一种用于植保无人机的智能农药喷洒方法及系统
技术领域
本发明涉及一种植保无人机的系统及方法,具体涉及一种用于植保无人机的智能农药喷洒方法及系统。
背景技术
目前,农业病虫草害是影响世界粮食安全和农产品供给的制约因素。而矢量的使用农药可有效的防治农作物病虫害,同时也可有效消除杂草来提高农作物产量。 而现在绝大多数国家的施药机械和技术水平相对落后,进而造成了农药的利用率过低与环境污染过大的问题。
随着无人机产业的飞速发展,大量的用于喷洒农药的植保无人机得以诞生。植保无人机有着机动性强、控制灵活、作业成本低、喷雾作业不受地形限制,作业效率高的优点,进而节省劳力并提高田间施药效率;而植保无人机的使用采用低量或超低量喷雾,有效的降低了农药使用量,提高农药利用率,同时减少环境污染。因此由植保无人机来对农作物进行农药喷洒成为了必然趋势。目前在大规模农田区中,部分农作物因为地理位置的影响而造成局部温度与光照度不同,而目前绝大多数植保无人机的仅仅依靠一定的软件算法来实现对某一区域的覆盖式喷洒,进而造成了这部分农作物喷药不足或喷药过量,从而造成了农田区的作物产量偏差较大。同时由于各农田区的分布问题,覆盖式喷洒会造成大量的浪费,因而需要植保无人机能对需要喷洒的农田区进行智能定位与喷洒来节约资源。
因此,一种用于植保无人机的可以对需要喷洒农药的农田区进行智能定位、能够根据局部温度与光照度等环境因素来动态调节单位喷洒量与喷洒雾滴大小的智能农药喷洒方法及系统变得十分必要。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种用于植保无人机的智能农药喷洒方法及系统,用于给各农田区喷洒农药。
本发明提供的一种用于植保无人机的智能农药喷洒方法具体包括以下步骤:S1、在获取到喷药请求信息后,获取发出所述喷药请求信息的农田区的位置信息与农作物信息、农田区所在地区的天气信息,所述农作物信息包含农作物种类、农作物种植范围;S2、在天气信息达到预设条件后,根据对应农田区的位置信息与农作物的种植范围来控制植保无人机按一定轨迹飞入与飞出相应农田区,同时在确定植保无人机在相应农田区内飞行时,向相应农田区执行喷药;S3、获取植保无人机所在位置的实时温度信息与实时光照信息,进而根据对应农田区的农作物信息、实时温度信息与实时光照信息调节植保无人机的单位喷洒量与喷洒雾滴大小;S4、确认植保无人机飞出相应农田区后,控制植保无人机停止喷药。
进一步,所述各农田区被若干巡视道分割开,所述植保无人机在获取到喷药请求信息时,会在各自指定的巡视道内往复运动。
进一步,所述各农田区均设有各自的识别感应范围,只有无人机进入对应农田区的识别感应范围时,才能收到该农田区发出的大于第一预设强度的第一待喷洒信号,所述各农田区的识别感应范围均大于各自的种植范围。
进一步,骤S1具体包括以下步骤:S11、各农田区通过分散设于农作物表面上的农药浓度传感器检测农作物上的农药浓度;S12、当部分农田区9成的农药浓度传感器的检测结果均低于第一预设农药浓度时,相应的农田区会发出第一待喷洒信号,所述第一待喷洒信号中包括喷药请求信息;S13、当在巡视道上往复运动的植保无人机进入对应农田区的识别感应范围时,获取到第一待喷洒信号,进而控制植保无人机获取相应的农田区的位置信息与农作物信息、农田区所在地区的天气信息。
进一步,步骤S2具体包括以下步骤:S21、判断天气信息的环境恶劣程度,若环境恶劣程度高于预设值,则控制无人机返航;S22、当天气信息的环境恶劣程度低于预设值时,将对应农田区的紧贴当前植保无人机所在巡视道的一边的两端点作为驶入点与驶出点,控制获取了对应农田区的喷药请求信息的植保无人机沿驶入点进入对应农田区,同时执行喷药;S23、根据对应农田区的农作物种植范围、驶入点与驶出点生成可以喷药覆盖整个对应农田区的飞行轨迹,进而控制植保无人机飞行;S24、当确定植保无人机飞出对应农田区后,控制植保无人机继续在指定巡视道内往复运动,同时控制植保无人机停止喷药。
进一步,步骤S3具体包括以下步骤:S31、根据农作物信息确定对应农田区的农作物种类,进而得到植保无人机的预设农药单位喷洒量与预设喷洒雾滴大小;S32、根据实时温度与实时光照强度信息对预设农药单位喷洒量与预设喷洒雾滴大小进行调整,从而得到实际农药单位喷洒量与实际喷洒雾滴大小,其中实际农药单位喷洒量与实时温度、实时光照强度均呈正相关关系,实际喷洒雾滴大小与实时光照强度、实时温度均呈正相关关系。
