CN106094878A - 一种农用无人机***架构 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供了一种农用无人机***架构，包括无人机本体和地面监控中心，所述无人机本体内设有飞行控制子***和任务执行子***，所述飞行控制子***和任务执行子***分别与地面监控中心进行无线通信；所述飞行控制子***包括第一微处理器和第二微处理器，所述第一微处理器和第二微处理器之间通过串行总线连接，所述第一微处理器的输出端口连接有电子调速器，所述电子调速器电连接有伺服电机。本发明创造所述的农用无人机，实现了自动导航，自动辨别上一次喷洒的方位，避免了农药的重复喷洒和浪费。
Description
技术领域
本发明创造属于无人机技术领域，尤其是涉及一种农用无人机***架构。
背景技术
作为一个农业大国，农用机械化使用程度是国家农业生产力的重要标志，随着劳动力成本的增加及科学技术的发展，农用无人机越来越受到世界各国各界的广发关注。
农用无人机由三部分组成：飞行平台、任务***(例如拍摄***、喷洒***等)和飞控***，通过地面遥控或GPS控制来完成定位，可以检测作物生长和病虫害的情况、喷洒药剂、种子和粉剂，其具有操作简单、效率高、喷洒效果好的优点，已经被广泛应用于农业植保领域。
但是现有的农用无人机在工作过程中，通常采用人工遥控的方式，无法实现自动导航，在喷洒农药时，无法得知农药的剩余量，无人机补充农药返回工作区域时，无法确定从哪里继续喷洒，势必造成农药的重复喷洒和浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种农用无人机***架构，以实现自动导航，自动辨别上一次喷洒的方位，避免了农药的重复喷洒和浪费。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种农用无人机***架构，包括无人机本体和地面监控中心，所述无人机本体内设有飞行控制子***和任务执行子***，所述飞行控制子***和任务执行子***分别与地面监控中心进行无线通信；
所述飞行控制子***包括第一微处理器和第二微处理器，所述第一微处理器和第二微处理器之间通过串行总线连接，所述第一微处理器的输出端口连接有电子调速器，所述电子调速器电连接有伺服电机，所述第二微处理器的输入端口分别电连接有气压高度传感器、温湿度传感器、IMU模块和GPS模块，所述第二微处理器还电连接有数据存储模块；
所述任务执行子***包括第三微处理器，所述第三微处理器分别与第一微处理器和第二微处理器电连接，所述第三微处理器的输出端连接有电子控制阀，所述电子控制阀控制喷药装置的启闭。
进一步的，所述飞行控制子***还包括第一电源模块，第一电源模块为电子调速器供电，所述第一电源模块电连接有第一稳压模块，第一电源模块通过第一稳压模块分别为第一微处理器和第二微处理器供电。
进一步的，所述任务执行子***还包括第二电源模块，第二电源模块为电子控制阀供电，所述第二电源模块电连接有第二稳压模块，第二电源模块通过第二稳压模块为第三微处理器供电。
进一步的，所述第三微处理器的输入端口电连接有高清运动摄像头，所述第三微处理器还电连接有视频存储模块。
进一步的，所述第一微处理器、所述第二微处理器和所述第三微处理器分别连接有JTAG接口电路。
进一步的，所述地面控制中心包括地面监控计算机、遥控器和第三电源模块，所述地面监控计算机连接有第一显示器、第二显示器、第一数传电台、第一图传电台，所述第三电源模块通过电源管理模块分别为地面监控计算机、第一数传电台和第一图传电台供电。
进一步的，所述第一微处理器的输入端口电连接有用于接收遥控器信号的第一接收机，所述第三微处理器的输入端口电连接有用于接收遥控器信号的第二接收机。
进一步的，所述第二微处理器电连接有用于与第一数传电台进行通信的第二数传电台，所述第三微处理器电连接有用于与第一图传电台进行通信的第二图传电台。
进一步的，所述第一微处理器和所述第二微处理器之间连接的串行总线为SPI总线。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种农用无人机***架构具有以下优势：
本发明所述的农用无人机既可人工操控，也可自动导航，在喷洒农药时，可自动计算出农药的剩余量，剩余量达到设定的预设阈值时，无人机返航补充农药，补充完农药后，无人机可自动寻找到无人机返航时刻的位置，继续执行喷洒任务，避免了农药的重复喷洒和浪费；此外，无人机可采集农作物的图像信息，监测农作物的水分状况、生长状况以及是否发生疾病。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的整体***结构框图；
图2为本发明创造实施例所述的飞行控制子***结构框图；
图3为本发明创造实施例所述的任务执行子***结构框图；
图4为本发明创造实施例所述的地面监控中心结构框图。
附图标记说明：
