CN112995328B - 一种太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，该系统包括：设置在太阳能板上的太阳能板清洁装置，用于拍摄太阳能板的图像数据、接收洒水指令进行洒水、转发清洁指令的洒水无人机，用于将清洁指令发送至洒水无人机或太阳能板清洁装置、将洒水指令发送至洒水无人机、基于图像数据并进行分析处理的物联网云服务器，用于对太阳能板清洁装置、洒水无人机进行监控的终端交互装置；物联网云服务器分别与终端交互装置、洒水无人机、太阳能板清洁装置无线连接，洒水无人机还与太阳能板清洁装置无线连接。本发明无需替换旧式设备，适应性强、便于维护、功耗较低，通过对太阳能板的大数据采集和分析，达到高效清洁太阳能板作业。

Description

一种太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统

技术领域

本发明属于物联网布局技术领域，尤其涉及一种太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统。

背景技术

目前，部分太阳能板清洁装置的自动化程度低，部分基于物联网的大规模太阳能板系统采用了地底埋线的方式进行有线连接，该方式成本较高且不适用于在已成型的旧式太阳能板进行清洁装置的配置，即针对旧设备的兼容性不高，贸然更换系统的话容易造成对旧设备的浪费；

现有的大规模太阳能板配备的自动清洁装置大多采用铺设水管或板载水箱的方式进行储水；大规模的铺设水管需要较为复杂的地下线路规划，而板载蓄水装置则增加了太阳能板清洁装置的重量且需要进行人工加水，对人力物力资源造成浪费。同时太阳能板上的污渍无法有效地被监控到，在无外部大型水车洒水的情况下各个太阳能板的清洁装置之间缺少有效的工作流程配合，在一定程度上，无法较好的实现对大规模太阳能板系统布局的大数据采集和分析。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提出了一种太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，该系统适应性强、便于维护、功耗较低，通过对大规模太阳能板的大数据采集和分析，能够有效地进行高效清洁太阳能板的作业。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，包括：设置在太阳能板上的太阳能板清洁装置、洒水无人机、物联网云服务器和终端交互装置；

所述太阳能板清洁装置用于执行清洁作业，所述洒水无人机用于拍摄太阳能板的图像数据、接收洒水指令进行洒水、转发清洁指令，所述物联网云服务器用于将清洁指令发送至所述洒水无人机或所述太阳能板清洁装置、将洒水指令发送至所述洒水无人机、接收由所述洒水无人机采集的图像数据并进行分析处理，所述终端交互装置用于接收分析处理结果、图像数据并对所述太阳能板清洁装置、所述洒水无人机进行监控；

所述物联网云服务器分别与所述终端交互装置、洒水无人机、太阳能板清洁装置无线连接，所述洒水无人机还与太阳能板清洁装置无线连接。

作为优选的技术方案，所述太阳能板清洁装置包括：清洁机构和设置在清洁机构一端的清洁控制装置，所述清洁控制装置接收清洁指令时运行清洁机构，所述清洁控制装置分别与所述洒水无人机、物联网云服务器无线连接；

所述清洁机构包括设置在太阳能板上的移动机构、用于驱动移动机构并耦合在移动机构的移动电机、耦合在移动机构上的清洁部件；

所述移动机构包括设置在太阳能板的板边形成的轨道上的导动轮，分别设置在太阳能板相对边上的两侧板，用于固定设置在两侧板之间的支撑板，用于固定两侧板与导动轮的滑动连接件；

所述清洁部件耦合在支撑板与太阳能板相对的方向上，所述支撑板均与两侧板所在平面垂直，所述清洁控制装置安装在任一侧板上。

作为优选的技术方案，所述清洁机构还设有分别与清洁部件、支撑板耦合的转动部件，以及用于驱动转动部件的转动电机，所述转动电机与转动部件电连接，所述转动部件通过调整预设转动次数、预设转动角度进行改变清洁部件的清洁动作范围。

作为优选的技术方案，所述清洁控制装置还设有用于检测清洁部件的灰尘传感器，所述灰尘传感器设置在安装清洁控制装置的第一侧板上，所述灰尘传感器设置在所述第一侧板朝向清洁部件的方向一侧；

所述清洁控制装置根据灰尘传感器检测所述清洁部件的灰尘量判断是否去除清洁部件的灰尘，当清洁部件的灰尘量超出清洁部件预设灰尘阈值时，将支撑板上的清洁部件在导动轮的带动下移动至太阳能板上的清洁区域之外，转动部件进行高速转动去除灰尘。

作为优选的技术方案，在一个局域网区域内，设置至少一个清洁控制装置；

当设置多个清洁控制装置时，设置一个清洁控制装置作为数据汇总节点，即父节点清洁控制装置，其余清洁控制装置作为子节点清洁控制装置，多个清洁控制装置以多对多的形式进行局域网连接；

所述父节点清洁控制装置包括第一温湿度传感器、第一雨水传感器、第一主控板、第一无线传输模块，所述第一主控板分别与第一温湿度传感器、第一雨水传感器、第一无线传输模块连接，所述第一无线传输模块分别与洒水无人机、物联网云服务器无线连接；

