CN205827243U - 一种用于粮情监测的无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于粮情监测的无人机，包括四旋翼机身，所述四旋翼机身包括十字交叉分布的旋翼杆和四个旋翼；所述四个旋翼处于同一水平面上，所述旋翼的旋翼杆外端分别设置有电机，在电机的输出端设有螺旋桨；四旋翼机身中心部位安装有下位STM32微处理器；所述四旋翼机身上还安装有温湿度传感器、光敏传感器、MPU6050六轴传感器、NRF24L01无线通信模块、摄像头和SD卡接口电路及内置SD卡；所述温湿度传感器、光敏传感器、MPU6050六轴传感器、NRF24L01无线通信模块、摄像头和SD卡接口电路分别与下位STM32微处理器连接。本实用新型的监测效果好，监测内容全面，监测范围可调，响应及时，实用性强，方便实施，贴近普通农业生产的需求。

Description

一种用于粮情监测的无人机

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，特别是一种用于粮情监测的无人机。

背景技术

当前，粮情监测技术得到了长足发展，基于现代科学技术的粮情监测已成为农业生产和国民经济发展中必不可少的重要环节。这是因为，粮情监测不仅仅是为了农业生产管理，而且往往也是制定国民经济政策的重要依据。我国粮情监测技术在某些邻域已达到世界先进水平，但就整体而言，我国与发达国家相比，任有一定的差距。

我国大部分地区的粮情仍为人工监测，这也是目前农业生产者用得最多的方法。保管员需要频繁巡查，通过观察农作物的几何尺寸、形状、颜色等外观特征判别作物生长的情况，通过实地测量，获取温度、湿度、光照信息。人工观察法简单易行，观察全面，但其工作强度大，监测范围小，耗时长，并且监测结果不准确，效率低下，一般只能给出定性的结论，观察结果主观性较强，不适用于大面积监测，从而耗费了大量的人力、物力、财力。

早期各国应用图像处理的方法进行农作物长势的测定，自遥感技术发展以来，世界各国就开始积极探索利用遥感技术来监测粮情，目前大都采用陆地卫星遥感数据和高分辨率气象遥感数据，遥感监测作物长势。美国农业部农业研究局遥感实验室从1982年开始就使用滤光片式多波段摄像机拍摄目标区的影像，并合成为假彩色图像以用于判断植物生长状况的重要参数。1986年美国又开展农业和资源的空间遥感计划，其中一项就是对粮情的监测。此后，欧盟所属的联合研究中心遥感应用研究所通过实施“遥感农业监测”项目，也成功建成了欧盟区的农作物估产系统。我国发展的高光谱遥感技术为推进现代化农业进程提供了重要支持。随着技术的进一步发展，遥感技术和其它技术结合，对粮情的监测方法作出了很多改进，提高监测精度。

应用遥感技术在节约劳动力方面取得了优势，但其在一定程度上降低了人的判断主观性。若需通过遥感技术得到更多的信息，仍需要大量的工作。若要结合远程监测技术，监测的范围也要受到限制，而且目前该方面远程监测的研究只是处于起步阶段，还有很多技术和工程方面的问题要解决。遥感技术适合于远程大面积粮情监测，对于小范围监测将会增加成本，造成不必要的浪费。由于作物的种类、品种的不同，加上农业生产有一定的复杂性，反映粮情的具体指标可能有很大的差异，如何正确地选择用于反映粮情监测的指标仍然是今后研究工作需要解决的一个重要问题。

目前，实地粮情监测系统也层出不群，它是在人工监测的方式基础上建立起来的。粮情监测系统多用于实地安装，在粮食生长地需要架设通信电缆、电源电缆、控制主机、控制分机、分线器、粮情传感器等，通过传感器对粮情的的测量，再经电缆的传输，将粮情信息反馈给主机。实地监测有利于节省劳动力，数据反馈及时，但由于其占地面积较大，外界电磁干扰较强，对粮食的生长会产生较大影响，而且整套装置的成本高，大大超过了生产者的经济承受能力，测量范围固定，实用性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于粮情监测的无人机。

