CN207833333U - 一种用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，包括处理器模块、电源模块、2.4GHz无线控制模块、气压计模块、运动传感器模块、ZigBee模块和GPRS模块。本装置主要采用STM32F407VGT6构成核心处理器模块，电源模块分别提供5V和3.3V电源。无线控制模块通过SPI总线与核心处理器建立连接。气压计模块采用MS5611核心实现无人机定高飞行。运动传感器模块实现3轴陀螺仪和3轴加速度计。ZigBee模块与柑橘园节点建立无线连接。本装置能够降低柑橘园信息采集节点组网复杂度，提高网络稳定性，降低数据传输丢包率，降低节点整体功耗，提高大规模果园环境信息获取效率，值得推广。

Description

一种用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置

技术领域

本实用新型涉及山地柑橘园环境信息获取技术领域，尤其涉及一种用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置。

背景技术

柑橘是我国重要经济作物，我国的柑橘种植规模和产量均居世界前列，但是由于我国长期以来农业生产机械化、信息化水平较低，更多是以人工经验作为依据进行柑橘种植和生产，缺乏科学化的管理手段，因此我国柑橘亩产低于世界平均水平。

随着物联网技术兴起，利用无线传感器网络进行柑橘园信息获取成为一种可行的解决方案。将节点部署在果园中，通过无线自组网的方式实现数据的传输，最终需要通过网关将数据传输至远程服务器。传统的无线传感器网关采用固定位置的方式，节点数据通过中继路由不断转发最终到达网关，在此过程中容易产生数据丢包、节点需要频繁同步唤醒、节点间需要不断进行时间同步、数据传输功耗较大的问题。

为了解决以上问题，本实用新型设计了一种用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，该装置能够在柑橘园上方飞行，并在到达节点上方时启动无线连接接收数据，并将数据转发至远程服务器，减少了数据丢包情况的发生，降低了数据传输需要不断转发带来的功耗问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、能够方便获取柑橘园环境信息的无人机网关装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，该无人机网关装置用于飞往山地柑橘园上空，通过无线连接的方式对柑橘园内固定的节点进行数据采集并发送到远程服务器。该无人机网关装置的结构主要包括用于接收并处理各传感器数据的处理器模块、用于提供稳定电压的电源模块、用于连接并控制无人机的2.4GHz无线控制模块、用于检测并控制无人机高度的气压计模块、用于检测并控制无人机姿态的运动传感器模块、用于连接各个节点的ZigBee模块、以及连接远程服务器并发送数据的GPRS模块。

具体的，所述处理器模块分别与2.4GHz无线控制模块、气压计模块、运动传感器模块、ZigBee模块、以及GPRS模块电连接，实现无人机的连接及控制、无人机高度的检测及控制、无人机飞行姿态的检测及控制、无人机与节点之间的数据传输、以及无人机与远程服务器之间的数据传输。

具体的，所述电源模块分别与处理器模块、2.4GHz无线控制模块、气压计模块、运动传感器模块、ZigBee模块、GPRS模块电连接，实现整个装置的稳定供电。

作为本实用新型的优选方案，所述处理器模块采用型号为STM32F407VGT6的低功耗高性能核心处理芯片，该芯片基于ARM Cortex-M4高性能内核，主频为180MHz，内部ROM为1MB，具有高速运算能力。

作为本实用新型的优选方案，所述电源模块分别采用型号为LM2596S-5.0和LM2596S-3.3的开关电源芯片来提供5V和3.3V电压。该型芯片具有宽电压工作范围，并能够输出最大电流达到3A，使得装置具备较高的设计冗余，能够提高装置的可靠性。

作为本实用新型的优选方案，所述2.4GHz无线控制模块采用型号为NRF24L01的芯片。该芯片采用SPI串行通信协议，工作在全球通用的2.4GHz频段，具有可靠性高和成本低的特点。

作为本实用新型的优选方案，所述气压计模块采用型号为MS5611的高精度气压传感器芯片。该芯片采用SPI串行通信协议，其分辨率可以达到10cm，能够满足装置定高的需求。

作为本实用新型的优选方案，所述运动传感器模块采用型号为MPU6050的可测量3轴角加速度和3轴加速度的高精度芯片。该芯片采用I2C通信协议，能够实时测量无人机3轴加速度和3轴角加速度，同时该芯片具有可靠性高，价格低的优点。

作为本实用新型的优选方案，所述ZigBee模块采用型号为CC2630的具备双内核的芯片，该芯片具备低功耗和高性能的特点，芯片内部具有双核心，一个核心负责实现ZigBee底层协议，另一个核心负责数据传输。

作为本实用新型的优选方案，所述GPRS模块采用型号为WG-8010-232的模块，该模块使用RS232转TTL电路实现模块与处理器通信，具备自动休眠和自动重连功能，能够降低功耗，并在需要传输数据时自动重新与服务器建立远程连接。

本实用新型的工作过程和原理是：本实用新型通过NRF24L01无线控制模块来操作无人机在柑橘园飞行来采集各个节点数据，通过运动传感器MPU6050实现无人机飞行姿态检测，通过MS5611气压传感器实现高度控制。当无人机到达节点上方时，启动ZigBee无线连接，接收节点数据，之后对数据进行特殊格式化后通过串口将数据传输至GPRS模块，由GPRS模块发起TCP/IP请求，与远程服务器建立连接，并将数据传输给远程服务器。本实用新型还具有结构简单、操作方便、系统运行稳定的优点。

与现有技术相比，本实用新型还具有以下优点：

(1)本实用新型设计合理、实用性强，采用STM32F407VGT6高性能嵌入式处理器，该处理器处理无人机飞行姿态数据及时，响应速度快，对节点数据处理速度快。

(2)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置采用转换效率达80％、开关频率达1.25KHz的双路开关电源来为整个装置提供稳定电源。

(3)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置采用通信总线为SPI的NRF24L01无线控制芯片，该模块与手持遥控连接，响应用户对无人机的各种操作与控制。

(4)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置采用6轴运动传感器MPU6050，该传感器具备低功耗特点，该传感器角加速度检测范围根据不同精度，具有±250、±500、±1000与±2000°/sec几种检测范围，加速度检测范围根据不同精度，具有±2g、±4g、±8g与±16g几种检测范围，可以实现无人机姿态实时精确检测。

(5)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置采用高精度气压计MS5611，能够根据不同气压值从而计算出不同高度，实现无人机定高飞行。

(6)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置采用TI公司的CC2630无线模块，工作电流为2mA，能够实现低功耗数据传输。

(7)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置使用通用机架F450，廉价易得，可维护性好，可靠性较高。

附图说明

图1是本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置的控制系统框图。

图2是本实用新型所提供的处理器模块的电路原理图。

图3是本实用新型所提供的运动传感器模块的电路原理图。

图4是本实用新型所提供的气压计模块的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型公开了一种用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，该无人机网关装置主要包括处理器模块、电源模块、2.4GHz无线控制模块、气压计模块、运动传感器模块、ZigBee模块、GPRS模块。所述处理器模块分别与电源模块、2.4GHz无线控制模块、气压计模块、运动传感器模块、ZigBee模块、GPRS模块相连。所述电源模块分别与处理器模块、2.4GHz无线控制模块、气压计模块、运动传感器模块、ZigBee模块、GPRS模块相连。

本实施例中一种用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置以STM32F407VGT6处理器为核心，由处理器STM32F407VGT6和基本外围电路组成。本处理器模块包括上电自动复位功能。

如图1所示，为一种用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置的结构图，其工作流程具体为：当用户通过遥控器发出对无人机控制操作后，由NRF24L01无线控制模块接收用户操作数据，处理器模块响应来自NRF24L01的请求，并调用MPU6050运动传感器检测当前无人机运动姿态，调用MS5611气压计检测当前高度，并保持该高度，按照用户的操作去改变控制状态，当CC2630模块接收到数据后，通过GPRS模块发起TCP/IP请求，将数据传输到远程服务器。数据传输完成后，继续等待用户下一操作。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型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实用新型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，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，其特征在于，包括处理器模块、电源模块、用于连接并控制无人机的2.4GHz无线控制模块、用于检测并控制无人机高度的气压计模块、用于检测并控制无人机姿态的运动传感器模块、用于连接各个节点的ZigBee模块、以及连接远程服务器并发送数据的GPRS模块；

所述处理器模块分别与2.4GHz无线控制模块、气压计模块、运动传感器模块、ZigBee模块、以及GPRS模块电连接，实现无人机的连接及控制、无人机高度的检测及控制、无人机飞行姿态的检测及控制、无人机与节点之间的数据传输、以及无人机与远程服务器之间的数据传输；

所述电源模块分别与处理器模块、2.4GHz无线控制模块、气压计模块、运动传感器模块、ZigBee模块、GPRS模块电连接，实现整个装置的稳定供电。

2.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，其特征在于，所述处理器模块采用型号为STM32F407VGT6的核心处理芯片。

3.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，其特征在于，所述电源模块分别采用型号为LM2596S-5.0和LM2596S-3.3的开关电源芯片来提供5V和3.3V电压。

4.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，其特征在于，所述2.4GHz无线控制模块采用型号为NRF24L01的芯片。

5.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，其特征在于，所述气压计模块采用型号为MS5611的高精度气压传感器芯片。

6.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，其特征在于，所述运动传感器模块采用型号为MPU6050的可测量3轴角加速度和3轴加速度的高精度芯片。

7.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，其特征在于，所述ZigBee模块采用型号为CC2630的具备双内核的芯片，实现ZigBee底层协议和数据传输高效独立控制。

8.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息获取的无人机网关装置，其特征在于，所述GPRS模块采用型号为WG-8010-232的模块，并使用RS232转TTL电路实现模块与处理器通信。