CN109080831A - 一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，属于土壤探测设备技术领域。旨在由磁悬浮支架、锥体探测传感器、托盘装置、供电系统、控制系统设计的一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，通过控制器控制设置在无人机机体上的托盘装置的下底面的电磁铁的工作来向土壤地面投放锥形探测传感器来对土壤的温度、湿度数据进行检测，并通过无线通讯模块来将数据传输到无人机上，由托盘装置上设置的激光测距仪来向地面的锥形探测器发射激光束来检测土壤的面积、高度数据。该装置结构简单、节约环保、智能有效，对农林土壤环境条件的研究提供了一种很好的检测方法。

Description

一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人

技术领域

本发明涉及一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，属于土壤探测设备技术领域。

背景技术

土壤学一直是农业科学中的一个重要的研究学科，对土壤的成分检测对于农林植被的生长和科学性分析有着很重要的作用。土壤具有肥力的作用，能够不断地供应和协调作物生长所需的各种生长物质条件，对农作物的生长和农场量的提高有很重要的意义。此外，土壤温湿度作为气候变化的重要因素。土壤的温湿度的季节性变化对大气的季节性变化有着极为重要的作用，研究表明,土壤温湿度在气候变化中的作用是仅次于海表面温度的重要参量,在陆地上,它的作用甚至超过SST的作用。据统计,就全球陆地而言,65％的降水来自于地表面的蒸发,而仅有35％来自于海洋的水平输送。而目前市场上对于土壤温度和土壤湿度的检测装置大多为单一式的传感器，检测数据单一，作用效果并不是很好，因此，设置一种能在土壤中可进行土壤温度和湿度数据同时检测的一种智能化土壤探感装置是十分重要的。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明需要解决的问题是旨在由磁悬浮支架、锥体探测传感器、托盘装置、供电系统、控制系统设计的一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，通过控制器控制设置在无人机机体上的托盘装置的下底面的电磁铁的工作来向土壤地面投放锥形探测传感器来对土壤的温度、湿度数据进行检测，并通过无线通讯模块来将数据传输到无人机上，由托盘装置上设置的激光测距仪来向地面的锥形探测器发射激光束来检测土壤的面积、高度数据，由无人机上设置的太阳能电池板来为蓄电池充电为装置供电。

本发明采用的技术方案是：一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，其特征在于包括：磁悬浮支架、托盘装置、锥形探测传感器、太阳能电池板、蓄电池、控制系统、控制器，锥形探测传感器设置在托盘装置的下底部，磁悬浮支架、托盘装置、锥形探测传感器均与控制器连接，太阳能电池板与蓄电池组成本装置的供电系统;设置在无人机机体上的托盘装置能向地面投放锥形探测传感器来检测一定土壤范围内的土壤的温度，湿度数据，并将检测到的温度、湿度数据传输到无人机上的控制接收端；由托盘装置上设置的激光测距仪向锥形探测传感器发射激光束来检测计算出距地面的高度，土壤面积数值传输到控制端进行数据交流进而完成装置的检测工作；控制器设置在托盘装置内部，控制器和该基于无人机的锥形智能土壤探感装置中的电控元件电性连接，控制系统嵌入在控制器内部；托盘装置上设置有无线通讯模块，锥形探测传感器上也设置有无线通讯模块，无线通讯模块用于传输信息；锥形探测传感器上和托盘装置配套设置位置反馈装置；该基于无人机的锥形智能土壤探感装置通过连接装置设置在多种类型的无人机上。

进一步的，锥形探测传感器上和托盘装置配套设置的位置反馈装置包括以下其中的一种或几种组合：

A: 锥形探测传感器顶部设置有光伏高反光涂层膜，能够反射太阳光，托盘装置上设置有摄像头，光伏高反光涂层膜反射的太阳光通过设置在摄像头进行识别后确定位置，激光测距仪对准识别的光伏高反光涂层膜发射强光，实现准确定位和测距；

B: 锥形探测传感器顶部设置有发光装置，托盘装置上设置有光信号接收装置，锥形探测传感器顶部的发光装置向空中发射一定频率的光信号，光信号接收装置接收到光信号后确定位置，并通过激光测距仪对准锥形探测传感器进行测距；除此之外，托盘装置上还可以设置光信号接收装置与锥形探测传感器上的发光装置进行单向信号通信；

C: 锥形探测传感器顶部设置有光伏高反光涂层膜，能够反射太阳光，锥形探测传感器上的无线通讯模块向空中发射一定频率的信号，托盘装置上的无线通讯模块接收到锥形探测传感器处发来的信号后确定位置，并通过激光测距仪对准锥形探测传感器进行测距；

D: 锥形探测传感器上设置有GPRS定位装置，锥形探测传感器通过其上的无线通讯模块或者发光装置向空中发射位置信息；锥形探测传感器顶部设置有光伏高反光涂层膜，能够反射太阳光，托盘装置上的无线通讯模块或者光信号接收装置接收到锥形探测传感器处发来的信号后确定位置，并通过激光测距仪对准锥形探测传感器进行测距。

