CN106708105A - 无人机喷药控制***、喷药装置以及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农牧业智能化装备技术领域，具体而言，涉及一种无人机喷药控制***、喷药装置以及无人机，该***包括：信息采集装置、信息处理装置以及水泵驱动器；信息采集装置用于实时采集无人机的飞行速度信息和喷药装置的当前流速信息并发送至信息处理装置；信息处理装置用于根据无人机的飞行速度信息，按照预设的规则计算喷药预流速，根据喷药预流速和当前流速信息，生成水泵流量控制修正信号；还用于根据水泵流量控制修正信号对原始水泵流量控制信号进行修正，生成水泵流量控制信号；水泵驱动器用于根据水泵流量控制信号调节喷药装置的流速。这样，不需要无人机驾驶员和农业人员的共同配合，就能够精确的控制喷药过程，实现喷药控制智能化。

Description

无人机喷药控制***、喷药装置以及无人机

技术领域

本发明涉及农牧业智能化装备技术领域，具体而言，涉及一种无人机喷药控制***、喷药装置以及无人机。

背景技术

近年来随着民用无人机的发展，植保无人机也开始“飞”入寻常百姓家。植保无人机，一般由飞行平台(固定翼、单旋翼、多旋翼)、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，用于实现对农林植物的喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等。植保无人机飞行速度快，无复杂地形限制，规模作业能达到每小时120-150亩，其效率比常规喷洒至少高出100倍；植保无人机通过飞行遥控器或地面站操作，喷洒作业人员远距离操作，避免了其暴露于农药下的危险，提高了喷洒作业的安全性。

发明人在研究的过程中发现，目前的植保无人机，其喷洒机构通常是在普通的多轴遥控无人机上挂载喷药设备，通过单独的开关进行控制，需要无人机驾驶员和农业人员共同配合，操作复杂并且难以精确地控制喷药过程。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种无人机喷药控制***、喷药装置以及无人机，能够实现智能化喷药控制，使喷药控制更加精确且操作更加简单。

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机喷药控制***，该***包括：信息采集装置、信息处理装置以及水泵驱动器；

信息采集装置，用于实时采集无人机的飞行速度信息以及喷药装置的当前流速信息，并发送至信息处理装置；

信息处理装置，用于根据无人机的飞行速度信息，按照预设的规则计算喷药预流速，并根据喷药预流速以及当前流速信息，生成水泵流量控制修正信号；

信息处理装置，还用于根据水泵流量控制修正信号对原始水泵流量控制信号进行修正，生成水泵流量控制信号；

水泵驱动器，用于根据水泵流量控制信号调节喷药装置的流速。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，信息采集装置包括：飞行速度采集装置以及流速信息采集装置；

其中，飞行速度采集装置包括：位置传感器或者速度传感器；

流速信息采集装置包括：流速传感器；

位置传感器，用于采集无人机的控制杆位置信息，并根据控制杆位置信息计算无人机的飞行速度信息；

速度传感器，安装于无人机上，用于直接获取无人机的飞行速度信息；

流速传感器，用于采集当前流速信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，该***还包括：信号接收机以及飞行控制器；

信号接收机，用于从遥控器或者上位机接收原始水泵流量控制信号，并将原始水泵流量控制信号发送至飞行控制器；

飞行控制器，用于将原始水泵流量控制信号转发至信息处理装置。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，飞行控制器还连接有光耦隔离电路；

飞行控制器，还用于将原始水泵流量控制信号通过PWM通道输出，并经过光耦隔离电路后，转化为数字信号，输出至信息处理装置。

结合第一方面的前三种可能的实施方式中的任意一种，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据喷药预流速以及当前流速信息，生成水泵流量控制修正信号，具体包括：

将喷药预流速以及当前流速信息进行差值运算，获得水泵流量控制修正信号。

结合第一方面的前三种可能的实施方式中的任意一种，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，水泵驱动器用于根据水泵流量控制信号调节喷药装置的流速具体包括：

水泵驱动器将水泵流量控制信号转换为功率驱动信号，对水泵进行驱动控制。

结合第一方面的前三种可能的实施方式中的任意一种，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，信息采集装置还包括：高度传感器；

