CN108508808A - 一种基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统及方法 - Google Patents

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武志明
马红梅
刘伟洪
张进
何雄奎
兰玉彬
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Abstract

本发明涉及一种基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统及方法，智能喷洒系统包括水泵和控制系统；所述水泵为脉宽可调制水泵；所述控制系统由惯性测量单元、主控电路和水泵驱动电路组成；所述惯性测量单元包括用于测量植保无人机的速度姿态传感器U1，所述主控电路包括主控芯片U2，主控芯片U2的数据输入端与姿态传感器U1的数据输出端信号连接；所述水泵驱动电路由水泵驱动器PD1和水泵P1组成，本发明的基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统，使植保无人机在加减速阶段药液的喷洒速度能够有效地随飞机速度调节从而使药液喷洒均匀度大大上升，避免了因药液喷洒不均匀给作物带来巨大的伤害，提高了作业效率。

Description

一种基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统及方法
技术领域
本发明涉及植保无人机的喷洒系统，具体涉及一种基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统，本发明还涉及该系统的喷洒方法。
背景技术
现阶段植保无人机在田间、地头飞防作业时，发现植保无人机在加速与减速阶段药液的喷洒存在极大地不均匀性的问题，目前的解决方案大部分采用的是在植保无人机在加速与减速阶段将水泵关闭，最后再完成扫边。此方案虽然控制了农药给作物带来的伤害，但却加大了时间成本，降低了作业效率，通过计算得知加速阶段的用药是匀速阶段的两倍，不仅浪费农药，更对10m之长的作物产生伤害，再算上减速阶段，加减速次数，这个损失将无法估量。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统，使植保无人机在加减速阶段药液的喷洒速度能够有效地随飞机速度调节从而使药液喷洒均匀度大大上升，避免了因药液喷洒不均匀给作物带来巨大的伤害，提高了作业效率。
本发明的技术方案如下：一种基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统，包括水泵和控制系统；
所述水泵为脉宽可调制水泵；
所述控制系统由惯性测量单元、主控电路和水泵驱动电路组成；
所述惯性测量单元包括用于测量植保无人机的速度姿态传感器U1，所述主控电路包括主控芯片U2，主控芯片U2的数据输入端与姿态传感器U1的数据输出端信号连接；
所述水泵驱动电路由水泵驱动器PD1和水泵P1组成，所述水泵驱动器PD1与水泵P1控制连接，所述水泵驱动器PD1与主控芯片U2信号连接。
优选的，所述姿态传感器U1为MPU6050，姿态传感器U1的引脚1连接电源U，引脚2接地；
所述主控芯片U2为芯片STC89C52，主控芯片U2的引脚Vcc连接5V电源，引脚P30连接姿态传感器U1的引脚3，引脚P31连接姿态传感器U1的引脚4，引脚RST连接复位电路，所述复位电路包括电容C1、电阻R1、R2，按钮开关K1，所述按钮开关K1串接电阻R1，所述电容C1与按钮开关K1和电阻R10并接，所述电阻R2一端连接电容C1的负极，一端接地，引脚XTAL1和XTAL2分别连接晶体振荡器Y1的两端，电容C2和C3分别连接在晶体振荡器Y1的两端，另一端接地；
所述水泵驱动器PD1的引脚PWM连接主控芯片U2的引脚P32，水泵驱动器的输出信号与水泵控制连接。
一种基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒方法，包括以下步骤：
（1）首先惯性测量单元测出飞机的加速度并将数据传输至主控芯片U2；
（2）主控芯片U2通过接收惯性测量单元的加速度数据，并通过对时间积分得出飞机任意时刻的飞行速度，主控芯片U2结合飞机飞行速度产生调速PWM信号控制水泵驱动器PD1，水泵驱动器PD1对水泵进行控制，从而实现速度控制水泵压力。
优选的，所述的惯性测量单元为姿态传感器U1，其型号为 MPU6050，主控芯片U2为芯片STC89C52。
本发明的基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统，通过将水泵P1的压力与无人机的飞行速度进行匹配，使得飞机在低速阶段水泵能够获得较小的压力，从而减小喷施药量，在高速阶段能够获得较大的压力，从而增大喷施药量，将速度与水泵压力匹配并应用在离心式喷头上产生很好的喷洒效果，获得较好的均匀性。
具体使用时，直接将本系统安装在无人机上，给系统上电后，惯性测量单元将飞机的加速度通过串口通信传给主控芯片U2，主控芯片U2使用加速度对时间进行积分，得出飞机当前的速度，并将飞行速度作为水泵压力的控制条件。
本发明的基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统，使植保无人机在加减速阶段药液的喷洒速度能够有效地随飞机速度调节从而使药液喷洒均匀度大大上升，避免了因药液喷洒不均匀给作物带来巨大的伤害，提高了作业效率。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行进一步的说明：
如图1、图2所示，一种基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统，包括水泵和控制系统；
所述水泵为脉宽可调制水泵，本实施例采用的是高压直流隔膜水泵，配合直流电子调速器，可以根据飞机的飞行速度进行调节水泵的占空比，从而实现水泵压力随速度的自动调节；
所述控制系统由惯性测量单元、主控电路和水泵驱动电路组成；
所述惯性测量单元包括用于测量植保无人机的速度姿态传感器U1，所述姿态传感器U1为MPU6050，姿态传感器U1的引脚1连接电源U，引脚2接地；
所述主控电路包括主控芯片U2，主控芯片U2的数据输入端与姿态传感器U1的数据输出端信号连接，所述主控芯片U2为芯片STC89C52，主控芯片U2的引脚Vcc连接电源，引脚P30连接姿态传感器U1的引脚3，引脚P31连接姿态传感器U1的引脚4，引脚RST连接复位电路，所述复位电路包括电容C1、电阻R1、R2，按钮开关K1，所述按钮开关K1串接接电阻R1，所述电容C1与按钮开关K1和电阻R10并接，所述电阻R2一端连接电容C1的负极，一端接地，引脚XTAL1和XTAL2分别连接晶体振荡器Y1的两端，电容C2和C3分别连接在晶体振荡器Y1的两端，另一端接地；
所述水泵驱动电路由水泵驱动器PD1和水泵P1组成，所述水泵驱动器PD1与水泵P1控制连接，所述水泵驱动器PD1与主控芯片U2信号连接，所述水泵驱动器PD1的引脚PWM连接主控芯片U2的引脚P32，水泵驱动器的输出信号与水泵控制连接。
本发明基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒方法，包括以下步骤：
（1）首先惯性测量单元测出飞机的加速度并将数据传输至主控芯片U2；
（2）主控芯片U2通过接收惯性测量单元的加速度数据，并通过对时间积分得出飞机任意时刻的飞行速度，主控芯片U2结合飞机飞行速度产生调速PWM信号控制水泵驱动器PD1，水泵驱动器PD1对水泵进行控制，从而实现速度控制水泵压力。
具体使用时，直接将本系统安装在无人机上，给系统上电后，姿态传感器U1将飞机的加速度通过串口P30传给主控芯片U2，主控芯片U2使用加速度a对时间t进行积分，得出飞机当前的速度Vt，并将飞行速度Vt作为水泵压力的控制条件，主控电路中的R1、C1、R2、K1与主控芯片U2的引脚RST相连组成复位电路，其中C1为上电复位所需，R1为放电回路的限流电阻，R2为手动复位的限流电阻兼正常工作时的下拉电阻，K1为手动复位按键，当给主控芯片U2上电后，会短时给电容C1充电，将RST引脚处的电平拉高，同时R2对此过程进行限流，使电路完成上电复位；当程序跑偏时，可以通过手动按下按键K1，此时K1将电容C1短路，使C1进行放电，而R1则对此回路进行限流，同时将RST处的电平拉高，并维持大于2个机器周期以上，完成手动复位，晶体振荡器Y1与C2、C3组成该最小系统的晶振电路，为整个电路提供时钟基准，让电路有序工作。

