CN109275648A - 无人机喷洒控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种无人机喷洒控制方法和系统，应用于药液泵控制器，该药液泵控制器、药液泵和设置在药液泵出水口的流量采集器形成闭环的PID控制系统；该方法包括：按照PID控制系统当前计算的理论流量值控制药液泵的电参数；其中，上述理论流量值是基于无人机当前的飞行参数及作业参数计算得到的；接收流量采集器采集的该药液泵出水口的实时流量值；根据上述实时流量值和上述理论流量值调节该药液泵的电参数，以减小该药液泵出水口的实时流量值与上述理论流量值间的差值。上述方法和系统，提高了在固定作业区域内的单位面积的用药量一致性，提高喷洒均匀程度。
Description
技术领域
本公开涉及无人机技术领域，尤其是涉及无人机喷洒控制方法和装置。
背景技术
植保无人机在进行自动或手动喷洒农药的过程中，一般通过压力喷头或离心喷头进行雾化喷洒，药液泵向喷头提供水压，目前都是通过给药液泵固定电压或药液泵调速器固定脉冲宽度调制PWM来进行控制，需要手动调节流量。实际无人机在飞行作业中往往因为药液泵老化，电池电压下降，导致药液泵的实际功率会低于额定功率，实际的出水量往往会低于额定的出水量，并且在实际应用的场景中，还有飞行速度一直在改变等诸多外部因素影响导致无法精准做到在固定作业面积内的单位亩用药量一致，无法做到均匀喷洒。
发明内容
有鉴于此，本公开的目的在于提供一种无人机喷洒控制方法和系统，可以提高在固定作业区域内的单位面积的用药量一致性，提高喷洒均匀程度。
为了实现上述目的，本公开采用的技术方案如下：
第一方面，本公开提供了一种无人机喷洒控制方法，应用于药液泵控制器，该药液泵控制器、药液泵和设置在药液泵出水口的流量采集器形成闭环的PID控制系统；该方法包括：
按照PID控制系统当前计算的理论流量值控制药液泵的电参数；其中，上述理论流量值是基于无人机当前的飞行参数及作业参数计算得到的；
接收流量采集器采集的该药液泵出水口的实时流量值；
根据上述实时流量值和上述理论流量值调节该药液泵的电参数，以减小该药液泵出水口的实时流量值与上述理论流量值间的差值。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述理论流量值的计算过程包括：获取所述无人机当前的飞行参数和作业参数；其中，所述飞行参数包括：飞行速度；所述作业参数包括：喷幅和亩用药量；根据所述飞行参数和所述作业参数计算所述药液泵的理论流量值。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，获取无人机当前的飞行参数的步骤，包括：接收该无人机上的GPS模块实时采集的飞行参数。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，获取无人机当前的作业参数的步骤，包括：通过无线方式接收无人机的地面控制设备发送的作业参数。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据实时流量值和理论流量值调节药液泵的电参数的步骤，包括：计算上述理论流量值减去上述实时流量值的差值；如果该差值大于0，上调该药液泵的电参数；电参数包括：电流、电压或功率；如果该差值小于0，下调该药液泵的电参数。
第二方面，本公开还提供了一种无人机喷洒控制系统，包括：药液泵控制器、药液泵和设置在药液泵出水口的流量采集器；该药液泵控制器、该药液泵和该流量采集器形成闭环的PID控制系统；
该流量采集器，用于采集上述药液泵出水口的实时流量值；
该药液泵控制器，用于按照PID控制系统当前计算的理论流量值控制所述药液泵的电参数；其中，上述理论流量值是上述药液泵控制器基于无人机当前的飞行参数及作业参数计算得到的；
接收流量采集器采集的上述药液泵出水口的实时流量值；
根据上述实时流量值和上述理论流量值调节上述药液泵的电参数，以减小上述药液泵出水口的实时流量值与上述理论流量值间的差值。
结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，该药液泵控制器还用于获取上述无人机当前的飞行参数和作业参数；其中，上述飞行参数包括：飞行速度；
上述作业参数包括：喷幅和亩用药量；
根据上述飞行参数和上述作业参数计算上述药液泵的理论流量值。
结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，该药液泵控制器还用于接收上述无人机上的GPS模块实时采集的飞行参数。
结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，该药液泵控制器还用于通过无线方式接收上述无人机的地面控制设备发送的作业参数。
结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，该药液泵控制器还用于：
计算该理论流量值减去该实时流量值的差值；