所述第一温湿度传感器，用于检测太阳能板周围环境的温湿度数据，所述第一雨水传感器，用于检测雨水数据，所述第一主控板，用于基于子节点清洁控制装置发送的子节点采集数据并将采集到的温湿度数据和雨水数据进行汇总得到采集汇总数据、接收由物联网云服务器或洒水无人机发送的清洁指令执行清洁作业、将清洁指令转发至子节点清洁控制装置、接收由子节点清洁控制装置发送的清洁完成指令并汇总发送至物联网云服务器，所述第一无线传输模块，用于将采集汇总数据发送至洒水无人机、物联网云服务器；

所述子节点清洁控制装置包括第二温湿度传感器、第二雨水传感器、第二主控板、第二无线传输模块，所述第二主控板分别与第二温湿度传感器、第二雨水传感器、第二无线传输模块连接，所述第二无线传输模块分别与第一无线传输模块、洒水无人机、物联网云服务器无线连接；

所述第二温湿度传感器，用于检测太阳能板周围环境的温湿度数据，所述第二雨水传感器，用于检测雨水数据，所述第二主控板，用于将采集的温湿度数据和雨水数据作为子节点采集数据、接收由父节点清洁控制装置转发的清洁指令执行清洁作业、将清洁完成指令发送至父节点清洁控制装置，所述第二无线传输模块，用于将子节点采集数据转发至父节点清洁控制装置。

作为优选的技术方案，所述第一无线传输模块还设有大功率的天线，所述天线垂直水平面并设置在第一无线传输模块的上方边缘部，所述天线用于发送父节点清洁控制装置汇总的数据。

作为优选的技术方案，所述洒水无人机包括第三无线传输模块、图像采集装置、洒水装置、第三主控板；

所述第三无线传输模块，用于接收采集汇总数据并通过通讯基站发送至物联网云服务器，所述图像采集装置，用于采集太阳能板的面板以及无人机周围环境的图像数据，所述洒水装置，用于接收洒水指令进行洒水作业，所述第三主控板，用于控制洒水无人机的飞行、执行图像拍摄、控制洒水装置的洒水作业；

所述第三主控板分别与第三无线传输模块、图像采集装置、洒水装置电连接，所述第三无线传输模块分别与第一无线传输模块、第二无线传输模块、物联网云服务器无线连接。

作为优选的技术方案，所述图像采集装置包括红外摄像机和白光摄像机，所述第三主控板分别与所述红外摄像机、白光摄像机连接，通过所述红外摄像机拍摄太阳能板得到第一图像，所述第一图像用于物联网云服务器的检测太阳能板的温度，通过所述白光摄像机拍摄太阳能板得到第二图像，所述第二图像用于物联网云服务器的灰尘识别处理和光斑识别处理。

作为优选的技术方案，所述图像数据用于物联网云服务器进行数学建模；

所述物联网云服务器基于所述第一图像得到该区域的太阳能板的环境温度趋势，从而进行温度预测，再配合雨水数据进行天气情况的预测；

所述物联网云服务器基于所述第二图像得到指定区域内的太阳能板的灰尘积累情况，从而进行板载灰尘量预测。

作为优选的技术方案，所述蓄水装置还设有设置在蓄水装置一侧的水位传感器，所述水位传感器用于测量蓄水装置的水位数据并传输至所述第三主控板，其中所述水位传感器与所述第三主控板电连接；

所述第三主控板根据水位传感器采集的水位数据并结合PID进行实时调整无人机自稳参数。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明基于物联网进行太阳能板以及清洁装置与无人机的大数据采集，自动化进行无人机协同太阳能板清洁作业，控制简单可靠，实时为用户提供数据进行分析。

(2)本发明基于物联网采用洒水无人机的方式为太阳能板补给清洁水源，且无需替换旧式设备来实现高效地清洁作业，兼容性高。

(3)本发明采用了无人机蓄水喷洒的技术方案，解决了板载蓄水装置需要人工加水以及大型洒水车需要人为到场操作的问题，达到了节省人力资源的技术效果。

(4)本发明采用了太阳能板分区域组建局域网传输数据，再由区域特定父节点清洁控制装置转发至云端的技术方案，以父节点清洁控制装置为中心进行汇总传输，避免了所有太阳能板远程接入云端而均需安装大功率天线，进而导致整体系统传输功耗增加的技术问题，达到了减少功耗的技术效果。

(5)本发明采用太阳能板板载雨水传感器对太阳能板环境雨水情况进行检测，当雨水传感器监测到下雨时，则可以无需洒水无人机进行洒水作业，而直接进行清洁作业，达到了通过利用雨水资源节约水资源的技术效果。

(6)本发明采用无人机机载摄像头进行视觉识别太阳能板板上机器人特征的技术方案，解决了在GPS定位漂移可能导致无法精确对太阳能板进行自瞄洒水的技术问题，达到了精准洒水，节约水资源成本的技术效果。

(7)本发明采用了无人机机载摄像头进行视觉识别太阳能板灰层量并配合云端拟合清洗周期的技术方案，解决了清洗周期不确定导致的清洗效果不佳的技术问题，在无法了解太阳能板灰尘情况而无法确定清洗周期，一旦盲目清洗可能导致清洗效果不佳，对一些灰尘较少无需清洗的太阳能板继续清洗会造成资源的浪费，本发明通过对太阳能板的灰尘情况进行视觉识别，达到了对太阳能板灰尘精确监控，通过云端进行长期拟合回归后得出更优的清洗周期，达到更好的清洗效果。

(8)本发明采用无人机按照父节点清洁控制装置为区域中心对该区域内的太阳能板逐个喷洒，单个区域喷洒后再通过云端与清洁部件配合清洁，同时无人机前往下一个区域，减少了全部喷洒后再进行板上机器人清洁的方式所需要的处理所需时间长，降低了太阳能板板均清洗时间短，达到了清洁效率高的技术效果，进而提高太阳能板工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例1中太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统的结构示意图；

图2是本发明实施例1中太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统的布局示意图；

图3是图2中A处的清洁控制装置局部放大图；

图4是本发明实施例1中设置在清洁控制装置上的节点控制器的局部放大图；

图5是本发明实施例1中洒水无人机的示意图；

图6是本发明实施例1中太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统的交互流程示意图。

其中，1-移动电机，2-雨水传感器，201-第一雨水传感器，202-第二雨水传感器，3-第一主控板，4-转动电机，5-天线，6-蓄水装置，7-灰尘传感器。

具体实施方式

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在该词前面的元素或者物件涵盖出现在该词后面列举的元素或者物件及其等同，而不排除其他元素或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，否则术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，该系统包括设置在太阳能板上的太阳能板清洁装置，用于拍摄太阳能板的图像数据、接收洒水指令进行洒水、转发清洁指令的洒水无人机，用于将清洁指令发送至洒水无人机或太阳能板清洁装置、将洒水指令发送至洒水无人机、接收由洒水无人机采集的图像数据并进行分析处理的物联网云服务器，用于接收分析处理结果、图像数据并对太阳能板清洁装置、洒水无人机进行监控的终端交互装置；

在本实施例中，终端交互装置作为客户端，物联网云服务器分别与终端交互装置、洒水无人机、太阳能板清洁装置无线连接，洒水无人机还与太阳能板清洁装置无线连接。

在本实施例中，太阳能板清洁装置作为设置在太阳能板上的板载机器人，该太阳能板清洁装置包括：清洁机构和设置在清洁机构一端的清洁控制装置；实际应用时，清洁控制装置接收由物联网云服务器发送的清洁指令时运行清洁机构，清洁控制装置分别与洒水无人机、物联网云服务器无线连接。

在本实施例中，清洁机构包括设置在太阳能板上的移动机构，用于驱动移动机构并耦合在移动机构的移动电机1，耦合在移动机构上的清洁部件；

实际应用时，移动机构包括设置在太阳能板的板边形成的轨道上的导动轮，分别设置在太阳能板相对边上的两侧板，用于固定设置在两侧板之间的支撑板，用于固定两侧板与导动轮的滑动连接件；

在本实施例中，清洁部件耦合在支撑板与太阳能板相对的方向上，支撑板均与两侧板所在平面垂直，清洁控制装置安装在任一侧板上，实际应用时，导动轮分别设置在两侧板处，靠近移动电机1的为主导动轮，另一个为从导动轮，通过移动电机1驱动主导动轮，进而带动从导动轮，导动轮在太阳能板边缘处移动，进而带动支撑板上耦合的清洁部件实现清洁部件在太阳能板上平移移动，使得清洁部件在太阳能板上的不同区域进行清洁作业，达到清扫的目的。

在本实施例中，清洁控制装置设置在移动机构一端，并且清洁控制装置设置至少一个，当设置一个清洁控制装置时，该清洁控制装置设置为父节点清洁控制装置。

如图2所示，当设置多个清洁控制装置时，在一个局域网区域内，本实施例以设置3个清洁控制装置为例，其中一个清洁控制装置作为数据汇总节点，即父节点清洁控制装置，其余清洁控制装置作为子节点清洁控制装置，多个清洁控制装置通过无线传输模块可以互相通信实现数据交互，在传输数据距离范围内以多对多的形式进行局域网连接，传递数据，具有较好的稳定性，当单个太阳能板清洁装置异常或无线传输模块故障时单一节点不会导致整个系统瘫痪，并且其他子节点清洁控制装置可以很快的发现故障的子节点清洁控制装置的编号向用户发出报警。