本实用新型解决上述问题的技术方案为：一种用于粮情监测的无人机，包括四旋翼机身，所述四旋翼机身包括十字交叉分布的旋翼杆和四个旋翼；所述四个旋翼处于同一水平面上，所述旋翼的旋翼杆外端分别设置有电机，在电机的输出端设有螺旋桨；四旋翼机身中心部位安装有下位STM32微处理器；

所述四旋翼机身上还安装有温湿度传感器、光敏传感器、MPU6050六轴传感器、NRF24L01无线通信模块、摄像头和SD卡接口电路及内置SD卡；所述温湿度传感器、光敏传感器、MPU6050六轴传感器、NRF24L01无线通信模块、摄像头和SD卡接口电路分别与下位STM32微处理器连接。

按上述方案，所述螺旋桨包括一对正螺旋桨和一对反螺旋桨

按上述方案，所述旋翼的旋翼杆外端分别设置的电机为无刷直流电机。

按上述方案，所述无刷直流电机均连接有电子调速器。

按上述方案，所述四旋翼机身上还安装有蜂鸣器和LED灯。

按上述方案，所述无人机的电源为锂电池。

该装置工作的原理是：全程采用SPI全双工无线通信。PC机通过无线通信向无人机发送控制指令，不仅控制无人机的运动状态，而且在必要时，可发送拍照指令，控制无人机上的OV7670摄像头拍下农作物当前状态，并将照片数据存储在无人机上的SD卡中。无人机将所在地域测量所得温度信息、湿度信息、光照信息通过无线通信的方式传输给PC机，同时将数据存储在SD卡中，供操作员观测并统计。

本实用新型装置带来的有益效果是：

1.本实用新型无人机可监测到粮食生长环境的温度、湿度以及光照强度，并且记录时间、地点等信息，也可根据需求，实时拍照，记录粮食当时的生长情况，方便以后对粮食监测的统计；

2.本实用新型在一定程度上具有自保护功能，从而避免了不必要的损失；

3.本实用新型的监测效果好，监测内容全面，监测范围可调，响应及时，实用性强，方便实施，贴近普通农业生产的需求。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的装置的结构示意图；

图1是无人机的结构示意图。

图2是无人机的电气连接图。

图3是无人机主控芯片STM32的电气原理图。

图4是信息无线传递的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

基于STM32的小型粮情监测无人机基本的结构如图1所示，图1中零部件的标号说明：1,3,4,5是2212无刷直流电机，2,9正螺旋桨，8,10反螺旋桨，6是无人机控制板，7是STM32微处理器单元。

本实用新型无人机,控制板6采用四旋翼机构， 2212无刷直流电机1,3,4,5分别位于旋翼的四个轴上，所述2212无刷直流电机1,4轴上分别安装1045正螺旋桨2,9，所述2212无刷直流电机3,5轴上分别安装1045反螺旋桨8,10，所述无人机控制板中心部分安装下位STM32微处理器7。

无人机上装载的外部设备的电气连接示意如图2所示，所述2212无刷直流电机1,3,4,5,各连接一个电子调速器，所述下位STM32微处理器7周围分别连有DHT11温湿度传感器、蜂鸣器、LED灯、光敏传感器、MPU6050六轴传感器、NRF24L01无线通信模块，所述无人机控制板6下侧装设有OV7670摄像头、SD卡接口电路及内置SD卡、11.1V动力锂电池。

无人机主控芯片STM32的电气原理图如图3所示，用于控制整个无人机的飞行和监测的任务。

本实用新型主要操作部分是PC机，所述PC机经串口与上位STM32微处理器相连，所述上位STM32微处理器与NRF24L01无线通信模块相连，所述上位STM32微处理器与蜂鸣器相连。本实用新型通过SPI无线通信经上、下位STM32微处理器的信息处理，达到PC机与无人机之间的信息交互。

所述NRF24L01无线通信模块有两个，分别与上、下位STM32微处理器相连。

所述蜂鸣器有两个，分别与上、下位STM32微处理器相连。

本实用新型无线通信的信息传递过程如图4所示，下面结合图4，更进一步说明无人机的控制及其粮情监测过程。

在无人机起飞监测前，先要对无人机进行初始化，标明其监测范围，通过PC机制定其初始的位置坐标，方便以后对监测到的数据地理位置进行查找。同时，需要同步当前时刻，即可对监测数据时的时间进行记录，反映数据的实时性。

无人机初始化后，操作员通过PC机输入飞行指令，上位STM32微处理器对飞行的指令进行处理，并且将处理所得信息通过与其相连的NRF24L01无线通信模块送至无人机。无人机上的NRF24L01无线通信模块接收来自PC机部分的无线信号，并将该信号送入与其相连的下位STM32微处理器。下位STM32微处理器对PC机经无线传输的指令进行解析，并且产生相应的PWM信号控制无人机四轴上的电子调速器，使其控制流经各个无刷直流电机的电流大小，从而实现电机的转速发生改变。飞行控制板受到不平衡力的作用，其运动状态将受到改变，从而达到飞行控制指令的要求。无人机在执行控制指令的同时，不断经下位STM32微处理器的PID控制调整自身的飞行状态，使其飞行误差达到规定范围内，这就保证了无人机高效的飞行。

飞行的状态信息经MPU6050六轴传感器检测，下位STM32微处理器收集这些飞行状态信息，并经过NRF24L01无线模块发送，上位STM32微处理器经NRF24L01无线模块接收数据后将其送入PC机，即可在PC机上呈现当时无人机的飞行状态信息，并显示其3D动态图像。

在飞行过程中，无人机实时经DHT11温湿度传感器采集当地粮食生长环境的温湿度信息，同时经光敏传感器采集当地的光照强度信息。下位STM32微处理器将这些信息收集，并且读取当时的地理坐标和时间，一并存储SD卡中，方便以后的统计工作，并且经过NRF24L01无线通信模块发送采集到的温湿度、光照强度、位置坐标及时间信息。上位STM32微处理器经与之相连的NRF24L01无线模块接收这些信息，并将其送入PC机中，PC机即可呈现所测得的粮情信息。

若PC机发送拍照指令，经上位STM32微处理器处理后，再次经与处理器相连的NRF24L01无线模块发送。下位STM32微处理器经NRF24L01无线模块接收这些指令，用于控制OV7670摄像头。在配置好摄像头的相关参数后，摄像头开始拍照，因图像的数据过于繁琐，若无线传输数据将会影响整个无人机系统的运行。所以下位STM32微处理器将图像数据进行BMP编码后，连同位置坐标、时间，一并存如SD卡中。待监测任务完成后，取下SD卡，插入PC机中即可呈现所拍图像，显示相关信息。

Claims (6)

1.一种用于粮情监测的无人机，其特征在于，包括四旋翼机身，所述四旋翼机身包括十字交叉分布的旋翼杆和四个旋翼；所述四个旋翼处于同一水平面上，所述旋翼的旋翼杆外端分别设置有电机，在电机的输出端设有螺旋桨；四旋翼机身中心部位安装有下位STM32微处理器；

所述四旋翼机身上还安装有温湿度传感器、光敏传感器、MPU6050六轴传感器、NRF24L01无线通信模块、摄像头和SD卡接口电路及内置SD卡；所述温湿度传感器、光敏传感器、MPU6050六轴传感器、NRF24L01无线通信模块、摄像头和SD卡接口电路分别与下位STM32微处理器连接。

2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述螺旋桨包括一对正螺旋桨和一对反螺旋桨。

3.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述旋翼的旋翼杆外端分别设置的电机为无刷直流电机。

4.根据权利要求3所述的无人机，其特征在于，所述无刷直流电机均连接有电子调速器。

5.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述四旋翼机身上还安装有蜂鸣器和LED灯。

6.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机的电源为锂电池。