进一步的，为了更好的适应不同地区段无人机的降落，无人机采用四根支架设计，四根支架采用磁悬浮组件来设计，设计采用的物理原理是“同名磁极相互排斥”，该磁悬浮支架包括两块磁极大小相同的磁铁、套筒、连接推杆，在套筒的两个端口将两块同名磁极的磁铁对立放置，连接推杆的下端面与一磁铁连接，上端面与无人机的机身连接，此时两块磁铁在套筒内形成了磁悬浮组件，四根支架中的磁悬浮力刚好与机身同重，此时无人机机身通过连接推杆与磁悬浮组件的上方磁铁间接接触，而与下方磁铁并无接触，无人机机身处于悬浮状态，下方磁铁与套筒相连，不会在套筒内移动，而磁铁与连接推杆间接相连可在套筒内移动，在无人机降落时，无人机的四脚支架会接触到地面，四脚支架会因降落时的受力不平衡性而促使支架的磁悬浮组件的推杆在套筒内发生移动，四根磁悬浮组件组成的支架均能根据具体降落受力情况相互作用，若无人机产生向右的倾斜，四脚支架的右边两支支架会产生一个缓冲力来使机身保持平衡，同理其它情况的受力不平衡性，支架均能根据受力产生相应的磁力来使机身保持平衡，使无人机平稳降落地面，无人机的转向系统、动力系统等各项飞行系统均与单片机连接，工作系统由单片机来控制。

进一步的，在无人机的机身下部设置有托盘装置，包括：托盘、电磁铁、激光测距仪，激光测距仪设置在托盘下底部面，电磁铁设置在托盘的下底面，由控制器控制信号向电磁铁通电将锥形探测传感器吸附在托盘的下底面，该托盘装置的尺寸小于无人机的机身，托盘装置设置为长方体的体状，该托盘装置通过四根连接柱来与无人机的机身连接，在与无人机的机身连接处设置有橡胶减震胶垫，通过减震胶垫来减少机身与托盘装置之间的振动性，托盘装置的托盘的下底面设置有多行多列的绝缘孔罩，在孔罩面内均设置有电磁铁，电磁铁将锥形探测传感器吸附在下面，且孔罩的大小略大于锥形探测传感器的外直径，该孔罩的设计主要是为了减少电磁铁之间的磁力影响，让电磁铁更好的使探测传感器落入地面，电磁铁受控制器控制，当无人机每到一个土壤范围上空时，控制器将控制一个电磁铁断电来减低电磁铁的磁性，与电磁铁相连的锥形探感器将落入到土壤内，而其它孔罩的锥形探感器不受影响。

进一步的，所述的锥形传感器包括锥体、光伏高反光涂层膜、温度传感器、湿度传感器、锂电池组、铁块、单片机、无线通讯模块，光伏高反光涂层膜设置在锥体顶面受光部分，铁块设置在锥体顶面的背部，温度传感器、湿度传感器设置在锥体底部，锂电池组、单片机、无线通讯模块设置在锥体中部，光伏高反光涂层膜与锂电池组连接，温度传感器、湿度传感器、锂电池组均与单片机连接，单片机与无线通讯模块连接。

进一步的，所述的锥体的设计包括两部分：锥环式上部、尖端探针下部，在锥环式的顶部设置有光伏高反光涂层膜，在锥环式的顶部背面设置有铁块，在锥环式的内部设置储存该装置的温度传感器、湿度传感器、锂电池、单片机、无线通讯模块，温度传感器和湿度传感器对立倾斜设置在锥体内，温度传感器和湿度传感器的探针沿锥体的内边缘向下在锥体尖端处共同组成了锥体的尖端探针下部，且温度传感器和湿度传感器均通过连接线与单片机和锂电池进行了连接，铁块设置在锥体上部背面空缺位置处，且铁块与锥体通过连接件进行了牢固连接，铁块的设置主要是使电磁铁在通电时通过产生磁力吸引锥体内的铁块来使锥形探测传感器吸附在托盘装置上，此外，当锥形探测器落入土壤时，铁块自身的重量还可使锥形探测传感器在土壤中插入得更牢固，当无人机到达一个检测区域时，控制器控制一个电磁铁断电，使锥体探测传感器投到土壤中，单片机将控制温度传感器和湿度传感器进行土壤的温度，湿度检测工作，检测到的数据传输到单片机进行记录保存。

进一步的，所述的设置在锥体顶面的光伏高反光涂层膜自上而下包括三部分：高透度反光材料、粘贴层、光伏组件，粘贴层主要是将高透度反光材料和光伏组件粘贴起来，此外，还通过粘贴件将光伏高反光涂层膜与锥体连接起来。由高透度反光材料可接收太阳光线和反射太阳光线，接收到的太阳光线可由光伏组件来将太阳能转变为电能为锥体内部的锂电池充电，反光材料的设置还可以为无人机的高空作业检测工作来提供条件。

进一步的，为了更好的使锥体探测传感器在土壤内进行检测数据的持久性工作，由锂电池组与光伏高反光涂层膜组成锥体探测传感器的供电系统，锂电池组与单片机连接，在锂电池组中设置了隔离式传感器电池检测电路，该检测电路主要是通过传感器来检测锂电池的内部参数来检测锂电池的电量，检测的电量参数数据传输给单片机，由无线通讯模块通过GPRS远程监控来将检测数据与PC 端连接，进而可以通过后台控制实时查看到何处的装置的锂电池的电量是否不够，进而更好的完成对装置的电量控制。

进一步的，所述的设置在托载盒的下底部面的激光测距仪上设置有电源连接线与蓄电池连接，激光测距仪受控制器控制，该激光测距仪主要是当无人机进行高空作业时，控制器可控制激光测距仪向地面投放的锥体探测传感器发射出激光束，激光束通过锥体探测传感器的光伏高反光涂层膜被反射回来并接收进而计算得出无人机此时距离地面的高度以及通过各个锥体探测传感器的反光接收计算出此时土壤范围的面积值并传输到控制器进行记录处理，控制器可根据土壤面积值计算得出锥体探测传感器的投放范围和投放区域，此外，在激光测距仪上还设置有数据接收器，该数据接收器主要是利用光波通讯原理可实现将锥体探测传感器传输的的检测数据进行接收。