如图3所示，父节点清洁控制装置包括第一温湿度传感器，用于检测太阳能板周围环境的温湿度数据，第一雨水传感器201，用于检测雨水数据，第一主控板3，用于基于子节点清洁控制装置发送的子节点采集数据并将采集到的温湿度数据和雨水数据进行汇总得到采集汇总数据、接收由物联网云服务器或洒水无人机发送的清洁指令执行清洁作业、将清洁指令转发至子节点清洁控制装置、接收由子节点清洁控制装置发送的清洁完成指令并汇总发送至物联网云服务器，第一无线传输模块，用于将采集汇总数据发送至洒水无人机、物联网云服务器；

在本实施例中，子节点清洁控制装置包括第二温湿度传感器，用于检测太阳能板周围环境的温湿度数据，第二雨水传感器202，用于检测雨水数据，第二主控板，用于将采集的温湿度数据和雨水数据作为子节点采集数据、接收由父节点清洁控制装置转发的清洁指令执行清洁作业、将清洁完成指令发送至父节点清洁控制装置，第二无线传输模块，用于将子节点采集数据转发至父节点清洁控制装置；

如图4所示，第一无线传输模块和第二无线传输模块均采用带有低功耗模式的无线传输模块，第一无线传输模块和第二无线传输模块的区别在于第一无线传输模块还设有大功率的天线5，该天线5垂直水平面并设置在第一无线传输模块的上方边缘部，父节点清洁控制装置汇总数据后通过天线5进行发送，减少整体的传输功耗。实际应用时，第一无线传输模块和第二无线传输模块均采用esp8266模块，此外本领域技术人员还可以采用蓝牙、RFID等通信模块进行替代，在此不做限定。

具体而言，第一无线传输模块基于MQTT协议连接物联网云端服务器，并且对其它子节点清洁控制装置发送的子节点采集数据进行汇总，将第一无线传输模块所在局域网内的采集数据集中转发至物联网云服务器，集中转发的形式避免了过多节点接入云端对宽带造成的负担，同时也保证了网络布局可以实现客户端对任意太阳能板清洁装置的监控和操作。

如图5所示，洒水无人机包括第三无线传输模块，用于接收采集汇总数据并通过通讯基站发送至物联网云服务器，图像采集装置，用于采集太阳能板的面板以及无人机周围环境的图像数据，洒水装置，用于接收洒水指令进行洒水作业，第三主控板，用于控制洒水无人机的飞行、执行图像拍摄、控制洒水装置的洒水作业；第三主控板分别与第三无线传输模块、图像采集装置、洒水装置电连接。

实际应用时，图像采集装置采用红外摄像机和白光摄像机，通过红外摄像机拍摄太阳能板得到第一图像，该第一图像用于物联网云服务器的检测太阳能板的温度，通过白光摄像机拍摄太阳能板得到第二图像，该第二图像用于物联网云服务器的灰尘识别处理和光斑识别处理；

其中，物联网云服务器对第二图像进行识别，当识别到光斑时，即存在太阳能板破损等异常状况，物联网云服务器将提示信息发送至终端交互装置，进而对用户发出警报以提醒人工处理。

在本实施例中，该洒水无人机还设有用于室外定高的气压计，用于对低空或在气压不稳定的区域辅助定高的激光测距传感器，用于在GPS信号较弱区域进行辅助定位的光流传感器，设置在无人机周围方向并用于无人机各向避障的超声波模块，以及用于采集洒水无人机的惯性参数数据的惯性测量装置，其中惯性测量装置包括加速度计、陀螺仪、磁力计，惯性参数数据包括加速度值、无人机运动方向、磁场强度和方向。

在本实施例中，洒水装置包括设置在洒水无人机底部的固定支撑机构、与固定支撑机构固定连接的蓄水装置6、设置在蓄水装置6上的洒水开关部件，实际应用时，蓄水装置6侧向设有用于水管连接的接口，该接口用于在储水处进行连接补充供给水源，蓄水装置6采用矩形水箱，洒水开关部件位于该矩形水箱的底部。

本实施例中的固定支撑机构采用四个固定杆设置在洒水无人机底部，在底部形成矩形四个角的位置分别向下延伸，在固定杆末端通过螺丝固定蓄水装置6，进一步地还可增加固定片进行稳固，此外固定支撑机构还可以采用其他方式进行固定，比如焊接等，此处不做限定；

在本实施例中，蓄水装置6还设有设置在蓄水装置6一侧的水位传感器，水位传感器用于测量蓄水装置6的水位数据并传输至第三主控板，其中水位传感器与第三主控板电连接。

在本实施例中，洒水开关部件采用电动阀，用于控制蓄水装置6的开口的打开、关闭状态，其中电动阀与第三主控板电连接。

实际应用时，当无人机收到来自物联网云服务器的的清洁任务时，根据水位传感器判断是否需要补给水源，当水位数据超出第一预设水位阈值时，表明蓄水装置6内的水足够，当水位数据低于预设水位阈值时，需到采水处进行水源补给，当洒水无人机达到指定的采水处后降落，打开与水管相连的接口，连接水管抽水至蓄水装置6进行水源补给，当水位达到第二预设水位阈值时，停止抽水，关闭水管相连的接口，继续飞往目的地进行喷洒作业。