1-无人机本体；11-飞行控制子***；111-第一微处理器；112-第二微处理器；113-第一接收机；114-JTAG接口；115-电子调速器；116-第一电源模块；117-第二数传电台；118-数据存储模块；119-GPS模块；1110-IMU模块；1111-温湿度传感器；1112-气压高度传感器；1113-第一稳压模块；1114-伺服电机；12-任务执行子***；121-第三微处理器；122-第二图传电台；123-第二接收机；124-第二稳压模块；125-电子控制阀；126-第二电源模块；127-视频存储模块；128-高清运动摄像头；129-喷药装置；2-地面监控中心；211-地面监控计算机；212-第一数传电台；213-电源管理模块；214-第三电源模块；215-第一图传电台；216-第二显示器；217-第一显示器；22-遥控器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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发明创造和简化描述，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发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1所示，一种农用无人机***架构，包括无人机本体1和地面监控中心2，所述无人机本体1内设有飞行控制子***11和任务执行子***12，所述飞行控制子***11和任务执行子***12分别与地面监控中心2进行无线通信。
如图2所示，所述飞行控制子***11包括第一微处理器111和第二微处理器112，所述第一微处理器111和第二微处理器112之间通过SPI串行总线连接，所述第一微处理器111的输出端口连接有电子调速器115，所述电子调速器115电连接有伺服电机1114，所述第二微处理器112的输入端口分别电连接有气压高度传感器1112、温湿度传感器1111、IMU模块1110和GPS模块119，所述第二微处理器112还电连接有数据存储模块118；所述飞行控制子***11还包括第一电源模块116，第一电源模块116为电子调速器115供电，所述第一电源模块116电连接有第一稳压模块1113，第一电源模块116通过第一稳压模块1113分别为第一微处理器111和第二微处理器112供电。
如图3所示，所述任务执行子***12包括第三微处理器121，所述第三微处理器121分别与第一微处理器111和第二微处理器112电连接，所述第三微处理器121的输出端连接有电子控制阀125，所述电子控制阀125控制喷药装置129的启闭；所述任务执行子***12还包括第二电源模块126，第二电源模块126为电子控制阀125供电，所述第二电源模块126电连接有第二稳压模块124，第二电源模块126通过第二稳压模块124为第三微处理器121供电；所述第三微处理器121的输入端口电连接有高清运动摄像头128，所述第三微处理器121还电连接有视频存储模块127。
如图4所示，所述地面控制中心2包括地面监控计算机211、遥控器22和第三电源模块214，所述地面监控计算机211连接有第一显示器217、第二显示器216、第一数传电台212、第一图传电台215，所述第三电源模块214通过电源管理模块213分别为地面监控计算机211、第一数传电台212和第一图传电台215供电。
如图2-3所示，所述第一微处理器111、所述第二微处理器112和所述第三微处理器121分别连接有JTAG接口114电路，所述第一微处理器111的输入端口电连接有用于接收遥控器22信号的第一接收机113，所述第三微处理器121的输入端口电连接有用于接收遥控器22信号的第二接收机123；所述第二微处理器112电连接有用于与第一数传电台212进行通信的第二数传电台117，所述第三微处理器121电连接有用于与第一图传电台215进行通信的第二图传电台122。
本实施例的工作过程：无人机飞行过程中，第二微处理器112实时采集气压高度传感器1112、温湿度传感器1111、IMU模块1110和GPS模块119的数据，处理后保存在数据存储模块118，气压高度传感器1112、IMU模块1110和GPS模块119的数据经SPI总线发送给第一微处理器111，第一微处理器111调用控制算法将接收到的数据转换成相应的PWM控制信号作用于电子调速器115，用于驱动伺服电机1114，实时调整无人机的飞行状态；同时，第二微处理器112将采集的传感器数据通过第二数传电台117发送至地面监控***的第一数传电台212，地面监控计算机211读取第一数传电台212接收的数据，在第一显示器217中显示，并保存在地面监控计算机211内；
无人机飞行过程中，高清运动摄像头128采集农作物的视频信息，发送至第三微处理器121，第三微处理器121将视频信息处理后保存在视频存储模块127中，同时，经第二图传电台122发送至地面监控***的第一图传电台215，地面监控计算机211读取第一图传电台215接收的视频数据，在第二显示器216中显示，并保存在地面监控计算机211内，根据视频信息中农作物的图像信息，监测农作物的水分状况、生长状况、是否发生疾病；
在喷洒农药时，利用地面监控中心的遥控器22向第二接收机123发送控制指令，第三微处理器121读取第二接收机123接收到的控制指令，并向电子控制阀125发送相应的控制信号，电子控制阀125根据接收到的控制信号驱动喷药装置129，进行农药的喷洒；