进一步的，该基于无人机的锥形智能土壤探感装置控制系统内部设置有电子地图，该一种基于无人机的锥体智能土壤探感装置，通过获取投放在测量地发各个锥体探测传感器的位置数据和激光测距仪所测得的托盘装置到各个锥体探测传感器的距离，并将相关数据进行综合比对后能够获得被测量土地的坡度、实际地表面积。

进一步的，在无人机的机身的上方设置了一块可对蓄电池充电的太阳能电池板，太阳能电池板可通过将太阳能转换为电能来为该发明装置提供部分电能，与无人机自身所带电源一起为无人机的工作和托盘装置的工作提供电能。

进一步的，无人机通过远程控制，该基于无人机的锥形智能土壤探感装置上的控制系统嵌入无人机控制系统，通过无人机远程控制端能够控制该基于无人机的锥形智能土壤探感装置，该装置的控制系统包括：数据检测接收端、数据传输模块、数据接收处理端，数据检测接收端由设置在锥体探测传感器上的单片机来实现，数据传输模块包括无线通讯模块和光波通讯模块，无线通讯模块设置在锥体传感器内，数据接收处理端主要由设置在无人机上的单片机、无线通讯模块以及PC数据端来实现；锥体探测传感器内部的单片机可完成锥体探测传感器的控制工作和接收土壤温度、湿度的检测数据和接收锂电池组的电池电量的检测数据，由锥体探测传感器内的无线通讯模块可将单片机的数据传输到无人机上的接收端，为了提高锥体探测传感器数据传输的效率，锥体探测传感器的单片机检测到的数据还可利用光波通讯原理进行数据传输，主要是在锥体探测传感器上设置光信号发送装置，锥体探测传感器的单片机通过数据连接和数据转换将检测到的电信号传输到光信号发送装置上，由光信号发送装置传送到激光测距仪上的接收器，再由接收器将信号再次转换将信号发送到无人机上的数据接收端处；由无人机上的单片机来控制无人机的飞行工作和托盘装置的投放工作并接收到锥体探测传感器和激光测距仪检测的信息数据并通过无人机上设置的无线通讯模块将整个装置接收后的数据传送到PC数据端进行信息处理，进而提高了装置数据处理的能力；此外，由PC端可通过GPS定位检测来实时监控无人机的飞行工作和锥体探测传感器的测量位置，进而更好的使装置进行土壤检测和装置取放。

一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，其控制方法包括如下步骤：

步骤1：无人机飞行到一定范围的土壤的上空，由控制器控制无人机上的托盘装置上的电磁铁工作，每在一定土壤区域内，控制器会控制一个电磁铁断电，此时与电磁铁相连的锥形探测传感器将落入对应土壤区域进行土壤条件检测。

步骤2：当锥形探测传感器落入土壤内部时，由锥形探测传感器的单片机控制温度传感器和湿度传感器进行检测工作，温度传感器的探针将检测到土壤的温度数值，湿度传感器将检测到土壤的湿度数值，两者检测的数据将传输到锥形探测传感器的单片机。

步骤3：控制器控制托盘装置内的激光测距仪工作，激光测距仪通过光电测距原理向土壤的锥形探测传感器的表面的光伏高反光涂层表面发射激光束并发射接收得出无人机距离地面的高度数值以及计算得出此区域的土壤面积数值并传输到无人机的接收端。

步骤4：锥形探测传感器的单片机接收到土壤环境数据将通过锥形探测传感器内部的无线通讯模块将数据传输到无人机上的接收端，同时单片机接收的数据还可通过现有光波通讯原理通过光电转换将检测到的电信号传输到高反光涂层膜上，由高反光涂层膜上反射回去的激光将转换的光信号传送到激光测距仪上的接收器，再由接收器将信号再次转换将信号发送到无人机上的数据接收端处。

步骤5：由无人机上的数据接收端接收到锥形探测传感器传送到的检测数据以及激光测距仪的检测数据，无人机将通过自身的无线通讯模块将接收到的数据传输到PC数据端进行数据信息处理分析，PC端可通过GPS定位检测来实时监控无人机的飞行工作和锥体探测传感器的测量位置。

步骤6：锥形探测传感器的工作电能将由锥形探测传感器上设置的光伏高反光涂层来将光能转变为电能为内部的锂电池充电来为锥形探测传感器工作提供电能，无人机的飞行工作和托载盒装置的电能由无人机上的太阳能电池板将光能转变为电能储存在蓄电池中的电能提供。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、通过锥形探测传感器的土壤投放能同时检测土壤的温度和湿度数据，提高了土壤环境监测数据的全面化和多功能性；2、由无人机来实现土壤的锥形探测器的投放和数据接收，实现了从检测到接收的智能一体化，比一般的土壤检测装置更加方便有效；3、在数据传输采用了无线通讯模块和光波通讯模块组合共同为装置的数据传输提供条件，使得装置可在多环境条件下进行工作，增强了装置的功能特性；4、采用光伏组件设计为锥形传感器提供部分电能，利用无人机的太阳能电池板为无人机的工作和托载盒装置提供电能，节能环保，极大的延长了装置的工作寿命。