高度传感器，用于采集农药水箱的液面高度信息，并将农药水箱的液面高度信息发送至信息处理装置；

信息处理装置，还用于根据液面高度信息以及预设的液面高度预警阈值，判断农药水箱内的液面高度是否达到预警的阈值；

如果是，则生成报警信号向外界发送。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括：药液高度报警器；

药液高度报警器，用于接收报警信号，并在接收到报警信号后，自动声光报警并发送相应的动作信号；动作信号包括：无人机自动返航信号或者无人机悬停信号。

第二方面，本发明实施例还提供了一种喷药装置，该装置包括：水箱框架、农药水箱、喷药水泵、输药管路以及雾化喷雾器；

农药水箱安装在水箱框架上；

农药水箱与喷药水泵的进液口连通；

输药管路的入口与喷药水泵的出液口连通；

输药管路的出口与雾化喷雾器连接；

喷药水泵还连接有如第一方面任意一项所述的无人机喷药控制***。

第三方面，本发明实施例还提供了一种无人机，该无人机包括：无人机本体以及第二方面所述的喷药装置；

喷药装置挂载在无人机本体的中心板下方。

本发明实施例提供了一种无人机喷药控制***，该***包括：信息采集装置、信息处理装置以及水泵驱动器；其中，信息采集装置，用于实时采集无人机的飞行速度信息以及喷药装置的当前流速信息，并发送至信息处理装置；信息处理装置，用于根据无人机的飞行速度信息，按照预设的规则计算喷药预流速，并根据喷药预流速以及当前流速信息，生成水泵流量控制修正信号；信息处理装置还用于根据水泵流量控制修正信号对原始水泵流量控制信号进行修正，生成水泵流量控制信号；水泵驱动器用于根据水泵流量控制信号调节喷药装置的流速。

本发明实施例所提供的无人机喷药控制***、喷药装置以及无人机，与现有技术中植保无人机需要无人机驾驶员和农业人员共同配合，才能进行喷药操作过程相比，只需要首先从外界(例如上位机、遥控器等)获得一个原始水泵流量控制信号，驱动水泵开始运转。水泵运转之后，信息采集装置能够实时采集到喷药装置的当前流速信息以及无人机飞行速度信息。然后信息处理装置会根据无人机的飞行速度信息，按照预设的规则计算喷药预流速，再根据喷药预流速以及当前流速信息，生成水泵流量控制修正信号，从而，对原始水泵流量控制信号进行修正，生成水泵流量控制信号，输出给水泵驱动器，水泵驱动器再根据水泵流量控制信号调节喷药装置的流速。这样，通过对无人机飞行速度和喷药装置流速的实时监测，结合一定的算法控制，得到了基于原始水泵流量控制信号的、并与飞行速度相关的修正后的水泵控制信号，在不需要无人机驾驶员和农业人员的共同配合下，就能够精确的控制喷药过程，实现喷药控制智能化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种无人机喷药控制***的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的另一种无人机喷药控制***的具体结构示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种喷药装置的结构示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种无人机的结构示意图。

图示说明：

1-无人机喷药控制***、2-喷药装置、3-无人机；

11-信息采集装置、12-信息处理装置、13-水泵驱动器、14-信号接收机、15-飞行控制器、16-光耦隔离电路、17-药液高度报警器；

21-水箱框架、22-农药水箱、23-喷药水泵、24-输药管路、25-雾化喷雾器、26-喷药电池；

31-无人机本体；

111-飞行速度采集装置、112-流速信息采集装置、113-高度传感器；

1111-位置传感器、1112-速度传感器、1121-流速传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到目前植保无人机的喷洒机构通常是在普通的多轴遥控无人机上挂载喷药设备，通过单独的开关进行控制，需要无人机驾驶员和农业人员共同配合，操作复杂并且难以精确地控制喷药过程。基于此，本申请提供了一种无人机喷药控制***、喷药装置以及无人机，能够实现智能化喷药控制，使喷药控制更加精确且操作更加简单。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种无人机喷药控制***1进行详细介绍。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种无人机喷药控制***1，该***包括：信息采集装置11、信息处理装置12以及水泵驱动器13；

其中，信息采集装置11，用于实时采集无人机3的飞行速度信息以及喷药装置2的当前流速信息，并发送至信息处理装置12；信息处理装置12，用于根据无人机3的飞行速度信息，按照预设的规则计算喷药预流速，并根据喷药预流速以及当前流速信息，生成水泵流量控制修正信号；信息处理装置12还用于根据水泵流量控制修正信号对原始水泵流量控制信号进行修正，生成水泵流量控制信号；水泵驱动器13用于根据水泵流量控制信号调节喷药装置2的流速。