农药喷洒过程中，第三微处理器121根据预设的喷洒速度和预载的农药量计算出农药的剩余量，当农药剩余量达到预设阈值时，第三微处理器121向第二微处理器112发出报警信号，第二微处理器112将收到报警信号时刻的气压高度传感器1112、温湿度传感器1111、IMU模块1110和GPS模块119的数据单独保存在数据存储模块118中，同时，第三微处理器121向第一微处理器111发出返航命令，第一微处理器111收到返航命令后向电子调速器115发出相应的PWM控制信号，并作用于伺服电机1114，使无人机返回地面进行农药的补充；
无人机补充农药后继续执行任务，第二微处理器112实时采集气压高度传感器1112、温湿度传感器1111、IMU模块1110和GPS模块119的数据，并与返航时刻单独存储在数据存储模块118的传感器数据进行比较，当两组数据基本相等时，确定此时的无人机位置即为返航时刻的无人机位置，第二微处理器111向第三微处理器121发送任务信号，由此位置继续执行喷洒任务。
无人机飞行过程中，地面操作人员也可利用遥控器22向第一接收机113发送控制指令，达到人工操作的目的。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种农用无人机***架构，其特征在于：包括无人机本体(1)和地面监控中心(2)，所述无人机本体(1)内设有飞行控制子***(11)和任务执行子***(12)，所述飞行控制子***(11)和任务执行子***(12)分别与地面监控中心(2)进行无线通信；
所述飞行控制子***(11)包括第一微处理器(111)和第二微处理器(112)，所述第一微处理器(111)和第二微处理器(112)之间通过串行总线连接，所述第一微处理器(111)的输出端口连接有电子调速器(115)，所述电子调速器(115)电连接有伺服电机(1114)，所述第二微处理器(112)的输入端口分别电连接有气压高度传感器(1112)、温湿度传感器(1111)、IMU模块(1110)和GPS模块(119)，所述第二微处理器(112)还电连接有数据存储模块(118)；
所述任务执行子***(12)包括第三微处理器(121)，所述第三微处理器(121)分别与第一微处理器(111)和第二微处理器(112)电连接，所述第三微处理器(121)的输出端连接有电子控制阀(125)，所述电子控制阀(125)控制喷药装置(129)的启闭。
2.根据权利要求1所述的一种农用无人机***架构，其特征在于：所述飞行控制子***(11)还包括第一电源模块(116)，第一电源模块(116)为电子调速器(115)供电，所述第一电源模块(116)电连接有第一稳压模块(1113)，第一电源模块(116)通过第一稳压模块(1113)分别为第一微处理器(111)和第二微处理器(112)供电。
3.根据权利要求1所述的一种农用无人机***架构，其特征在于：所述任务执行子***(12)还包括第二电源模块(126)，第二电源模块(126)为电子控制阀(125)供电，所述第二电源模块(126)电连接有第二稳压模块(124)，第二电源模块(126)通过第二稳压模块(124)为第三微处理器(121)供电。
4.根据权利要求1所述的一种农用无人机***架构，其特征在于：所述第三微处理器(121)的输入端口电连接有高清运动摄像头(128)，所述第三微处理器(121)还电连接有视频存储模块(127)。
5.根据权利要求1所述的一种农用无人机***架构，其特征在于：所述第一微处理器(111)、所述第二微处理器(112)和所述第三微处理器(121)分别连接有JTAG接口(114)电路。
6.根据权利要求1所述的一种农用无人机***架构，其特征在于：所述地面控制中心(2)包括地面监控计算机(211)、遥控器(22)和第三电源模块(214)，所述地面监控计算机(211)连接有第一显示器(217)、第二显示器(216)、第一数传电台(212)、第一图传电台(215)，所述第三电源模块(214)通过电源管理模块(213)分别为地面监控计算机(211)、第一数传电台(212)和第一图传电台(215)供电。
7.根据权利要求6所述的一种农用无人机***架构，其特征在于：所述第一微处理器(111)的输入端口电连接有用于接收遥控器(22)信号的第一接收机(113)，所述第三微处理器(121)的输入端口电连接有用于接收遥控器(22)信号的第二接收机(123)。
8.根据权利要求6所述的一种农用无人机***架构，其特征在于：所述第二微处理器(112)电连接有用于与第一数传电台(212)进行通信的第二数传电台(117)，所述第三微处理器(121)电连接有用于与第一图传电台(215)进行通信的第二图传电台(122)。
9.根据权利要求1所述的一种农用无人机***架构，其特征在于：所述第一微处理器(111)和所述第二微处理器(112)之间连接的串行总线为SPI总线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161109 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |