CN108508809A - 一种基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***及方法 - Google Patents

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武志明
刘伟洪
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Abstract

本发明涉及一种基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***及方法，喷洒***由喷洒装置和控制***组成；所述喷洒装置由药箱、水泵、药管和喷头组成，所述控制***由惯性测量单元电路、主控电路和水泵驱动电路组成；所述惯性测量单元电路包括姿态传感器U1，所述姿态传感器U1用于测量植保无人机的加速度；所述主控电路包括主控芯片U2，通过接收姿态传感器U1的加速度数据，并通过对时间积分得出飞机的飞行速度；所述水泵驱动电路由继电器组RE1与水泵组组成，本发明的基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***，通过在加减速阶段喷洒不同浓度的药来实现该阶段药液浓度的控制，使农药喷洒均匀，提高作业效率。

Description

一种基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***及方法
技术领域
本发明涉及植保无人机的喷洒***，具体涉及一种基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***，本发明还涉及喷洒方法。
背景技术
通过无数次田间、地头的飞防作业，发现飞机在加速与减速阶段药液的喷洒具有极大地不均匀性，同时参考现有的解决方案大多是在这两阶段将水泵关闭，最后再完成扫边。此种方案虽然控制了农药给作物带来的伤害，但却加大了时间成本，降低了作业效率。
现有植保无人机在加减速阶段喷撒速度不能有效地随飞机速度而调节从而导致喷洒不均度大大上升，不仅给作物带来巨大的伤害还降低作业效率。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***，通过在加减速阶段喷洒不同浓度的药来实现该阶段药液浓度的控制，使农药喷洒均匀，提高作业效率。
本发明的基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***，由喷洒装置和控制***组成；
所述喷洒装置由药箱、水泵、药管和喷头组成，所述药箱内部设有两个隔板将药箱分为三个独立的分药箱，所述分药箱的下端均通过管道分别连接有水泵的入口，水泵的出口分别连接四通管的三个管口，四通管的剩余管口与喷头连接；
所述控制***由惯性测量单元电路、主控电路和水泵驱动电路组成；
所述惯性测量单元电路包括姿态传感器U1，所述姿态传感器U1用于测量植保无人机的加速度；
所述主控电路包括主控芯片U2，通过接收姿态传感器U1的加速度数据，并通过对时间积分得出飞机的飞行速度；
所述水泵驱动电路由继电器组RE1与水泵组组成，通过继电器组RE1接收主控芯片U1的命令，决定是否动作，从而间接控制水泵组P1的开关，所述水泵组P1包括水泵1、2和3，所述继电器组包括继电器EA1、EA2和EA3，所述继电器EA1、EA2和EA3对应控制水泵1、2和3。
在上述技术方案的基础上，本发明的技术方案还可以有如下特征：
优选的，所述姿态传感器U1为MPU6050，姿态传感器U1的引脚1连接电源U，引脚2接地；
所述主控芯片U2为芯片STC89C52，主控芯片U2的引脚Vcc连接电源，引脚P30连接姿态传感器U1的引脚3，引脚P31连接姿态传感器U1的引脚4，引脚RST连接复位电路，所述复位电路包括电容C1、电阻R1、R2，按钮开关K1，所述按钮开关K1串接电阻R1，所述电容C1与按钮开关K1和电阻R10并接，所述电阻R2一端连接电容C1的负极，一端接地，引脚XTAL1和XTAL2分别连接晶体振荡器Y1的两端，电容C2和C3分别连接在晶体振荡器Y1的两端，另一端接地；
所述继电器组RE1的继电器EA1连接主控芯片U2的引脚P32，继电器EA2连接主控芯片U2的引脚P33，继电器EA3连接主控芯片U2的引脚P34，继电器组RE1的输出信号与喷洒装置控制连接。
优选的，所述设置于中间部位的分药箱的体积是两端分药箱体积的若干倍，根据植保无人机的飞行对应相应量的药液。
优选的，所述分药箱与水泵的连接端设有缩口，便于与水泵连接时的操作。
一种基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒方法，包括以下步骤：
（1）由姿态传感器U1测出飞机的加速度，并将此数据通过串口传给主控芯片U2；
（2）通过接收姿态U1的加速度数据，并通过对时间积分得出飞机任意时刻的飞行速度，由飞行速度与加速度共同决定控制水泵的继电器组RE1的动作与否来控制水泵组P1的开关；
（3）所述水泵组的水泵的入口与分药箱的下端均通过管道连接，水泵的出口分别连接四通管的三个管口，四通管的剩余管口与喷头连接，通过水泵组P1的开关对喷头的喷药浓度进行控制。