在本发明实施例所提供的无人机喷药控制***1中，信息处理装置12首先会从外界(例如上位机、遥控器等)获得一个原始水泵流量控制信号，该原始水泵流量控制信号为水泵驱动器13的原始驱动信号，水泵驱动器13在接收到该原始水泵流量控制信号之后，驱动水泵开始运转。水泵开始运转之后，信息采集装置11便能够采集到喷药装置2的当前流速信息(在水泵开始运转之前，当前流速信息为0)，同时，信息采集装置11还能够采集到无人机3的飞行速度信息。为了喷药的均匀，无人机3的飞行速度不同，喷药装置2的当前流速也应当不同，一般地，无人机3的飞行速度越快，喷药装置2的当前流速也应当越快。因此，还需要信息处理装置12根据无人机3的飞行速度信息，按照预设的规则计算喷药预流速(即喷药装置2在此飞行速度下，应当达到的流速)，然后根据喷药预流速以及当前流速信息，生成水泵流量控制修正信号。信息处理装置12还用于根据水泵流量控制修正信号对原始水泵流量控制信号进行修正，生成水泵流量控制信号，然后输出给水泵驱动器13，水泵驱动器13再根据水泵流量控制信号调节喷药装置2的流速。这样，通过对无人机3的飞行速度和喷药装置2的流速的实时监测，结合一定的算法控制，得到了基于原始水泵流量控制信号的、并与飞行速度相关的修正后的水泵控制信号，实现了对喷药状态的智能控制，并且可以通过无人机3的多通道遥控器进行人工设置和控制，相对于现有的外挂独立式的喷药***，喷药控制更加精确，操作更加简便。

另外，在具体实现的时候，在本发明实施例中的无人机喷药控制***1，可以是最基本的直流电机喷药***，喷药装置2可以是普通的膈膜试农药水泵，可以通过改变电压电流控制水泵的流量。操作人员可以通过遥控器控制无人机3飞行到需要施药的区域，通过遥控器的一个数字PWM通道开启并调节喷药流速。信息采集装置11可以是传感器，也可以是其它具有信息采集功能的设备；信息处理装置12可以是嵌入式处理器，也可以是其它具有信息处理功能的装置。

需要注意的是，预设的规则可以根据实际的情况进行具体的确定，例如，针对不同的农作物、农作物的不同阶段、农作物周边环境等确定喷药量，然后再确定喷药的速度等。

参见图2所示，该原始水泵流量控制信号可以通过无人机喷药控制***1中的信号接收机14以及飞行控制器15接收，其中，信号接收机14用于从遥控器或者上位机接收原始水泵流量控制信号，并将原始水泵流量控制信号发送至飞行控制器15；飞行控制器15用于将原始水泵流量控制信号转发至信息处理装置12。

在具体实现的时候，飞行控制器15可以是现在市场上常见的开源或非开源飞控器，具备能够连接无线数字信号接收机的功能即可。遥控器可以是多通道遥控器，具有线性数字PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)通道，且至少有一个空闲线性数字PWM通道用于控制喷药。通过上位机软件对遥控器的一个线性通道进行设置，使之映射到信号接收机14(或飞行控制器15)的一个PWM输出端。同时调节通道比例使该通道输出的脉冲宽度范围对应信息处理装置的脉冲宽度范围。设置完成后应该可以通过该通道对喷药装置2的流速进行直接遥控。

信号接收机14首先从遥控器或者上位机接收一个原始水泵流量控制信号，然后将该信号发送到无人机3的飞行控制器15，飞行控制器15再将原始水泵流量控制信号发送给信息处理装置12。

另外，飞行控制器15还连接有光耦隔离电路16；飞行控制器15将原始水泵流量控制信号通过PWM通道输出，并经过光耦隔离电路16后，转化为数字信号，输出至信息处理装置12。

在本发明各个实施方式中，参见图2所示，信息采集装置11包括：飞行速度采集装置111以及流速信息采集装置112；其中，飞行速度采集装置111包括：位置传感器1111或者速度传感器1112；流速信息采集装置112包括：流速传感器1121；位置传感器1111用于采集无人机3的控制杆位置信息，并根据控制杆位置信息计算无人机3的飞行速度信息；速度传感器1112安装于无人机3上，用于直接获取无人机3的飞行速度信息；流速传感器1121，用于采集当前流速信息。

在具体实施的时候，飞行速度采集装置111以及流速信息采集装置112可以是各种传感器，也可以是其它具有速度采集功能的设备或装置。在本发明的实施例中，飞行速度采集装置111包括位置传感器1111或者速度传感器1112；位置传感器1111可以采集无人机3的飞行控制杆位置信息，然后将其通过计算得到无人机3的实时飞行速度；或者也可以通过安装于无人机3上的速度传感器1112，直接采集无人机3的飞行速度信息。流速信息采集装置112，在本实施例中是流速传感器1121，安装于喷药装置2的出水端，用以实时监测喷药装置2的流速。

在上述实施例中，根据喷药预流速以及当前流速信息，生成水泵流量控制修正信号，具体包括：将喷药预流速以及当前流速信息进行差值运算，获得水泵流量控制修正信号。

当信息处理装置12根据无人机3的飞行速度信息，按照预设的规则计算出喷药预流速(即喷药装置2在此飞行速度下，应当达到的流速)之后，信息处理装置12会将喷药预流速以及当前流速信息进行一个差值运算，进而生成水泵流量控制修正信号。该信号可以对原始水泵流量控制信号进行修正，从而实现无人机3在飞行过程中完成单位面积均匀喷药。

此外，在本发明各个实施方式中，水泵驱动器13用于根据水泵流量控制信号调节喷药装置2的流速具体包括：水泵驱动器13将水泵流量控制信号转换为功率驱动信号，对水泵进行驱动控制。

在本发明实施例中，信息采集装置11除了包括飞行速度采集装置111以及流速信息采集装置112外，还包括：高度传感器113；

高度传感器113，用于采集农药水箱22的液面高度信息，并将农药水箱22液面高度信息发送至信息处理装置12；信息处理装置12还用于根据液面高度信息以及预设的液面高度预警阈值，判断农药水箱22内的液面高度是否达到预警的阈值；如果是，则生成报警信号向外界发送。

在具体实现的时候，高度传感器113安装于喷药装置2中农药水箱22的内部，用于获取喷药水箱22内液面高度信息，并将该信息发送至信息处理装置12，信息处理装置12会根据预设的液面高度值，对高度传感器113发送的液面高度信息进行判断，当高度传感器113发送的液面高度信息低于预设的液面高度值时，会向外界发送报警信号，以便无人机3执行相应的动作。

在本发明各个实施方式中，无人机喷药控制***1还包括：药液高度报警器17；

药液高度报警器17，用于接收报警信号，并在接收到报警信号后，自动声光报警并发送相应的动作信号；动作信号包括：无人机3自动返航信号或者无人机3悬停信号。

在具体实现的时候，当药液高度报警器17接收到信息处理装置12发送的报警信号时，会自动通过声光报警，并且向信息处理装置12发送控制无人机3状态的动作信号，比如：控制无人机3自动返航的信号或者使无人机3悬停的信号。

另外，需要注意的是，在本发明实施例所提供的无人机喷药控制***1中，信息采集装置11还可以采集其他的信息来辅助计算喷药与流速，例如，还可以采集无人机3与农作物之间的距离信息，当无人机3与农作物之间的距离越大，喷药的流速也应当越大，而无人机3与农作物之间的距离越小，喷药的流速也应当越小。

本发明实施例还提供了一种喷药装置2，参见图3所示，该装置包括：水箱框架21、农药水箱22、喷药水泵23、输药管路24以及雾化喷雾器25；

其中，农药水箱22安装在水箱框架21上；农药水箱22与喷药水泵23的进液口连通；输药管路24的入口与喷药水泵23的出液口连通；输药管路24的出口与雾化喷雾器25连接；喷药水泵23还连接有本发明实施例所提供的无人机喷药控制***1。

在具体实现的时候，喷药装置2中还包括喷药电池26(3S聚合物锂电池)，该电池安装在水箱框架21上，农药水箱22安装在水箱框架21的中心位置处，喷药水泵23安装在农药水箱22下方的水箱框架21上，通过耐腐蚀橡胶管与农药水箱22和雾化喷雾器25连接。雾化喷雾器25有多个，通过延长杆安装在框架两侧。