如果该差值大于0，上调该药液泵的电参数；如果该差值小于0，下调该药液泵的电参数；该电参数包括：电压。
上述无人机喷洒控制方法和系统，药液泵控制器、药液泵和流量采集器形成闭环的PID控制系统；使得药业泵的出口的实际流量接近于理论计算流量，理论流量值是药液泵控制器基于无人机当前的飞行参数及作业参数计算得到的，根据实时流量值和该理论流量值调节该药液泵的电参数控制药液泵的电参数，进而减小该药液泵出水口的实时流量值与上述理论流量值间的差值，提高了在固定作业区域内的单位面积的用药量一致性，提高喷洒均匀程度。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施方式提供的无人机喷洒系统示意图；
图2为本公开实施方式提供的无人机喷洒控制方法的流程图；
图3为本公开实施方式提供的PID控制系统示意图；
图4为本公开实施方式提供的无人机喷洒控制系统的流程图。
具体实施方式
为使本公开实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。
参见图1所示的无人机喷洒系统示意图，该系统位于无人机上，包括药液箱101、药液泵102、药液泵控制器103、喷头104，药液泵102将药液从药液箱101中泵升到喷头104中，喷头104将药液雾化之后向外喷洒。药液泵控制器103通常基于设定的作业参数控制药液泵102的流量，考虑到在实际应用的场景中，飞行速度一直在改变等诸多外部因素影响导致无法精准做到在固定作业面积内的单位亩用药量一致，无法做到均匀喷洒。基于此，本公开实施方式提出了一种无人机喷洒控制方法和系统。下面通过具体实施方式进行描述。
参见图2所示的无人机喷洒控制方法的流程图，该方法应用于药液泵控制器，该药液泵控制器、药液泵和设置在药液泵出水口的流量采集器形成闭环的PID控制系统；该方法包括以下步骤：
步骤S202，按照PID控制系统当前计算的理论流量值控制药液泵的电参数；其中，上述理论流量值是基于无人机当前的飞行参数及作业参数计算得到的。
其中，该理论流量值的计算过程包括：获取无人机当前的飞行参数和作业参数；其中，该飞行参数包括：飞行速度；该作业参数包括：喷幅和亩用药量；根据上述飞行参数和上述作业参数计算该药液泵的理论流量值。
其中，理论流量F的计算关系式为：F＝K×V×L×M；
K为计算系数，V为飞行速度，L为喷幅，M为亩用药量。
其中，无人机的飞行速度V，可以采用无人机上的GPS模块测量并发送给药液泵控制器。
亩用药量M，表示每亩地的农作物所需要的药量。
喷幅L，是指无人机直线飞行喷洒过程中喷洒在农作物上面的有效喷洒宽度；如果无人机在飞行过程中的高度固定，喷头的位置角度固定，则对应的喷幅就是固定的。对于一个固定的作业区域，经过大量的实验，可以测量出无人机在任一个高度时对应的喷幅。喷幅和飞行速度的乘积等于单位时间的喷洒面积。
步骤S204，接收流量采集器采集的该药液泵出水口的实时流量值；
其中，实时流量通过流量采集器获取；在药液泵的出水口设置流量采集器，流量采集器可以是流量计，可以采集出水口的流量，并将流量转换为脉冲电信号发送给药液泵控制器。
步骤S206，根据上述实时流量值和上述理论流量值调节该药液泵的电参数，以减小该药液泵出水口的实时流量值与上述理论流量值间的差值。
其中，根据理论流量值调节实时流量值。由于各种因素，实时流量值必然与理论流量值不相等。实时流量值大于理论流量值时，调节药液泵电参数，降低实时流量以缩小两者之间的误差，使得实时流量靠近理论流量值；实时流量值小于理论流量值时，调节药液泵电参数，增加实时流量值以缩小两者之间的误差，使得实时流量靠近理论流量值。
本申请实施例的无人机喷洒控制方法，药液泵控制器、药液泵和流量采集器形成闭环的PID控制系统；使得药业泵的出口的实际流量接近于理论计算流量，理论流量值是药液泵控制器基于无人机当前的飞行参数及作业参数计算得到的，通过根据理论流量值来调节实时流量，使得实时流量尽量靠近理论计算流量，使得实时流量尽量均匀，不会因为飞机的飞行速度变化而变化，理论流量的计算也考虑了亩用药量这一参数，使得农作物单位面积获得的药量符合药学上的规定，从而提高了在固定作业区域内的单位面积的用药量一致性，提高喷洒均匀程度。
上述PID控制系统是闭环控制系统，闭环控制系统是指被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输入，形成一个或多个闭环。参见图3所示的PID控制系统示意图，该系统包括给定输入值、输出值；如果输出值小于给定输入值，调节输出值增大；如果输出值大于给定输入值，调节输出值减小。结合本实施例，上述给定输入值为理论流量值，输出值为实时流量值。
为了使得无人机获得作业参数以更好地计算理论流量，在一种实施方式中，上述的获取无人机当前的作业参数的步骤，包括：通过无线方式接收无人机的地面控制设备发送的作业参数。