附图说明：

图1为本发明的整体装置正视结构图；

图2为本发明的整体装置仰视结构图；

图3为本发明的托载盒装置结构图；

图4为本发明的锥形探测传感器的结构图；

图5为本发明的锥形探测传感器的检测工作流程图；

图6为本发明的锥形探测传感器的内部电路图；

图7为本发明的太阳能电路图；

图8为本发明的系统电路图；

图中各标号为：1-磁悬浮支架；2-托盘装置；3-锥形探测传感器；4-太阳能电池板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明作进一步说明。应该理解，这些描述只是实例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参阅图1-4，一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，其特征在于包括：磁悬浮支架1、托盘装置2、锥形探测传感器3、太阳能电池板4、蓄电池、控制系统、控制器，锥形探测传感器3设置在托盘装置2的下底部，磁悬浮支架1、托盘装置2、锥形探测传感器3均与控制器连接，太阳能电池板4与蓄电池组成本装置的供电系统;设置在无人机机体上的托盘装置2能向地面投放锥形探测传感器3来检测一定土壤范围内的土壤的温度，湿度数据，并将检测到的温度、湿度数据传输到无人机上的控制接收端；由托盘装置2上设置的激光测距仪203向锥形探测传感器3发射激光束来检测计算出距地面的高度，土壤面积数值传输到控制端进行数据交流进而完成装置的检测工作；控制器设置在托盘装置2内部，控制器和该基于无人机的锥形智能土壤探感装置中的电控元件电性连接，控制系统嵌入在控制器内部；托盘装置2上设置有无线通讯模块，锥形探测传感器3上也设置有无线通讯模块，无线通讯模块用于传输信息；锥形探测传感器3上和托盘装置2配套设置位置反馈装置；该基于无人机的锥形智能土壤探感装置通过连接装置设置在多种类型的无人机上。

锥形探测传感器3上和托盘装置2配套设置的位置反馈装置包括以下其中的一种或几种组合：

A: 锥形探测传感器3顶部设置有光伏高反光涂层膜302，能够反射太阳光，托盘装置2上设置有摄像头，光伏高反光涂层膜302反射的太阳光通过设置在摄像头进行识别后确定位置，激光测距仪203对准识别的光伏高反光涂层膜302发射强光，实现准确定位和测距；

B: 锥形探测传感器3顶部设置有发光装置，托盘装置2上设置有光信号接收装置，锥形探测传感器3顶部的发光装置向空中发射一定频率的光信号，光信号接收装置接收到光信号后确定位置，并通过激光测距仪203对准锥形探测传感器3进行测距；除此之外，托盘装置2上还可以设置光信号接收装置与锥形探测传感器3上的发光装置进行单向信号通信；

C: 锥形探测传感器3顶部设置有光伏高反光涂层膜302，能够反射太阳光，锥形探测传感器3上的无线通讯模块向空中发射一定频率的信号，托盘装置2上的无线通讯模块接收到锥形探测传感器3处发来的信号后确定位置，并通过激光测距仪203对准锥形探测传感器3进行测距；

D: 锥形探测传感器3上设置有GPRS定位装置，锥形探测传感器3通过其上的无线通讯模块或者发光装置向空中发射位置信息；锥形探测传感器3顶部设置有光伏高反光涂层膜302，能够反射太阳光，托盘装置2上的无线通讯模块或者光信号接收装置接收到锥形探测传感器3处发来的信号后确定位置，并通过激光测距仪203对准锥形探测传感器3进行测距。

为了更好的适应不同地区段无人机的降落，无人机采用四根支架1设计，四根支架1采用磁悬浮组件来设计，设计采用的物理原理是“同名磁极相互排斥”，该磁悬浮支架1包括两块磁极大小相同的磁铁、套筒、连接推杆，在套筒的两个端口将两块同名磁极的磁铁对立放置，连接推杆的下端面与一磁铁连接，上端面与无人机的机身连接，此时两块磁铁在套筒内形成了磁悬浮组件，四根支架1中的磁悬浮力刚好与机身同重，此时无人机机身通过连接推杆与磁悬浮组件的上方磁铁间接接触，而与下方磁铁并无接触，无人机机身处于悬浮状态，下方磁铁与套筒相连，不会在套筒内移动，而磁铁与连接推杆间接相连可在套筒内移动，在无人机降落时，无人机的四脚支架1会接触到地面，四脚支架1会因降落时的受力不平衡性而促使支架1的磁悬浮组件的推杆在套筒内发生移动，四根磁悬浮组件组成的支架1均能根据具体降落受力情况相互作用，若无人机产生向右的倾斜，四脚支架1的右边两支支架1会产生一个缓冲力来使机身保持平衡，同理其它情况的受力不平衡性，支架1均能根据受力产生相应的磁力来使机身保持平衡，使无人机平稳降落地面，无人机的转向系统、动力系统等各项飞行系统均与单片机连接，工作系统由单片机来控制。

在无人机的机身下部设置有托盘装置2，包括：托盘201、电磁铁202、激光测距仪203，激光测距仪203设置在托盘201下底部面，电磁铁202设置在托盘201的下底面，由控制器控制信号向电磁铁202通电将锥形探测传感器3吸附在托盘2的下底面，该托盘装置2的尺寸小于无人机的机身，托盘装置2设置为长方体的体状，该托盘装置2通过四根连接柱来与无人机的机身连接，在与无人机的机身连接处设置有橡胶减震胶垫，通过减震胶垫来减少机身与托盘装置2之间的振动性，托盘装置2的托盘201的下底面设置有多行多列的绝缘孔罩，在孔罩面内均设置有电磁铁202，电磁铁202将锥形探测传感器3吸附在下面，且孔罩的大小略大于锥形探测传感器3的外直径，该孔罩的设计主要是为了减少电磁铁202之间的磁力影响，让电磁铁202更好的使探测传感器3落入地面，电磁铁202受控制器控制，当无人机每到一个土壤范围上空时，控制器将控制一个电磁铁202断电来减低电磁铁202的磁性，与电磁铁202相连的锥形探感器3将落入到土壤内，而其它孔罩的锥形探感器3不受影响。