Claims (4)

1.一种基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统，其特征在于包括水泵和控制系统；
所述水泵为脉宽可调制水泵；
所述控制系统由惯性测量单元、主控电路和水泵驱动电路组成；
所述惯性测量单元包括用于测量植保无人机的速度姿态传感器U1，所述主控电路包括主控芯片U2，主控芯片U2的数据输入端与姿态传感器U1的数据输出端信号连接；
所述水泵驱动电路由水泵驱动器PD1和水泵P1组成，所述水泵驱动器PD1与水泵P1控制连接，所述水泵驱动器PD1与主控芯片U2信号连接。
2.根据权利要求1所述的基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒系统，其特征在于所述姿态传感器U1为MPU6050，姿态传感器U1的引脚1连接电源U，引脚2接地；
所述主控芯片U2为芯片STC89C52，主控芯片U2的引脚Vcc连接5V电源，引脚P30连接姿态传感器U1的引脚3，引脚P31连接姿态传感器U1的引脚4，引脚RST连接复位电路，所述复位电路包括电容C1、电阻R1、R2，按钮开关K1，所述按钮开关K1串接电阻R1，所述电容C1与按钮开关K1和电阻R10并接，所述电阻R2一端连接电容C1的负极，一端接地，引脚XTAL1和XTAL2分别连接晶体振荡器Y1的两端，电容C2和C3分别连接在晶体振荡器Y1的两端，另一端接地；
所述水泵驱动器PD1的引脚PWM连接主控芯片U2的引脚P32，水泵驱动器的输出信号与水泵控制连接。
3.一种基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）首先惯性测量单元测出飞机的加速度并将数据传输至主控芯片U2；
（2）主控芯片U2通过接收惯性测量单元的加速度数据，并通过对时间积分得出飞机任意时刻的飞行速度，主控芯片U2结合飞机飞行速度产生调速PWM信号控制水泵驱动器PD1，水泵驱动器PD1对水泵进行控制，从而实现速度控制水泵压力。
4.根据权利要求3所述的基于植保无人机离心式喷头的智能喷洒方法，其特征在于所述的惯性测量单元为姿态传感器U1，其型号为 MPU6050，主控芯片U2为芯片STC89C52。
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