其中，作业参数是通过触摸屏输入到地面控制设备中的。在无人机起飞之前，用户在地面的控制设备的液晶触控屏上输入亩用药量和喷幅，通过无线发送给药液泵控制器。如果无人机在一个作业区域作业结束并没有返航而更换了新的作业区域，新的作业区域中的亩用药量这一参数可能发生了变化，用户也可以在地面的控制设备的液晶触控屏上输入新的亩用药量值，通过无线网络发送给药液泵控制器以使药液泵控制器重新计算理论值，从而药液泵出水口的实时流量也会相应的更新。
其中，喷幅的确定是采用以下步骤通过大量的测量实验获得的。
首先采用水敏纸作为喷洒效果检测的工具。水敏纸是一种高灵敏度的专业试纸，是专门用来检测农药喷雾质量的当无人机的喷雾雾滴落到其表面时，立即产生蓝色斑点，人们可以通过肉眼观察蓝色斑点，即可直观的看到植保无人机的喷洒效果。
喷幅的影响因素主要有飞行高度和喷头型号。
当喷头的型号不变时，可以更改飞行高度，多次实验，分别记录每一个飞行高度对应的喷幅，得到同一型号喷头时，不同的飞行高度和不同喷幅的对应关系表。
飞行高度一定时，喷头型号不同对应的喷幅也不同，可以多次实验，分别记录每一型号的喷头对应的喷幅，得到同一飞行高度时，不同型号喷头与不同喷幅的对应关系表。
无人机在作业之前，用户可以事先就选择好取得较好喷洒效果时对应的飞行高度和喷头型号，从而确定好对应的喷幅。其中，上述的根据实时流量值和理论流量值调节药液泵的电参数的步骤，包括：计算上述理论流量值减去上述实时流量值的差值；如果该差值大于0，上调该药液泵的电参数；如果该差值小于0，下调该药液泵的电参数；电参数包括：电压。
其中，药液泵采用直流电机驱动，直流电机的电压与转速成正比，通过调节电压来调节转速。直流电机驱动电路包括依次相连的电源、脉冲宽度调制PWM电路和直流电机；PWM电路用于产生PWM波，药液泵控制器向PWM电路发送控制电信号，调节PWM的占空比，从而调节直流电机的电压变化，当电压增大时，直流电机的转速升高，则药液泵的转速增大，出水口的流量升高；当控制直流电机的电压降低时，直流电机的转速降低，药液泵的转速也降低，出水口的流量降低。
对应于上述方法，本实施方式提供了一种无人机喷洒控制系统，参见图4所示的无人机喷洒控制系统。该系统包括：药液泵控制器401、药液泵402和设置在药液泵出水口的流量采集器403；该药液泵控制器401、该药液泵402和该流量采集器403形成闭环的PID控制系统；
该流量采集器403，用于采集上述药液泵出水口的实时流量值；
该药液泵控制器403，用于按照PID控制系统当前计算的理论流量值控制所述药液泵402的电参数；其中，上述理论流量值是上述药液泵控制器401基于无人机当前的飞行参数及作业参数计算得到的；
接收流量采集器403采集的上述药液泵402出水口的实时流量值；
根据上述实时流量值和上述理论流量值调节上述药液泵402的电参数，以减小上述药液泵402出水口的实时流量值与上述理论流量值间的差值。
本申请实施例的无人机喷洒控制系统，药液泵控制器、药液泵和流量采集器形成闭环的PID控制系统；使得药业泵的出口的实际流量接近于理论计算流量，理论流量值是药液泵控制器基于无人机当前的飞行参数及作业参数计算得到的，通过根据理论流量值来调节实时流量，使得实时流量尽量靠近理论计算流量，使得实时流量尽量均匀，不会因为飞机的飞行速度变化而变化，理论流量的计算也考虑了亩用药量这一参数，使得农作物单位面积获得的药量符合药学上的规定，从而提高了在固定作业区域内的单位面积的用药量一致性，提高喷洒均匀程度。
该药液泵控制器401，还用于获取上述无人机当前的飞行参数和作业参数；其中，上述飞行参数包括：飞行速度；上述作业参数包括：喷幅和亩用药量；根据上述飞行参数和上述作业参数计算上述药液泵402的理论流量值。
为了获得飞行参数以更好地计算理论流量，在一种实施方式中，该药液泵控制器401还用于接收上述无人机上的GPS模块实时采集的飞行参数。其中，GPS模块是无人机上自带的，可以用来测量无人机的速度、经纬度，本发明就是利用GPS模块来测量无人机的飞行速度。GPS模块将精确的飞行速度发送给药液泵控制器401，从而使得药液泵控制器401可以根据飞行速度来计算理论流量值。
为了获得作业参数以更好地计算理论流量，在一种实施方式中，该药液泵控制器401还用于通过无线方式接收上述无人机的地面控制设备发送的作业参数。
其中，作业参数是通过触摸屏输入到地面控制设备中的。在无人机起飞之前，用户在地面的控制设备的液晶触控屏上输入亩用药量和喷幅，通过无线发送给药液泵控制器。如果无人机在一个作业区域作业结束并没有返航而更换了新的作业区域，新的作业区域中的亩用药量这一参数可能发生了变化，用户也可以在地面的控制设备的液晶触控屏上输入新的亩用药量值，通过无线网络发送给药液泵控制器以使药液泵控制器重新计算理论值，从而药液泵出水口的实时流量也会相应的更新。
为了实现药液控制器401对药液泵402进行电控制，在一种实施方式中，该药液泵控制器401还用于计算该理论流量值减去该实时流量值的差值；如果该差值大于0，上调该药液泵402的电参数；如果该差值小于0，下调该药液泵402的电参数；该电参数包括：电压。