所述的锥形传感器3包括锥体301、光伏高反光涂层膜302、温度传感器303、湿度传感器304、锂电池组305、铁块306、单片机、无线通讯模块，光伏高反光涂层膜302设置在锥体301顶面受光部分，铁块306设置在锥体301顶面的背部，温度传感器303、湿度传感器304设置在锥体301底部，锂电池组305、单片机、无线通讯模块设置在锥体301中部，光伏高反光涂层膜301与锂电池组305连接，温度传感器303、湿度传感器304、锂电池组305均与单片机连接，单片机与无线通讯模块连接。

所述的锥体301的设计包括两部分：锥环式上部、尖端探针下部，在锥环式的顶部设置有光伏高反光涂层膜302，在锥环式的顶部背面设置有铁块306，在锥环式的内部设置储存该装置的温度传感器303、湿度传感器304、锂电池305、单片机、无线通讯模块，温度传感器303和湿度传感器304对立倾斜设置在锥体301内，温度传感器303和湿度传感器304的探针沿锥体301的内边缘向下在锥体301尖端处共同组成了锥体301的尖端探针下部，且温度传感器303和湿度传感器304均通过连接线与单片机和锂电池305进行了连接，铁块306设置在锥体1上部背面空缺位置处，且铁块306与锥体301通过连接件进行了牢固连接，铁块306的设置主要是使电磁铁202在通电时通过产生磁力吸引锥体301内的铁块306来使锥形探测传感器3吸附在托盘装置2上，此外，当锥形探测器3落入土壤时，铁块306自身的重量还可使锥形探测传感器3在土壤中插入得更牢固，当无人机到达一个检测区域时，控制器控制一个电磁铁202断电，使锥体探测传感器3投到土壤中，单片机将控制温度传感器303和湿度传感器304进行土壤的温度，湿度检测工作，检测到的数据传输到单片机进行记录保存。

所述的设置在锥体301顶面的光伏高反光涂层膜302自上而下包括三部分：高透度反光材料、粘贴层、光伏组件，粘贴层主要是将高透度反光材料和光伏组件粘贴起来，此外，还通过粘贴件将光伏高反光涂层膜302与锥体301连接起来。由高透度反光材料可接收太阳光线和反射太阳光线，接收到的太阳光线可由光伏组件来将太阳能转变为电能为锥体301内部的锂电池305充电，反光材料的设置还可以为无人机的高空作业检测工作来提供条件。

为了更好的使锥体探测传感器3在土壤内进行检测数据的持久性工作，由锂电池组305与光伏高反光涂层膜301组成锥体探测传感器3的供电系统，锂电池组305与单片机连接，在锂电池组305中设置了隔离式传感器电池检测电路，该检测电路主要是通过传感器来检测锂电池305的内部参数来检测锂电池的电量，检测的电量参数数据传输给单片机，由无线通讯模块通过GPRS远程监控来将检测数据与PC 端连接，进而可以通过后台控制实时查看到何处的装置的锂电池305的电量是否不够，进而更好的完成对装置的电量控制。

所述的设置在托载盒201的下底部面的激光测距仪203上设置有电源连接线与蓄电池连接，激光测距仪203受控制器控制，该激光测距仪203主要是当无人机进行高空作业时，控制器可控制激光测距仪203向地面投放的锥体探测传感器3发射出激光束，激光束通过锥体探测传感器3的光伏高反光涂层膜302被反射回来并接收进而计算得出无人机此时距离地面的高度以及通过各个锥体探测传感器3的反光接收计算出此时土壤范围的面积值并传输到控制器进行记录处理，控制器可根据土壤面积值计算得出锥体探测传感器3的投放范围和投放区域，此外，在激光测距仪203上还设置有数据接收器，该数据接收器主要是利用光波通讯原理可实现将锥体探测传感器3传输的的检测数据进行接收。

该基于无人机的锥形智能土壤探感装置控制系统内部设置有电子地图，该一种基于无人机的锥体智能土壤探感装置，通过获取投放在测量地发各个锥体探测传感器3的位置数据和激光测距仪203所测得的托盘装置2到各个锥体探测传感器3的距离，并将相关数据进行综合比对后能够获得被测量土地的坡度、实际地表面积。

在无人机的机身的上方设置了一块可对蓄电池充电的太阳能电池板4，太阳能电池板4可通过将太阳能转换为电能来为该发明装置提供部分电能，与无人机自身所带电源一起为无人机的工作和托盘装置2的工作提供电能。