在本实施例中，终端交互装置包括第五无线传输模块，用于接收数据和转发数据，进而实现与父节点清洁控制装置、物联网云服务器的交互，第四主控板，用于接收物联网云服务器的分析数据，发送控制洒水装置的指令，发送控制清洁机构的指令，显示器，用于显示分析数据；

其中，分析数据包括太阳能板清洁装置数据、洒水无人机数据、太阳能板数据，通过查看分析数据便于对太阳能板清洁装置进行检测。

实际应用时，当物联网云服务器出现异常情况时，物联网云服务器无法自动配合无人机、清洁机构执行洒水、清洁作业时，需终端交互装置手动控制，即由终端交互装置向物联网云服务器发出控制洒水装置的指令和控制清洁机构的指令，用于辅助物联网云服务器生成洒水指令和清洁指令，以手动控制作为第二道保险，提高整体系统运行的稳定性。

当紧急或特殊情况发生时，如GPS异常等，需由遥控器对洒水无人机进行手动控制，本实施例中的终端交互装置还包括遥控器，通过遥控器与物联网云服务器无线连接，终端交互装置发送无人机手动控制指令，物联网云服务器基于无人机手动控制指令将自动飞行模式切换为手动控制模式，然后物联网云服务器将由遥控器生成的飞行指令转发至洒水无人机，从而实现洒水无人机的手动控制；

当洒水无人机从手动控制模式切换为自动飞行模式时，终端交互装置发送无人机自动控制指令，物联网云服务器基于无人机自动控制指令将手动控制模式切换为自动飞行模式，洒水无人机由第三主控板生成飞行指令完成自动飞行。

本实施例，第一主控板3和第二主控板通过板载嵌入式系统进行任务调度，实际应用时，嵌入式系统采用freertos系统；

在本实施例中，物联网云服务器设有用于对采集数据进行分析处理的处理器，用于对接收到的数据进行存储的存储器；

实际应用时，处理器接收温湿度数据进行对周围环境的温湿度的监测，处理器接收雨水数据后对雨水进行监测，根据雨水传感器2与预设雨水阈值做对比，若雨水数据超过预设雨水阈值则视为雨水充沛，则无需洒水无人机喷洒水，直接进行清洁作业，实现湿扫模式；

若雨水数据未超过预设雨水阈值，则需洒水无人机喷洒水，洒水无人机接收洒水指令后，基于GPS信号前往指定区域，由于GPS信号存在精度误差，还配合洒水无人机的白光摄像机对太阳能板进行识别，精确地悬停在太阳能板上方，从而达到了精准洒水的效果，开启洒水装置的开关部件并持续一段时间，对太阳能板进行喷洒，洒水结束后前往下一个太阳能板，其中开关部件的开启时间采用预设值，可根据实际情况设置；

实际应用时，以一个父节点清洁控制装置所在局域网为一个清洁区域，当洒水无人机对一个清洁区域内的所有太阳能板完成洒水作业后，由洒水无人机转发来自物联网云服务器的清洁指令，该区域内的清洁机构基于清洁指令开始清洁作业的同时洒水无人机自动前往下一个清洁区域进行洒水作业，通过洒水无人机分区域进行洒水作业，清洁机构进行清洁作业的同时无人机前往下一个区域，通过这种流水线处理的模式相对于全部喷洒后再进行清洁的方式，具有更高的处理效率，减少了太阳能板板均清洗时间。

在本实施例中，在一个清洁区域内的父节点清洁控制装置以及多个子节点清洁控制装置保持节点间的信息交互，多个子节点清洁控制装置互联，通过父节点清洁控制装置集中与用户交互装置实现数据传输，无人机通过物联网云服务器与用户进行交互建立的物联网布局，各节点会生成用于报告本节点运行状态的检测数据，通过接收其他节点正常运作的检测数据获知其它节点的安全性，实际应用时，当某个子节点由于第二无线传输模块受损通讯距离减小无法将信息传输至父节点清洁控制装置时，通过相邻其他子节点进行数据转发，并令检测数据包括异常信息，由父节点清洁控制装置转发至物联网云服务器进行汇报，物联网云服务器判断检测数据中是否存在异常信息，当存在异常信息时，物联网云服务器发送提示数据至终端交互装置，以提醒用户进行进一步的人工检测，起到故障预警的作用。

太阳能板清洁装置数据包括太阳能板的积灰情况、清洁工作状态、板载机器人的网络连接状态、板载机器人的电源状态、移动电机工作状态；其中板载机器人的电源状态包括板载机器人的当前电量、板载机器人的充电状态，板载机器人的充电状态包括正在充电、不在充电；清洁工作状态包括清洁开启状态和清洁停止状态。

洒水无人机数据包括无人机网络连接状态、蓄水装置6的蓄水量、无人机的电源状态、无人机飞行状态、无人机导航状态、态势感知状态；其中无人机的电源状态包括无人机的当前电量、无人机的充电状态，无人机的充电状态包括正在充电、不在充电；无人机飞行状态包括RC状态、IMU状态、指南针工作状态、GPS信号状态；无人机导航状态为具体根据无人机实际采用的导航模式；态势感知状态包括感知开启状态、感知关闭状态。

