CN201522628U - 基于单片机的智能超低空施药控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于单片机的智能超低空施药控制系统，属于农林施药控制技术领域。该控制系统含有单片机构成的控制模块；所述控制模块的通讯端通过通讯接口与飞机控制主机连接，控制输出端通过放大电路接喷洒装置控制继电器。工作时，当地面站通过机载无线通讯系统把控制信号发送给无人机后，无人机控制主机将信号中转，通过通讯端口将指令信号发送至本实用新型控制系统的控制模块，该模块接收后根据指令，控制喷洒装置的继电器动作，从而完成所需的低空施药喷洒控制，并可返回设备状态、报警信号等，因此可以配合地面GPS航路规划，实现多种操作模式实施精准喷药的智能控制，显著提高施药效率。

Description

基于单片机的智能超低空施药控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种施药控制系统，尤其是一种基于单片机的智能超低空施药控制系统，属于农林施药控制技术领域。

背景技术

据申请人了解，目前精准农业技术大多使用于地面机具上，而在无人机上加载尚无相关资料可以借鉴。无人机、特别是无人直升机的飞行及控制方式与地面机具大不相同，它是一个多执行机构、多姿态反馈、高运算要求的复杂系统。以往精准技术是在机具(车)内植入变量控制系统，直接控制机具行走与作业。出于安全以及成本方面的考虑，地面机具的控制系统显然不适合在无人机上使用。

此外，飞机的飞行速度比地面机车行驶速度快很多，施药时机稍有延误，就会造成大面积的漏喷或多喷现象，所以飞机上加载的施药系统在运算速度、指令发送和反馈速度、以及各个机构间通讯速度都有很高的要求。以往精准技术经常使用的CAN总线+PLC的方法不适合用于飞行中施药，也不能与飞行控制系统相匹配。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种可以借助无人机原有控制主机、在地面控制下实现低空高精度精准施药的基于单片机的智能超低空施药控制系统。

为了达到以上目的，本实用新型的基于单片机的智能超低空施药控制系统含有单片机构成的控制模块；所述控制模块的通讯端通过通讯接口与飞机控制主机连接，且其控制输出端通过放大电路接喷洒装置控制继电器。

本实用新型进一步的完善是，还含有液位报警及工作状态反馈电路，所述液位报警及工作状态反馈电路的输出端接控制模块的对应接口。

工作时，由于无人机本身具有一套完整的控制机构，因此可以把施药作业系统与飞行控制指令相耦合，用串口和特定的通讯协议完成信息交换，使飞机按预定的航路飞行。当地面站通过机载无线通讯系统把控制信号发送给无人机后，无人机控制主机将信号中转，通过通讯端口将指令信号发送至本实用新型控制系统的控制模块，该模块接收后根据指令，控制喷洒装置的继电器动作，从而完成所需的低空施药喷洒控制，并可返回设备状态、报警信号等。

本实用新型的有益效果包括：

1、使用通讯接口(兼容串口)通讯，可以配合地面GPS航路规划、智能控制、手动等多种操作模式实施精准喷药。

2、集通讯、报警等功能于一体，可实时掌控施药的过程，避免漏施、少施等情况的发生。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型的控制原理框图。

图2为本实用新型一个实施例控制模块的电路原理图。

图3为本实用新型一个实施例其它部分的电路原理图。

具体实施方式

实施例一

本实施例基于单片机的智能超低空施药控制系统基本构成如图1所示，MSP430-F49单片机构成的控制模块通讯端通过MAX488通讯接口与飞机控制主机PC104连接，其控制输出端通过放大电路接喷洒装置(直流泵)控制继电器。图中LI4245是电压环境转换模块，用于提供3.3-5V环境电压，LM2576是电源调节模块，调节其中的可调电阻可以改变输出电压。

控制模块的具体电路如图2所示，图3中左侧是继电器电路(左上接插口引出的部分)和液位报警及工作状态反馈电路(左下接插口引出的部分)，右侧上是通讯电路，右侧下是放大电路。

控制模块以MSP430-F49单片机芯片为核心，其控制信号输出端通过图2右侧的U7、U8(SN74LV4245)电压环境转换模块之一后经接插口J1与图3右侧下放大电路的对应接插口J1接插连接。该放大电路主要由一组并联的放大三极管T1-T8构成，其右侧的输出接插口J2与图3左上继电器电路的对应接插口J2接插连接，进而通过该继电器电路上部的接插口J3外接直流泵等喷洒装置，因此可以实现控制模块对喷洒装置的精确控制。此外，图3左下的液位报警及工作状态反馈电路的输出端通过接插口J4接于控制模块右下方的对应接插口接插，从而可以将液位和工作状态信号反馈给控制模块。

图2中控制模块MSP430-F49最左侧的接插口J5与图3中右侧上的通讯电路对应接插口插接，进而通过该电路的另一接插口J6与飞机控制主机连接。

工作时，控制模块配合地面的GPS航路规划，接受上位机的指令和向地面发回喷洒作业工作状态信号。机载药箱升空后，飞机接受地面发出GPS航路规划指令。当飞机飞至预定的开始喷洒作业点和结束喷洒作业点时，立即接通和关闭喷洒作业执行部分的电源，该模块向地面发回喷洒作业工作状态信号。

当系统发生药量不足的液位报警时，控制模块立即关闭喷洒作业执行部分的电源，同时向地面发回报警信号。人机通讯采用稳定性高的RS422串口通信，通讯过程采用高速光耦进行隔离，保证了信号收发的可靠性。

在药箱随机升空后，实施喷洒作业的前提是农药的剩余量足可以继续喷洒。当药箱内的农药剩余量不足以继续喷洒，应立即停止喷洒作业。在药箱底部安装了液位传感器，控制模块实时读取液位信息，当药量不足，液位传感器报警时，立即停止喷洒作业，同时向地面发出液位报警信号。

本实施例的喷洒装置包括直流液压泵、离心雾化喷头和持力悬臂。直流液压泵在额定电压下，提供稳定的液压。离心雾化喷头由直流电机联接带动。直流电机的转速与提供的电压呈一定关系，在液压一定的条件下，雾化的效果和离心雾化喷头的转速呈一定的关系。经过试验，找出电机转速与雾化效果的最佳匹配点，在作业时通过电子装置将电机电压调至最佳工作点。由主控芯片控制中间继电器的通断来控制喷洒作业执行部分电源的导通与关断。经实验，喷洒作业执行部分工作稳定。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于单片机的智能超低空施药控制系统，其特征在于：含有单片机构成的控制模块；所述控制模块的通讯端通过通讯接口与飞机控制主机连接，控制输出端通过放大电路接喷洒装置控制继电器。

2.根据权利要求1所述基于单片机的智能超低空施药控制系统，其特征在于：还含有液位报警及工作状态反馈电路，所述液位报警及工作状态反馈电路的输出端接控制模块的对应接口。

3.根据权利要求1或2所述基于单片机的智能超低空施药控制系统，其特征在于：所述控制模块的控制输出端通过电压环境转换模块后，经过放大电路与喷洒装置继电器连接。

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