无人机通过远程控制，该基于无人机的锥形智能土壤探感装置上的控制系统嵌入无人机控制系统，通过无人机远程控制端能够控制该基于无人机的锥形智能土壤探感装置，该装置的控制系统包括：数据检测接收端、数据传输模块、数据接收处理端，数据检测接收端由设置在锥体探测传感器3上的单片机来实现，数据传输模块包括无线通讯模块和光波通讯模块，无线通讯模块设置在锥体传感器3内，数据接收处理端主要由设置在无人机上的单片机、无线通讯模块以及PC数据端来实现；锥体探测传感器3内部的单片机可完成锥体探测传感器3的控制工作和接收土壤温度、湿度的检测数据和接收锂电池组5的电池电量的检测数据，由锥体探测传感器3内的无线通讯模块可将单片机的数据传输到无人机上的接收端，为了提高锥体探测传感器3数据传输的效率，锥体探测传感器3的单片机检测到的数据还可利用光波通讯原理进行数据传输，主要是在锥体探测传感器3上设置光信号发送装置，锥体探测传感器3的单片机通过数据连接和数据转换将检测到的电信号传输到光信号发送装置上，由光信号发送装置传送到激光测距仪203上的接收器，再由接收器将信号再次转换将信号发送到无人机上的数据接收端处；由无人机上的单片机来控制无人机的飞行工作和托盘装置2的投放工作并接收到锥体探测传感器3和激光测距仪203检测的信息数据并通过无人机上设置的无线通讯模块将整个装置接收后的数据传送到PC数据端进行信息处理，进而提高了装置数据处理的能力；此外，由PC端可通过GPS定位检测来实时监控无人机的飞行工作和锥体探测传感器3的测量位置，进而更好的使装置进行土壤检测和装置取放。

请参阅图5-7，本装置电路图，包括复位电路、时钟电路、GPS装置、无线通信电路、电量检测传感器、太阳能电路、湿度传感器304、温度传感器303、单片机、激光测距仪203、托盘装置2。系统所用单片机型号为AT89C51，温度传感器303型号为DS18B20，W为湿度传感器304，P为电量检测传感器，C为GPS装置，A为锥体投放装置，芯片的型号为LT1073，A为太阳能电池板。下面对各部分电路进行说明：

时钟电路：晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，通常一个系统公用一个晶振，以使各部分保持同步；两个谐振电容大小取决于晶振的负载电容值，作用是滤除干扰。

复位电路：保障单片机运行，给单片机增加复位电路。复位电路有以下功能：上电复位可以对内部存储器进行复位；同步内外的时钟信号；电压波动或不稳定时，复位电路给电路延时直到电路稳定；当程序出错时通过复位电路使单片机恢复正常运行状态。

无线通信电路：采用声表器件，电路稳定性显著提高。另外其频率稳定性与晶振大体相同，基频可达几百上千赫兹，与晶振相比其电路又十分简单。

太阳能电池板电路：太阳能电池板A提供6V电压，LT1073经由电阻R6检测充电电流，在锂电池305中维持16毫安的充电电流，LT1073内有低电压测定器，在太阳能板的输出电压将至4V时，LT1073将断开充电电路，而当电压升到5V时又可以继续对电池305进行充电。

本装置的电路系统工作过程描述：托盘装置2由控制器控制，控制器控制电磁铁202通电将锥形探测传感器3吸附在托盘装置2的下底面，由控制器控制电磁铁202断电，此时锥体探测传感器3得以投放，由锥体探测传感器3的温度传感器303、湿度传感器304、电量检测传感器与GPS定位的数据传送给装置的单片机，单片机通过无线通信或光波通讯进行数据传输，将检测到的温度，湿度数据传送到无人机上的接收端，激光测距仪203将通过向锥形探测传感器3表面发射激光束检测到距离土壤的高度数值和土壤的面积数值并传送到无人机的数据接收端，再由无人机上的单片机通过无线通讯模块将接收到的数据传输到PC控制端进行数据交流。设置在锥形探测传感器3上的光伏太阳能电池板将光能转化为电能，并经过LT1073芯片检测电流电压后将电能储存在锂电池305里为锥形探测传感器3供电，设置在无人机上的太阳能电池板4将光能转化为电能，并经过LT1073芯片检测电流电压后将电能储存在无人机的蓄电池里为无人机飞行和托载盒装置2提供工作电能。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，其特征在于包括：磁悬浮支架（1）、托盘装置（2）、锥形探测传感器（3）、太阳能电池板（4）、蓄电池、控制系统、控制器，锥形探测传感器（3）设置在托盘装置（2）的下底部，磁悬浮支架（1）、托盘装置（2）、锥形探测传感器（3）均与控制器连接，太阳能电池板（4）与蓄电池组成本装置的供电系统;设置在无人机机体上的托盘装置（2）能向地面投放锥形探测传感器（3）来检测一定土壤范围内的土壤的温度，湿度数据，并将检测到的温度、湿度数据传输到无人机上的控制接收端；由托盘装置（2）上设置的激光测距仪（203）向锥形探测传感器（3）发射激光束来检测计算出距地面的高度，土壤面积数值传输到控制端进行数据交流进而完成装置的检测工作；控制器设置在托盘装置（2）内部，控制器和该基于无人机的锥形智能土壤探感装置中的电控元件电性连接，控制系统嵌入在控制器内部；托盘装置（2）上设置有无线通讯模块，锥形探测传感器（3）上也设置有无线通讯模块，无线通讯模块用于传输信息；锥形探测传感器（3）上和托盘装置（2）配套设置位置反馈装置；该基于无人机的锥形智能土壤探感装置通过连接装置设置在多种类型的无人机上。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，其特征在于包括：锥形探测传感器（3）上和托盘装置（2）配套设置的位置反馈装置包括以下其中的一种或几种组合：

A: 锥形探测传感器（3）顶部设置有光伏高反光涂层膜（302），能够反射太阳光，托盘装置（2）上设置有摄像头，光伏高反光涂层膜（302）反射的太阳光通过设置在摄像头进行识别后确定位置，激光测距仪（203）对准识别的光伏高反光涂层膜（302）发射强光，实现准确定位和测距；