本发明实施例提供的喷药装置2结构简单、重量轻，不会影响无人机3载重价格便宜，稳定性高，而且安装设置方便。

本发明实施例还提供了一种无人机3，参见图4所示，该无人机3包括无人机本体31以及本发明实施例所提供的喷药装置2；喷药装置2挂载在无人机本体31的中心板下方。

本发明实施例，控制智能程度高，所需人工干预少，安装和设置简便，设置完成后，实际操作难度低。具备两种控制方式(操作员遥控控制或智能自动控制)，***硬件结构简单、可靠性高；重量轻，不会影响无人机3载重；价格低廉，更适合现有植保无人机的升级改造；能适应不同的喷药环境。

本发明实施例所提供的无人机喷药控制***1的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面实施例中所述的方法，具体实现可参见上述实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述***实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，后台服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无人机喷药控制***，其特征在于，所述***包括：信息采集装置、信息处理装置以及水泵驱动器；

所述信息采集装置，用于实时采集无人机的飞行速度信息以及喷药装置的当前流速信息，并发送至所述信息处理装置；

所述信息处理装置，用于根据所述无人机的飞行速度信息，按照预设的规则计算喷药预流速，并根据所述喷药预流速以及所述当前流速信息，生成水泵流量控制修正信号；

所述信息处理装置，还用于根据所述水泵流量控制修正信号对原始水泵流量控制信号进行修正，生成水泵流量控制信号；

所述水泵驱动器用于根据所述水泵流量控制信号调节喷药装置的流速。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述信息采集装置包括：飞行速度采集装置以及流速信息采集装置；

其中，所述飞行速度采集装置包括：位置传感器或者速度传感器；

所述流速信息采集装置包括：流速传感器；

所述位置传感器，用于采集无人机的控制杆位置信息，并根据所述控制杆位置信息计算无人机的飞行速度信息；

所述速度传感器，安装于无人机上，用于直接获取无人机的飞行速度信息；

所述流速传感器，用于采集所述当前流速信息。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：信号接收机以及飞行控制器；

所述信号接收机，用于从遥控器或者上位机接收原始水泵流量控制信号，并将所述原始水泵流量控制信号发送至所述飞行控制器；

所述飞行控制器用于将所述原始水泵流量控制信号转发至所述信息处理装置。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述飞行控制器还连接有光耦隔离电路；

所述飞行控制器还用于将所述原始水泵流量控制信号通过PWM通道输出，并经过所述光耦隔离电路后，转化为数字信号，输出至所述信息处理装置。

5.根据权利要求1-4任意一项所述***，其特征在于，所述根据所述喷药预流速以及所述当前流速信息，生成水泵流量控制修正信号，具体包括：将所述喷药预流速以及所述当前流速信息进行差值运算，获得水泵流量控制修正信号。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的***，其特征在于，所述水泵驱动器用于根据所述水泵流量控制信号调节喷药装置的流速具体包括：

所述水泵驱动器将所述水泵流量控制信号转换为功率驱动信号，对水泵进行驱动控制。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的***，其特征在于，所述信息采集装置还包括：高度传感器；

所述高度传感器，用于采集农药水箱的液面高度信息，并将所述农药水箱的液面高度信息发送至所述信息处理装置；

所述信息处理装置，还用于根据所述液面高度信息以及预设的液面高度预警阈值，判断所述农药水箱内的液面高度是否达到预警的阈值；

如果是，则生成报警信号向外界发送。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，还包括：药液高度报警器；

所述药液高度报警器，用于接收所述报警信号，并在接收到所述报警信号后，自动声光报警并发送相应的动作信号；所述动作信号包括：无人机自动返航信号或者无人机悬停信号。

9.一种喷药装置，其特征在于，包括：水箱框架、农药水箱、喷药水泵、输药管路以及雾化喷雾器；

所述农药水箱安装在所述水箱框架上；

所述农药水箱与所述喷药水泵的进液口连通；

所述输药管路的入口与所述喷药水泵的出液口连通；

所述输药管路的出口与所述雾化喷雾器连接；

所述喷药水泵还连接有如权利要求1-8任意一项所述的无人机喷药控制***。

10.一种无人机，其特征在于，包括无人机本体以及权利要求9所述的喷药装置；

所述喷药装置挂载在所述无人机本体的中心板下方。