态势感知状态用于无人机根据第三主控板收集的无人机周围环境的图像数据以辅助飞行以配合洒水作业，实际应用时可通过终端交互装置发送态势感知开启指令、态势感知关闭指令进行设置开启或关闭；无人机导航模式包括手动模式、智能巡航模式，通过终端交互装置发送智能巡航模式开启指令、智能巡航模式关闭指令进行切换无人机导航模式，便于在紧急情况下对无人机进行手动控制，提高无人机驾驶安全，减少意外情况造成的损失。

在本实施例中，太阳能板数据包括太阳能板发电效率、额定功率、型号。在本实施例中，根据记录清洁开始指令的时间与当前时间可得知目标太阳能板上一次清洁距离现在的天数。

在本实施例中，终端交互装置采用QT开发框架进行开发，通过用户点击清洁按钮发送控制清洁机构的指令调整太阳能板清洁装置的清洁工作；实际应用时，清洁模式包括干扫模式、湿扫模式，其中湿扫模式需配合雨水。

具体而言，物联网无人机网络中继层，无人机清洁作业时直接利用低功耗的无线传输模块对区域内的太阳能板清洁装置进行任务广播，无需用户端进行信号发送，实现洒水后及时清洁，实现太阳能板和无人机网络中继的协同作业。

如图6所示，上述太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统的原理及工作过程为：当用户在终端交互装置发送清洁开始指令时，通过QT的物联网固件基于MQTT协议向物联网云服务器发送数据，然后物联网云服务器对洒水无人机端发送启动指令实现自动飞行；在飞行与洒水的过程中无人机进行完一片区域的洒水作业后会对相应区域的子节点清洁控制装置和父节点清洁控制装置发出清洁开始指令。清洁装置接收到清洁开始指令后会开始进行该排板子的清洁工作。在平时进行无人机巡航时，洒水无人机端通过视觉识别太阳能板上的灰尘量，表面温度等数据通过物联网模块远程传输至云端，供给用户对太阳能板工作情况进行分析，对是否需要进行清洁进行决策，太阳能板清洁装置子节点则负责进行周围环境温湿度的检测，雨量检测以及太阳能板清洁装置的各个模块的自检，数据通过低功耗无线传输模块传输至区域的网络中转站，即父节点清洁控制装置，集中传输至网络端；并对包括太阳能板清洁装置损坏、无线传输模块损坏在内的各种意外情况进行警告汇报。

在本实施例中，太阳能板清洁装置和洒水无人机协同进行太阳能板的清洁工作，其中太阳能板清洁装置上的清洁控制装置作为整个系统中物联网布局的感知与执行层，即通过子节点清洁控制装置互联、父节点清洁控制装置集中上传数据构成物联网布局的感知与执行层；洒水无人机作为整个系统中物联网布局的网络中继层；在终端交互装置分别与太阳能板清洁装置、洒水无人机交互中，起到中转站进行数据交互作用的通讯基站作为整个系统中物联网布局的网络层；终端交互装置作为整个系统中物联网布局的应用层，用户通过用户界面触发操作指令进行设置与观测。

在本实施例中，物联网云服务器基于长期采集的数据进行数学建模：

基于红外摄像机拍摄的第一图像得到该区域的太阳能板的环境温度趋势，从而进行温度预测，再配合雨水数据进行天气情况的预测，从而协助管理者展开合理的计划；

基于白光摄像机拍摄的第二图像得到指定区域内的太阳能板的灰尘积累情况，从而进行板载灰尘量预测，调整太阳能板清洁频率，提高对太阳能板清洁的效率和效果，进而提高太阳能板的工作效率。

实施例2

为了提高清洁效率，本实施例2的技术方案除了下述技术特征外，其它技术方案与实施例1相同：清洁机构还设有分别与清洁部件、支撑板耦合的转动部件，以及用于驱动转动部件的转动电机4。其中转动电机4与转动部件电连接。

在本实施例中，转动部件通过与支撑部固定连接实现耦合，通过与太阳能板的面板表面接触达到对面板表面进行清扫实现清洁的效果，当进行清洁作业时，导动轮平移移动，通过转动电机4使清洁部件在接触太阳能板的同时进行转动；

实际应用时，转动电机4设置在支撑部上与转动部件连接，转动部件在执行清洁工作时，通过调整预设转动次数、预设转动角度进行改变清洁部件的清洁动作范围，达到提高清洁部件与太阳能板接触的区域的清洁效率的目的，即提高了在相同时间段内对清洁区域的洗刷频率，同时也减少了导动轮在清洁作业过程中需要移动的次数。

在本实施例中，清洁部件采用毛刷，当清洁机构接收到由洒水无人机转发的清洁指令时，转动电机4通过启动转动部件使毛刷转动，导动轮在移动电机1的驱动下开始移动，进而带动毛刷在太阳能板上进行往返运动，期间毛刷在移动机构和转动部件的配合下持续旋转，基于物联网云服务器对第二图像识别的灰尘情况进行设定导动轮移动次数。