B: 锥形探测传感器（3）顶部设置有发光装置，托盘装置（2）上设置有光信号接收装置，锥形探测传感器（3）顶部的发光装置向空中发射一定频率的光信号，光信号接收装置接收到光信号后确定位置，并通过激光测距仪（203）对准锥形探测传感器（3）进行测距；除此之外，托盘装置（2）上还可以设置光信号接收装置与锥形探测传感器（3）上的发光装置进行单向信号通信；

C: 锥形探测传感器（3）顶部设置有光伏高反光涂层膜（302），能够反射太阳光，锥形探测传感器（3）上的无线通讯模块向空中发射一定频率的信号，托盘装置（2）上的无线通讯模块接收到锥形探测传感器（3）处发来的信号后确定位置，并通过激光测距仪（203）对准锥形探测传感器（3）进行测距；

D: 锥形探测传感器（3）上设置有GPRS定位装置，锥形探测传感器（3）通过其上的无线通讯模块或者发光装置向空中发射位置信息；锥形探测传感器（3）顶部设置有光伏高反光涂层膜（302），能够反射太阳光，托盘装置（2）上的无线通讯模块或者光信号接收装置接收到锥形探测传感器（3）处发来的信号后确定位置，并通过激光测距仪（203）对准锥形探测传感器（3）进行测距。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，其特征在于：为了更好的适应不同地区段无人机的降落，无人机采用四根支架（1）设计，四根支架（1）采用磁悬浮组件来设计，设计采用的物理原理是“同名磁极相互排斥”，该磁悬浮支架（1）包括两块磁极大小相同的磁铁、套筒、连接推杆，在套筒的两个端口将两块同名磁极的磁铁对立放置，连接推杆的下端面与一磁铁连接，上端面与无人机的机身连接，此时两块磁铁在套筒内形成了磁悬浮组件，四根支架（1）中的磁悬浮力刚好与机身同重，此时无人机机身通过连接推杆与磁悬浮组件的上方磁铁间接接触，而与下方磁铁并无接触，无人机机身处于悬浮状态，下方磁铁与套筒相连，不会在套筒内移动，而磁铁与连接推杆间接相连可在套筒内移动，在无人机降落时，无人机的四脚支架（1）会接触到地面，四脚支架（1）会因降落时的受力不平衡性而促使支架（1）的磁悬浮组件的推杆在套筒内发生移动，四根磁悬浮组件组成的支架（1）均能根据具体降落受力情况相互作用，若无人机产生向右的倾斜，四脚支架（1）的右边两支支架（1）会产生一个缓冲力来使机身保持平衡，同理其它情况的受力不平衡性，支架（1）均能根据受力产生相应的磁力来使机身保持平衡，使无人机平稳降落地面，无人机的转向系统、动力系统等各项飞行系统均与单片机连接，工作系统由单片机来控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，其特征在于：在无人机的机身下部设置有托盘装置（2），包括：托盘（201）、电磁铁（202）、激光测距仪（203），激光测距仪（203）设置在托盘（201）下底部面，电磁铁（202）设置在托盘（201）的下底面，由控制器控制信号向电磁铁（202）通电将锥形探测传感器（3）吸附在托盘（2）的下底面，该托盘装置（2）的尺寸小于无人机的机身，托盘装置（2）设置为长方体的体状，该托盘装置（2）通过四根连接柱来与无人机的机身连接，在与无人机的机身连接处设置有橡胶减震胶垫，通过减震胶垫来减少机身与托盘装置（2）之间的振动性，托盘装置（2）的托盘（201）的下底面设置有多行多列的绝缘孔罩，在孔罩面内均设置有电磁铁（202），电磁铁（202）将锥形探测传感器（3）吸附在下面，且孔罩的大小略大于锥形探测传感器（3）的外直径，该孔罩的设计主要是为了减少电磁铁（202）之间的磁力影响，让电磁铁（202）更好的使探测传感器（3）落入地面，电磁铁（202）受控制器控制，当无人机每到一个土壤范围上空时，控制器将控制一个电磁铁（202）断电来减低电磁铁（202）的磁性，与电磁铁（202）相连的锥形探感器（3）将落入到土壤内，而其它孔罩的锥形探感器（3）不受影响。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，其特征在于：所述的锥形传感器（3）包括锥体（301）、光伏高反光涂层膜（302）、温度传感器（303）、湿度传感器（304）、锂电池组（305）、铁块（306）、单片机、无线通讯模块，光伏高反光涂层膜（302）设置在锥体（301）顶面受光部分，铁块（306）设置在锥体（301）顶面的背部，温度传感器（303）、湿度传感器（304）设置在锥体（301）底部，锂电池组（305）、单片机、无线通讯模块设置在锥体（301）中部，光伏高反光涂层膜（301）与锂电池组（305）连接，温度传感器（303）、湿度传感器（304）、锂电池组（305）均与单片机连接，单片机与无线通讯模块连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的锥体智能土壤探感装置，其特征在于：所述的锥体（301）的设计包括两部分：锥环式上部、尖端探针下部，在锥环式的顶部设置有光伏高反光涂层膜（302），在锥环式的顶部背面设置有铁块（306），在锥环式的内部设置储存该装置的温度传感器（303）、湿度传感器（304）、锂电池（305）、单片机、无线通讯模块，温度传感器（303）和湿度传感器（304）对立倾斜设置在锥体（301）内，温度传感器（303）和湿度传感器（304）的探针沿锥体（301）的内边缘向下在锥体（301）尖端处共同组成了锥体（301）的尖端探针下部，且温度传感器（303）和湿度传感器（304）均通过连接线与单片机和锂电池（305）进行了连接，铁块（306）设置在锥体（1）上部背面空缺位置处，且铁块（306）与锥体（301）通过连接件进行了牢固连接，铁块（306）的设置主要是使电磁铁（202）在通电时通过产生磁力吸引锥体（301）内的铁块（306）来使锥形探测传感器（3）吸附在托盘装置（2）上，此外，当锥形探测器（3）落入土壤时，铁块（306）自身的重量还可使锥形探测传感器（3）在土壤中插入得更牢固，当无人机到达一个检测区域时，控制器控制一个电磁铁（202）断电，使锥体探测传感器（3）投到土壤中，单片机将控制温度传感器（303）和湿度传感器（304）进行土壤的温度，湿度检测工作，检测到的数据传输到单片机进行记录保存。

