R1，R2，R5分压得到与FB相等的电压，从而通过FB去调整DCDC IC的内部PWM而控制输出电流的大小。例如，当输出电流变大，在取样电阻R5上的电压就会升高，由于VRFE+是固定的值，从而是FB电压变大，FB变大，占空比就会减少，从而是输出电流减少，而完成一个完整的反馈，达到稳定电流输出的目的。

7.过流保护

如图6-7，林区监控系统还包括用于监控无线充电过程中电流的过流检测及保护电路；

工作原理：通过交流电线(充电线圈的交流电线)插入电流互感器(或线圈)中，使电流互感器产生互感电流，现场用电功率越大，互感电流也就越大，现场用电功率越小，互感电流也就越小，因此利用电压比较器，可以输出一个信号波形，主控制器(MCU)通过自带的AD采集就可得到现场的电流大小信息，从而达到检测作用。在电路设计上，通过四个整流二极管将交流互感电流转换成直流电流，输出信号则有两种，一种为模拟量，由VOUT输出，输出到MCU；还有一种为TTL高低电平，直接控制继电器用于切断和接通电机的供电。

电路描述：

电流互感器的输出信号经桥式整流器得到Vin；比较器比较Vin和参考电压Vref，若Vin＞Vref，则比较器输出低电平，控制继电器断开。

另外，Vin经放大器放大后进入MCU的ADC端口(即具有A/D转换功能的端口)；

由于信号可能较为微弱，因此，设计了可调放大倍数的放大器；具体电路连接及工作原理如下：

桥式整流器的输出端Vin为信号端，所述的信号端经电阻R0的接运算放大器LM393的反相输入端，运算放大器LM393的同向输入端经电阻R0接地，运算放大器LM393的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接4选一选择器的4个输入通道，4选一选择器的输出通道接运算放大器LM393的输出端Vout，Vout接MCU的ADC端；

另外MCU的2个输出端口分别接4选一选择器的通道选端A和B；

Vout与Vin的计算公式：

Vout＝Vin*(Rx+R0)/R0；其中，Rx＝R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同；优选的R04＝5*R03＝25*R02＝100*R01；R01＝5*R0.可以方便地实现量程和精度切换。

Claims (1)

1.一种基于角度传感器的立木尺寸检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将抱箍箍在被测立木上；

步骤2：将剪叉式量角装置的2个量臂的张开端与抱箍的两端相连；

步骤3：由剪叉式量角装置中的角度传感器检测两条量臂张开的角度；

步骤4：计算出被测立木的周长或直径；

步骤5：显示周长或直径的值，或者将周长或直径的值发送到数据接收端;

步骤1中，将抱箍箍在被测立木上后，还用锁紧带锁紧抱箍的两端，防止抱箍从被测的立木上脱落;

采用立木尺寸检测装置实施测量；

所述的立木尺寸检测装置包括抱箍（1）和剪叉式量角装置；

抱箍用于箍抱住被测的立木；

剪叉式量角装置包括2根铰接的量臂（3）；2个量臂的长度相同；量臂的2个张开的端部分别与抱箍的两端铰接；

剪叉式量角装置上设有角度传感器；

立木尺寸检测装置上设有电源以及用于计算立木直径或周长的数据处理模块，电源为数据处理模块供电；角度传感器的数据输出端与数据处理模块相连;

量臂与抱箍铰接的铰接部件（2）为转轴；剪叉式量角装置上设有与数据处理模块相连的显示屏;

剪叉式量角装置上设有与数据处理模块相连的通讯模块;

所述的通讯模块为GPRS、3G、4G或5G通信模块，通信模块用于将检测到的数据传输到远程监测平台;

剪叉式量角装置上设有与数据处理模块相连的定位模块;

电池纽扣电池或锂电池；电池连接有太阳能充电模块;

周长的计算公式为：

周长c =L0+ R0* arccos[(2*R0^2-（2*L*sin（a/2））^2)/(2 *R0^2)];

直径的计算公式为：

直径D= L0/π+ R0* arccos[(2*R0^2-（2*L*sin（a/2））^2)/(2 *R0^2)] /π;

其中，L0表示抱箍的长度，R0为最近一次检测的半径；a为2个量臂的夹角；L为量臂的有效长度；π为圆周率，arccos（.）为反余弦函数;

剪叉式量角装置设有与现场的数据汇聚终端通信的现场通信模块；所述现场通信模块为WiFi模块或蓝牙模块；数据汇聚终端用于收集立木尺寸检测装置采集的数据并打包传输到远程监测平台，数据汇聚终端还用于接收远程监测平台发出的指令；