结合图3所示，清洁部件经过清洁作业后，清洁部件容易积累灰尘，为了去除清洁部件的残留污渍和灰尘，清洁控制装置还设有用于检测清洁部件的灰尘传感器7，该灰尘传感器7设置在安装清洁控制装置的侧板上，具体地，灰尘传感器7设置在该侧板朝向毛刷的方向一侧，并贴近毛刷的水平位置。实际应用时，根据灰尘传感器7检测清洁部件灰尘量判断是否去除清洁部件的灰尘，当清洁部件的灰尘量过高，超出清洁部件预设灰尘阈值时，则需要对该毛刷进行除灰尘处理，清洁控制装置控制移动机构，具体将支撑板上的毛刷在导动轮的带动下移动至太阳能板上的清洁区域之外，转动部件进行高速转动使毛刷去除灰尘；

在本实施例中，除灰尘处理包括自转抖落和碰撞抖落；

实际应用时，自转抖落时，毛刷随导动轮滑至不接触太阳能板的区域进行空载高速自转抖落灰尘。

碰撞抖落时，在不接触太阳能板的区域通过转动部件摆动毛刷，通过与支撑板碰撞使毛刷沾染的灰尘掉落，从而达到自清洁的目的，进一步的，支撑板与毛刷碰撞接触的区域设置防护带，用于缓冲转动部件摆动毛刷带来的撞击。

实施例3

本实施例3的技术方案除了下述技术特征外，其它技术方案与实施例1相同：设置在太阳能板上的清洁部件采用超声波清洗器。

实施例4

由于无人机在喷洒过程中通过洒水会导致自身质量变化，从而导致无人机姿态不稳定的问题，为了使洒水无人机在水量变化的情况达到在空中悬停稳定，本实施例4的技术方案除了下述技术特征外，其它技术方案与实施例1相同：洒水无人机根据水位传感器采集的水位数据并结合PID进行实时调整无人机自稳参数，从而保证无人机在不同负载情况下均可获得较好的自稳性能，比恒参数飞行具有更高的无人机自稳稳定性。

在本实施例中，洒水无人机根据水位传感器采集的水位数据并结合PID进行实时调整无人机自稳参数，具体包括以下步骤：

预设水位判断区间步骤：将水位设置多个水位判断区间，水位判断区间各自不重叠，基于多个水位判断区间对各区间取平均值得到多个水位判断阈值；

预调参步骤：在工作飞行前，对蓄水装置6处于不同水位下，即不同重量下的洒水无人机进行自稳的PID调参，得到多组适用于处于不同水位的无人机自稳参数，其中无人机自稳参数具体包括：比例系数、积分系数、微分系数以及滤波参数，基于水位判断区间将多组无人机自稳参数汇总成参数表；

飞行调参步骤：飞行过程中，根据水位传感器采集水位数据，当水位数据达到任一水位判断阈值时进行匹配水位判断区间，基于匹配到的水位判断区间按照参数表实时调整洒水无人机的比例系数、积分系数、微分系数和滤波参数。

实际应用时，设置4个水位判断区间，即 分别对应的判断阈值为：/>飞行时，洒水无人机根据水位情况按照参数表实时调整比例系数、积分系数、微分系数和滤波参数。

此外，本实施例中预设水位判断区间不代表唯一的分类方式，仅仅用作举例说明。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，其特征在于，包括：设置在太阳能板上的太阳能板清洁装置、洒水无人机、物联网云服务器和终端交互装置；

所述太阳能板清洁装置用于执行清洁作业，所述洒水无人机用于拍摄太阳能板的图像数据、接收洒水指令进行洒水、转发清洁指令，所述物联网云服务器用于将清洁指令发送至所述洒水无人机或所述太阳能板清洁装置、将洒水指令发送至所述洒水无人机、接收由所述洒水无人机采集的图像数据并进行分析处理，所述终端交互装置用于接收分析处理结果、图像数据并对所述太阳能板清洁装置、所述洒水无人机进行监控；

所述物联网云服务器分别与所述终端交互装置、洒水无人机、太阳能板清洁装置无线连接，所述洒水无人机还与太阳能板清洁装置无线连接；

所述太阳能板清洁装置包括：清洁机构和设置在清洁机构一端的清洁控制装置，所述清洁控制装置分别与所述洒水无人机、物联网云服务器无线连接；

所述清洁机构包括设置在太阳能板上的移动机构、用于驱动移动机构并耦合在移动机构的移动电机、耦合在移动机构上的清洁部件；

所述移动机构包括设置在太阳能板的板边形成的轨道上的导动轮，分别设置在太阳能板相对边上的两侧板，用于固定设置在两侧板之间的支撑板，用于固定两侧板与导动轮的滑动连接件；