7.根据权利要求1所述的一种基于无人机的锥体智能土壤探感装置，其特征在于：所述的设置在锥体（301）顶面的光伏高反光涂层膜（302）自上而下包括三部分：高透度反光材料、粘贴层、光伏组件，粘贴层主要是将高透度反光材料和光伏组件粘贴起来，此外，还通过粘贴件将光伏高反光涂层膜（302）与锥体（301）连接起来；由高透度反光材料可接收太阳光线和反射太阳光线，接收到的太阳光线可由光伏组件来将太阳能转变为电能为锥体（301）内部的锂电池（305）充电，反光材料的设置还可以为无人机的高空作业检测工作来提供条件；根据权利要求1所述的一种基于无人机的锥体智能土壤探感装置，其特征在于：为了更好的使锥体探测传感器（3）在土壤内进行检测数据的持久性工作，由锂电池组（305）与光伏高反光涂层膜（301）组成锥体探测传感器（3）的供电系统，锂电池组（305）与单片机连接，在锂电池组（305）中设置了隔离式传感器电池检测电路，该检测电路主要是通过传感器来检测锂电池（305）的内部参数来检测锂电池的电量，检测的电量参数数据传输给单片机，由无线通讯模块通过GPRS远程监控来将检测数据与PC 端连接，进而可以通过后台控制实时查看到何处的装置的锂电池（305）的电量是否不够，进而更好的完成对装置的电量控制。

8.根据权利要求1所述的一种基于无人机的锥形智能土壤探感机器人，其特征在于：所述的设置在托载盒（201）的下底部面的激光测距仪（203）上设置有电源连接线与蓄电池连接，激光测距仪（203）受控制器控制，该激光测距仪（203）主要是当无人机进行高空作业时，控制器可控制激光测距仪（203）向地面投放的锥体探测传感器（3）发射出激光束，激光束通过锥体探测传感器（3）的光伏高反光涂层膜（302）被反射回来并接收进而计算得出无人机此时距离地面的高度以及通过各个锥体探测传感器（3）的反光接收计算出此时土壤范围的面积值并传输到控制器进行记录处理，控制器可根据土壤面积值计算得出锥体探测传感器（3）的投放范围和投放区域，此外，在激光测距仪（203）上还设置有数据接收器，该数据接收器主要是利用光波通讯原理可实现将锥体探测传感器（3）传输的的检测数据进行接收。

9.根据权利要求1所述的一种基于无人机的锥体智能土壤探感装置，其特征在于：该基于无人机的锥形智能土壤探感装置控制系统内部设置有电子地图，该一种基于无人机的锥体智能土壤探感装置，通过获取投放在测量地发各个锥体探测传感器（3）的位置数据和激光测距仪（203）所测得的托盘装置（2）到各个锥体探测传感器（3）的距离，并将相关数据进行综合比对后能够获得被测量土地的坡度、实际地表面积。

10.根据权利要求1所述的一种基于无人机的锥体智能土壤探感装置，其特征在于：无人机通过远程控制，该基于无人机的锥形智能土壤探感装置上的控制系统嵌入无人机控制系统，通过无人机远程控制端能够控制该基于无人机的锥形智能土壤探感装置，该装置的控制系统包括：数据检测接收端、数据传输模块、数据接收处理端，数据检测接收端由设置在锥体探测传感器（3）上的单片机来实现，数据传输模块包括无线通讯模块和光波通讯模块，无线通讯模块设置在锥体传感器（3）内，数据接收处理端主要由设置在无人机上的单片机、无线通讯模块以及PC数据端来实现；锥体探测传感器（3）内部的单片机可完成锥体探测传感器（3）的控制工作和接收土壤温度、湿度的检测数据和接收锂电池组（5）的电池电量的检测数据，由锥体探测传感器（3）内的无线通讯模块可将单片机的数据传输到无人机上的接收端，为了提高锥体探测传感器（3）数据传输的效率，锥体探测传感器（3）的单片机检测到的数据还可利用光波通讯原理进行数据传输，主要是在锥体探测传感器（3）上设置光信号发送装置，锥体探测传感器（3）的单片机通过数据连接和数据转换将检测到的电信号传输到光信号发送装置上，由光信号发送装置传送到激光测距仪（203）上的接收器，再由接收器将信号再次转换将信号发送到无人机上的数据接收端处；由无人机上的单片机来控制无人机的飞行工作和托盘装置（2）的投放工作并接收到锥体探测传感器（3）和激光测距仪（203）检测的信息数据并通过无人机上设置的无线通讯模块将整个装置接收后的数据传送到PC数据端进行信息处理，进而提高了装置数据处理的能力；此外，由PC端可通过GPS定位检测来实时监控无人机的飞行工作和锥体探测传感器（3）的测量位置，进而更好的使装置进行土壤检测和装置取放。