其中，药液泵402采用直流电机驱动，直流电机的电压与转速成正比，通过调节电压来调节转速。直流电机驱动电路包括依次相连的电源、脉冲宽度调制PWM电路和直流电机；PWM电路用于产生PWM波，药液泵控制器401向PWM电路发送控制电信号，调节PWM的占空比，从而调节直流电机的电压变化，当电压增大时，直流电机的转速升高，则药液泵402的转速增大，出水口的流量升高；当控制直流电机的电压降低时，直流电机的转速降低，药液泵402的转速也降低，出水口的流量降低。以上的实施方式中，控制器通过调节电压实现了调节水泵的出水口的流量。
本申请解决了无人机喷洒流量不均匀，喷洒亩用药量不准确的问题，经过实际验证，有效提高了在固定作业区域内的单位面积的用药量一致性，提高喷洒均匀程度，避免了农药浪费和农药的过度使用，避免局部用药过多产生药害甚至影响食品安全的问题，对于人民生产生活有重大意义。
以上所述实施方式，仅为本公开的具体实施方式，用以说明本公开的技术方案，而非对其限制，本公开的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施方式对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开实施方式技术方案的精神和范围，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种无人机喷洒控制方法，其特征在于，应用于药液泵控制器，所述药液泵控制器、药液泵和设置在药液泵出水口的流量采集器形成闭环的PID控制系统；所述方法包括：
按照PID控制系统当前计算的理论流量值控制所述药液泵的电参数；其中，所述理论流量值是基于无人机当前的飞行参数及作业参数计算得到的；
接收流量采集器采集的所述药液泵出水口的实时流量值；
根据所述实时流量值和所述理论流量值调节所述药液泵的电参数，以减小所述药液泵出水口的实时流量值与所述理论流量值间的差值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述理论流量值的计算过程包括：
获取所述无人机当前的飞行参数和作业参数；其中，所述飞行参数包括：飞行速度；所述作业参数包括：喷幅和亩用药量；
根据所述飞行参数和所述作业参数计算所述药液泵的理论流量值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述无人机当前的飞行参数的步骤，包括：
接收所述无人机上的GPS模块实时采集的飞行参数。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述无人机当前的作业参数的步骤，包括：通过无线方式接收所述无人机的地面控制设备发送的作业参数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述实时流量值和所述理论流量值调节所述药液泵的电参数的步骤，包括：
计算所述理论流量值减去所述实时流量值的差值；
如果所述差值大于0，上调所述药液泵的电参数；
如果所述差值小于0，下调所述药液泵的电参数；
所述电参数包括：电压。
6.一种无人机喷洒控制系统，其特征在于，包括：药液泵控制器、药液泵和设置在药液泵出水口的流量采集器；所述药液泵控制器、所述药液泵和所述流量采集器形成闭环的PID控制系统；
所述流量采集器，用于采集所述药液泵出水口的实时流量值；
所述药液泵控制器，用于按照PID控制系统当前计算的理论流量值控制所述药液泵的电参数；其中，所述理论流量值是所述药液泵控制器基于无人机当前的飞行参数及作业参数计算得到的；
接收流量采集器采集的所述药液泵出水口的实时流量值；
根据所述实时流量值和所述理论流量值调节所述药液泵的电参数，以减小所述药液泵出水口的实时流量值与所述理论流量值间的差值。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述药液泵控制器还用于获取所述无人机当前的飞行参数和作业参数；其中，所述飞行参数包括：飞行速度；
所述作业参数包括：喷幅和亩用药量；
根据所述飞行参数和所述作业参数计算所述药液泵的理论流量值。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述药液泵控制器还用于接收所述无人机上的GPS模块实时采集的飞行参数。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述药液泵控制器还用于通过无线方式接收所述无人机的地面控制设备发送的作业参数。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述药液泵控制器还用于：
计算所述理论流量值减去所述实时流量值的差值；
如果所述差值大于0，上调所述药液泵的电参数；如果所述差值小于0，下调所述药液泵的电参数；所述电参数包括：电压。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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