所述清洁部件耦合在支撑板与太阳能板相对的方向上，所述支撑板均与两侧板所在平面垂直，所述清洁控制装置安装在任一侧板上；

在一个局域网区域内，设置至少一个清洁控制装置；

当设置多个清洁控制装置时，设置一个清洁控制装置作为数据汇总节点，即父节点清洁控制装置，其余清洁控制装置作为子节点清洁控制装置，多个清洁控制装置以多对多的形式进行局域网连接；

所述父节点清洁控制装置包括第一温湿度传感器、第一雨水传感器、第一主控板、第一无线传输模块，所述第一主控板分别与第一温湿度传感器、第一雨水传感器、第一无线传输模块连接，所述第一无线传输模块分别与洒水无人机、物联网云服务器无线连接；

所述第一温湿度传感器，用于检测太阳能板周围环境的温湿度数据，所述第一雨水传感器，用于检测雨水数据，所述第一主控板，用于基于子节点清洁控制装置发送的子节点采集数据并将采集到的温湿度数据和雨水数据进行汇总得到采集汇总数据、接收由物联网云服务器或洒水无人机发送的清洁指令执行清洁作业、将清洁指令转发至子节点清洁控制装置、接收由子节点清洁控制装置发送的清洁完成指令并汇总发送至物联网云服务器，所述第一无线传输模块，用于将采集汇总数据发送至洒水无人机、物联网云服务器；

所述子节点清洁控制装置包括第二温湿度传感器、第二雨水传感器、第二主控板、第二无线传输模块，所述第二主控板分别与第二温湿度传感器、第二雨水传感器、第二无线传输模块连接，所述第二无线传输模块分别与第一无线传输模块、洒水无人机、物联网云服务器无线连接；

所述第二温湿度传感器，用于检测太阳能板周围环境的温湿度数据，所述第二雨水传感器，用于检测雨水数据，所述第二主控板，用于将采集的温湿度数据和雨水数据作为子节点采集数据、接收由父节点清洁控制装置转发的清洁指令执行清洁作业、将清洁完成指令发送至父节点清洁控制装置，所述第二无线传输模块，用于将子节点采集数据转发至父节点清洁控制装置。

2.根据权利要求1所述的太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，其特征在于，所述清洁机构还设有分别与清洁部件、支撑板耦合的转动部件，以及用于驱动转动部件的转动电机，所述转动电机与转动部件电连接，所述转动部件通过调整预设转动次数、预设转动角度进行改变清洁部件的清洁动作范围。

3.根据权利要求2所述的太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，其特征在于，所述清洁控制装置还设有用于检测清洁部件的灰尘传感器，所述灰尘传感器设置在安装清洁控制装置的第一侧板上，所述灰尘传感器设置在所述第一侧板朝向清洁部件的方向一侧。

4.根据权利要求1所述的太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，其特征在于，所述第一无线传输模块还设有大功率的天线，所述天线垂直水平面并设置在第一无线传输模块的上方边缘部，所述天线用于发送父节点清洁控制装置汇总的数据。

5.根据权利要求1所述的太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，其特征在于，所述洒水无人机包括第三无线传输模块、图像采集装置、洒水装置、第三主控板；

所述第三无线传输模块，用于接收采集汇总数据并通过通讯基站发送至物联网云服务器，所述图像采集装置，用于采集太阳能板的面板以及无人机周围环境的图像数据，所述洒水装置，用于接收洒水指令进行洒水作业，所述第三主控板，用于控制洒水无人机的飞行、执行图像拍摄、控制洒水装置的洒水作业；

所述第三主控板分别与第三无线传输模块、图像采集装置、洒水装置电连接，所述第三无线传输模块分别与第一无线传输模块、第二无线传输模块、物联网云服务器无线连接。

6.根据权利要求5所述的太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，其特征在于，所述图像采集装置包括红外摄像机和白光摄像机，所述第三主控板分别与所述红外摄像机、白光摄像机连接，通过所述红外摄像机拍摄太阳能板得到第一图像，所述第一图像用于物联网云服务器的检测太阳能板的温度，通过所述白光摄像机拍摄太阳能板得到第二图像，所述第二图像用于物联网云服务器的灰尘识别处理和光斑识别处理。

7.根据权利要求6所述的太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，其特征在于，所述图像数据用于物联网云服务器进行数学建模；

所述物联网云服务器基于所述第一图像得到该区域的太阳能板的环境温度趋势，从而进行温度预测，再配合雨水数据进行天气情况的预测；

所述物联网云服务器基于所述第二图像得到指定区域内的太阳能板的灰尘积累情况，从而进行板载灰尘量预测。

8.根据权利要求5所述的太阳能板清洁装置与洒水无人机物联网布局系统，其特征在于，洒水装置设有蓄水装置，所述蓄水装置还设有设置在蓄水装置一侧的水位传感器，所述水位传感器用于测量蓄水装置的水位数据并传输至所述第三主控板，其中所述水位传感器与所述第三主控板电连接；

所述第三主控板根据水位传感器采集的水位数据并结合PID进行实时调整无人机自稳参数。