本发明还提供了一种可用于实现上述方法的用于植保无人机的智能农药喷洒系统。包括MCU、分别与MCU电连接的第一无线接收单元、飞行控制单元、环境检测单元、图像识别单元、喷雾控制单元;所述第一无线接收单元能从互联网中获取当前农田区所在地区的天气信息,各农田区均设有可发射第一待喷洒信号的无线发射单元,所述第一无线接收单元可获取各农田区发出的第一待喷洒信号;所述环境检测单元包括多个光照传感器、温度传感器,进而可将检测到的实时温度与实时光照强度信息发送给MCU;所述图像识别单元可配合第一无线接收单元获取对应农田区所在地区的天气信息、农田区的位置信息与农作物信息;所述飞行控制单元可在MCU的控制下根据一定轨迹飞入与飞出相应农田区;所述喷雾控制单元包括流量控制器与雾滴调节器,进而可在MCU的控制下调节农药的单位喷洒量与喷洒雾滴大小。
进一步,所述飞行控制单元包括旋翼控制器与激光定位器,所述旋翼控制器用于控制植保无人机的飞行状态,所述激光定位器用于校准植保无人机与地面基准的距离,从而防止植保无人机飞行过程中与地面的距离偏差过大而影响植保无人机的农药喷洒效果。
进一步,各农田区均设有大量分散设置的农药浓度传感器,所述农药浓度传感器均与一个总PLC控制单元相连,进而可将各农田区的农药浓度情况发送给总PLC控制单元,所述总PLC控制单元可在某农田区的农药浓度低于预设农药浓度时控制该农田区的第一无线发送单元发出第一待喷洒信号。
进一步,所述第一无线接收单元只有在获取到的第一待喷洒信号大于第一预设强度时,才能从第一待喷洒信号中获取到喷药请求信息,所述各农田区均以各自发出的第一待喷洒信号的强度能达到第一预设强度的范围来界定出各自的识别感应范围,从而使植保无人机能对发出第一待喷洒信号的农田区进行准确定位与喷药。
本发明通过分散设于各农田区的农作物表面上的农药浓度传感器来检测哪些农田区需要喷洒农药,进而配合总PLC控制单元与第一无线发送单元来实现需要喷洒农药的农田区的智能定位;本发明通过图像识别单元来确定农田区的种植范围与作物种植种类,同时可对植保无人机的自身位置进行定位,进而可配合MCU生成可以喷药覆盖整个农田区的飞行轨迹,从而提高了施药效率,减少了药液的浪费;本发明通过作物种植种类、实时温度、实时光照强度来智能调节植保无人机的单位喷洒量与喷洒雾滴大小,进而保证了各农田区的不同位置的农作物能被喷洒合理的药量,同时有效的减少了农药的过度挥发,从而能有效提高各农田区的农作物的整体品质。
附图说明
图1为本发明的一种用于植保无人机的智能农药喷洒方法的整体流程图;
图2为本发明的一种用于植保无人机的智能农药喷洒方法的整体流程图中步骤S1的详细流程图;
图3为本发明的一种用于植保无人机的智能农药喷洒方法的整体流程图中步骤S2的详细流程图;
图4为本发明的一种用于植保无人机的智能农药喷洒方法的整体流程图中步骤S3的详细流程图;
图5为本发明的一种用于植保无人机的智能农药喷方法的一种具体工作方式的展示图;
图6为本发明的一种用于植保无人机的智能农药喷洒系统的各组成单元的整体结构框图;
图7为本发明的一种用于植保无人机的智能农药喷洒系统的各组成单元的位置分布图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例和/或现有技术中的技术方案,下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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,并获得其他的实施方式。另,涉及方位的属于仅表示各部件间的相对位置关系,而不是绝对位置关系。
如图5、6、7所示,本发明的实施例提供了一种用于植保无人机的智能农药喷洒系统,来给各农田区喷洒农药;上述系统具体包括包括MCU、分别与MCU电连接的第一无线接收单元、飞行控制单元、环境检测单元、图像识别单元、喷雾控制单元。由于无人机需要计算与调节的参数较多,因而优先使用高性能的MCU。因此,本发明的实施例中选择ARM Cortex-A处理器来作为MCU处理器。
本发明实施例中,各农田区均设有第一无线发射单元与大量分散设置的农药浓度传感器,进而能以一定算法拟合出农田区的整体农药含量大小,从而可以得到较为真实的各农田区的整体农药含量。所述农药浓度传感器均与一个总PLC控制单元相连,进而可将各农田区的农药浓度情况发送给总PLC控制单元,所述总PLC控制单元可在某农田区的农药浓度低于预设农药浓度时控制该农田区的第一无线发送单元发出第一待喷洒信号。而第一无线接收单元能获取农田区发出的第一待喷洒信号,并检测出第一待喷洒信号的强度大小,从而便于MCU对植保无人机进行智能控制。
本发明实施例中,环境检测单元包括多个光照传感器、温度传感器,进而使植保无人机的MCU可以在飞行过程中获取当前位置的实时温度与实时光照强度,从而有利于MCU动态调节植保无人机的农药喷洒效果。