数据汇聚终端为移动式车载数据采集终端或飞行器;

车载平台上设有用于为电池充电的恒流充电电路;

移动检测终端上还设有喷液机构，喷水，或喷废料，或喷农药;

数据监控平台和多个移动检测终端能形成一个检测系统；移动检测终端与数据监控平台无线通信连接；

移动检测终端能与在土壤中设置的多个固定式检测终端进行通信，移动检测终端能作为移动数据汇聚节点;

固定式检测终端上设有温湿度传感器；固定式检测终端与数据监控平台有线或无线通信连接；

移动检测终端具有电动行走机构和锂电池；锂电池用于驱动电动行走机构，还用于为移动检测终端上设置的检测设备供电；

在监控区域中或监控区域外至少设有一个无线充电平台；无线充电平台中设有无线充电机构能为移动检测终端充电;

农业监控系统还包括具有相机的飞行器；飞行器降落在无线充电平台上时，无线充电平台能为飞行器无线充电，飞行器上还设有储液箱以及喷洒机构，飞行器用于喷洒农药以及获取大场景的监控图像或视频;

移动检测终端可以在地面上行走，移动检测终端也能通过通道卡到移动检测终端上；移动检测终端上设有相机支撑杆，相机支撑杆的顶端设有相机；相机的控制端与MCU相连，相机采集的图像数据传输到与MCU相连的存储器上，图像数据还在于MCU相连的显示屏上显示；

喷枪的前端为喷嘴，喷枪上设有调节水流大小的调节器；喷枪的支撑座设置在水平旋转平台上，支撑座上设有支撑柱，喷枪设置通过水平的转轴机构设置在支撑柱上；

水平旋转平台和转轴机构均由电机驱动，电机和调节器均受控于MCU；即MCU能通过电机控制喷枪在水平面和竖直平面内旋转，还能通过调节器控制水流大小，从而控制其射出的水的远近；

恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；

恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端VOUT+；恒压驱动芯片的负输出端接地；

恒压驱动芯片由直流电压供电端VIN+和VIN-供电；

所述的电流反馈电路包括电阻R1、R2和R5和参考电压端VREF+；

参考电压端VREF+通过依次串联的电阻R1、R2和R5接地；

电阻R5与R2的连接点为恒流充电电路的负输出端VOUT-；

电阻R1与R2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端FB；

恒流充电电路还包括电压反馈电路；

电压反馈电路包括电阻R3和R4以及二极管D1；

电阻R3和R4串联后接在恒流充电电路的正输出端VOUT+与地之间；电阻R3和R4的连接点接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端FB；

林区参数检测系统中的自动喷液系统，包括车载平台，在车载平台上设有主水箱、水泵、旋转平台、旋转平台驱动电机；主喷枪设置在旋转平台上；主水箱与水泵的进水口通过水管相连，水泵的出水口通过水管与喷枪相连；连接水泵与喷枪的水管上设有第一阀门；旋转平台驱动电机能通过第一传动机构驱动旋转平台旋转；旋转平台上设有喷枪驱动电机，喷枪驱动电机能通过第二传动机构控制主喷枪的仰角；所述的第一传动机构为齿轮传动机构；齿轮传动机构包括安装在旋转平台驱动电机转轴上的第一主动齿轮，以及与所述的第一主动齿轮啮合的从动齿轮，从动齿轮设置在旋转平台的外圈，为一体式设计，从动齿轮与旋转平台共轴线，因此，旋转平台驱动电机能驱动旋转平台旋转；所述的第二传动机构为拉绳，拉绳的上端设置在喷枪的后端，拉绳的下端绕装在喷枪驱动电机的转轴上；由于喷枪是安装在喷枪架上，与喷枪架为铰接，因此，喷枪前端在重力作用下是向下的，因此，其仰角完全由拉绳控制；车载平台上设有主相机；主相机通过相机支杆设置在车载平台上，这样获得更广的视野；主相机监控主喷枪的喷洒状态，相机采集的图像可以在驾驶室上显示，便于驾驶室的操控者操控，或传送到远程平台，这样操控者可以远程操控喷水作业；车载平台上设有定位模块和无线通信模块；无线通信模块为PPRS、3G、4G或5G通信模块，车载平台通过无线通信模块与远程控制平台或远程控制终端通信连接，实现远程监视，以及远程操控喷水；车载平台上设有动力锂电池以及充电模块，充电模块为与充电桩配合的充电模块，或者充电模块为无线充电模块；无线充电模块与设置在地面上的无线充电系统配合。

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