本发明实施例中,所述图像识别单元可配合第一无线接收单元获取对应农田区所在地区的天气信息、农田区的位置信息与农作物信息,同时还能对植保无人机的自身位置进行定位,从而可配合MCU分别生成可以喷药覆盖整个农田区的飞行轨迹。所述飞行控制单元包括旋翼控制器与激光定位器,所述旋翼控制器用于控制植保无人机的飞行状态,所述激光定位器用于校准植保无人机与地面基准的距离,从而防止植保无人机飞行过程中与地面的距离偏差过大而影响植保无人机的农药喷洒效果。
本发明实施例中,所述喷雾控制单元包括流量控制器与雾滴调节器,进而可在MCU的控制下调节农药的单位喷洒量与喷洒雾滴大小,保证了各农田区的不同位置的农作物能被喷洒合理的药量,同时有效的减少了农药的过度挥发,从而能有效提高各农田区的农作物的整体品质。
如图1至5所示,本发明的实施例提供了一种用于植保无人机的智能农药喷洒方法,可应用于上述系统来实现农药的智能喷洒。
本发明包实施例提供的方法包括以下步骤:S1、在获取到喷药请求信息后,获取发出所述喷药请求信息的农田区的位置信息与农作物信息、农田区所在地区的天气信息,所述农作物信息包含农作物种类、农作物种植范围;S2、在天气信息达到预设条件后,根据对应农田区的位置信息与农作物的种植范围来控制植保无人机按一定轨迹飞入与飞出相应农田区,同时在确定植保无人机在相应农田区内飞行时,向相应农田区执行喷药;S3、获取植保无人机所在位置的实时温度信息与实时光照信息,进而根据对应农田区的农作物信息、实时温度信息与实时光照信息调节植保无人机的单位喷洒量与喷洒雾滴大小;S4、确认植保无人机飞出相应农田区后,控制植保无人机停止喷药。
如图2所示,上述步骤S1具体包括:S11、各农田区通过分散设于农作物表面上的农药浓度传感器检测农作物上的农药浓度;S12、当部分农田区9成的农药浓度传感器的检测结果均低于第一预设农药浓度时,相应的农田区会发出第一待喷洒信号,所述第一待喷洒信号中包括喷药请求信息;S13、当在巡视道上往复运动的植保无人机进入对应农田区的识别感应范围时,获取到第一待喷洒信号,进而控制植保无人机获取相应的农田区的位置信息与农作物信息、农田区所在地区的天气信息。
在本实施例中,第一无线接收单元只有在获取到的第一待喷洒信号大于第一预设强度时,才能从第一待喷洒信号中获取到喷药请求信息。各农田区均以各自发出的第一待喷洒信号的强度能达到第一预设强度的范围来界定出各自的识别感应范围。所述各农田区的识别感应范围均大于各自的农作物种植范围,从而可以某块农田区种植范围过大时,避免其发出的第一待喷洒信号强度低于第一预设强度而造成不能被无人机识别的情况发生。
如图3所示,在上述步骤S2包括一下步骤:S21、判断天气信息的环境恶劣程度,若环境恶劣程度高于预设值,则控制无人机返航;S22、当天气信息的环境恶劣程度低于预设值时,将对应农田区的紧贴当前植保无人机所在巡视道的一边的两端点作为驶入点与驶出点,控制获取了对应农田区的喷药请求信息的植保无人机沿驶入点进入对应农田区,同时执行喷药;S23、根据对应农田区的农作物种植范围、驶入点与驶出点生成可以喷药覆盖整个对应农田区的飞行轨迹,进而控制植保无人机飞行;S24、当确定植保无人机飞出对应农田区后,控制植保无人机继续在指定巡视道内往复运动,同时控制植保无人机停止喷药。
上述步骤S2中的环境恶劣程度是由植保无人机从互联网中获取得,如将地风力达到5级、当天降雨量10mm作为预设值,则超过这个值就可以被视为环境恶劣程度高于预设值,此时植保无人机的工作效率会受到严重的影响,因此,控制植保无人机返航有利于保证无人机的安全,同时也避免了农药的浪费。
如图4所示,步骤S3具体包括以下步骤:S31、根据农作物信息确定对应农田区的农作物种类,进而得到植保无人机的预设农药单位喷洒量与预设喷洒雾滴大小;S32、根据实时温度与实时光照强度信息对预设农药单位喷洒量与预设喷洒雾滴大小进行调整,从而得到实际农药单位喷洒量与实际喷洒雾滴大小,其中实际农药单位喷洒量与实时温度、实时光照强度均呈正相关关系,实际喷洒雾滴大小与实时光照强度、实时温度均呈正相关关系。因为实时光照强度与温度过高都会加快农药的挥发速度,所以本发明中实际喷洒雾滴大小与实际农药单位喷洒量均与实时温度、实时光照强度均呈正相关关系;进而能对各农田区的不同位置的农作物能喷洒合理的药量,同时对喷洒雾滴大小的调节可有效减少农药的过度挥发,从而能有效提高各农田区的农作物的整体品质。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。