在上述技术方案的基础上，优选的，所述姿态传感器U1为MPU6050，所述主控芯片U2为芯片STC89C52。
本发明的基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***，更好地解决了无人机在加减速阶段喷洒不均匀的问题，同时考虑了药液的浓度与无人机飞行速度的关系，根据二者的关系，同时根据飞机的飞行速度进行选择性地喷洒相应浓度的药液，配合无人机喷头随飞机姿态自动调节的特点，从而更好地克服了无人机在加减速阶段喷洒不均匀的问题，本发明通过独立水泵、独立药管***，保证各浓度的药液能及时被喷出。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路原理图；
图3为本发明喷洒装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行进一步的说明；
如图1、图2、图3所示，基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***，由喷洒装置和控制***组成；
所述喷洒装置由药箱1、水泵2、药管和喷头组成，所述药箱1内部设有两个隔板2将药箱1分为三个独立的分药箱，所述设置于中间部位的分药箱的体积是两端分药箱体积的若干倍，所述分药箱的下端均通过管道分别连接有水泵的入口，水泵的出口分别连接四通管4的三个管口，四通管4的剩余管口与喷头连接，所述分药箱与水泵3的连接端设有缩口；
所述控制***由惯性测量单元电路、主控电路和水泵驱动电路组成；
所述惯性测量单元电路包括姿态传感器U1，所述姿态传感器U1用于测量植保无人机的加速度，所述姿态传感器U1为MPU6050，姿态传感器U1的引脚1连接电源U，引脚2接地；
所述主控电路包括主控芯片U2，通过接收姿态传感器U1的加速度数据，并通过对时间积分得出飞机的飞行速度，所述主控芯片U2为芯片STC89C52，主控芯片U2的引脚Vcc连接电源，引脚P30连接姿态传感器U1的引脚3，引脚P31连接姿态传感器U1的引脚4，引脚RST连接复位电路，所述复位电路包括电容C1、电阻R1、R2，按钮开关K1，所述按钮开关K1串接电阻R1，所述电容C1与按钮开关K1和电阻R10并接，所述电阻R2一端连接电容C1的负极，一端接地，引脚XTAL1和XTAL2分别连接晶体振荡器Y1的两端，电容C2和C3分别连接在晶体振荡器Y1的两端，另一端接地；本发明主控电路中的R1、C1、R2、K1与主控芯片U2的引脚RST相连组成复位电路，其中C1为上电复位所需，R1为放电回路的限流电阻，R2为手动复位的限流电阻兼正常工作时的下拉电阻，K1为手动复位按键，当给主控芯片U2上电后，会短时给电容C1充电，将RST引脚处的电平拉高，同时R2对此过程进行限流，使电路完成上电复位；当程序跑偏时，可以通过手动按下按键K1，此时K1将电容C1短路，使C1进行放电，而R1则对此回路进行限流，同时将RST处的电平拉高，并维持大于2个机器周期以上，完成手动复位，晶体振荡器Y1与C2、C3组成该最小***的晶振电路，为整个电路提供时钟基准，让电路有序工作。
所述水泵驱动电路由继电器组RE1与水泵组P1组成，通过继电器组RE1接收主控芯片U1的命令，决定是否动作，从而间接控制水泵组P1的开关，所述水泵组P1包括水泵1、2和3，所述继电器组RE1包括继电器EA1、EA2和EA3，所述继电器EA1、EA2和EA3对应控制水泵1、2和3，所述继电器组RE1的继电器EA1连接主控芯片U2的引脚P32，继电器EA2连接主控芯片U2的引脚P33，继电器EA3连接主控芯片U2的引脚P34，继电器组RE1的输出信号与喷洒装置控制连接。
本发明的一种基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒方法，包括以下步骤：
（1）由姿态传感器U1测出飞机的加速度，并将此数据通过串口传给主控芯片U2；
（2）通过接收姿态U1的加速度数据，并通过对时间积分得出飞机任意时刻的飞行速度，由飞行速度与加速度共同决定控制水泵的继电器组RE1的动作与否来控制水泵组P1的开关；
（3）所述水泵组的水泵的入口与分药箱的下端均通过管道连接，水泵的出口分别连接四通管的三个管口，四通管的剩余管口与喷头连接，通过水泵组P1的开关对喷头的喷药浓度进行控制。
在上述技术方案的基础上，优选的，所述姿态传感器U1为MPU6050，所述主控芯片U2为芯片STC89C52。
具体实施时，直接将本***安装在无人机上，给***上电后，惯性测量单元将飞机的加速度a通过串口P3^0传给主控芯片U2，主控芯片U2通过加速度a对时间t积分，得出飞机当前的速度vt，并将速度vt作为水泵的控制条件。
本发明的喷洒***的具体控制逻辑如下：首先让飞机加速到匀速阶段得到飞机的匀速飞行速度v，并将该速度平均分成3份，即可构成3个速度区间：(0,v/3)，(v/3,2v/3)，(2v/3,v)。通过姿态传感器U1积分算得当前的速度，并与以上3个区间进行比较，当飞机经过第一加速阶段到达区间 (0,v/3)时，主控电路U1控制打开继电器1，关闭继电器2、3，接通水泵1，开始喷洒低浓度药液；当飞机经过第二加速阶段到达区间(v/3,2v/3)时，主控电路U1关闭继电器1、2，打开继电器3，接通水泵3，开始喷洒中浓度的药液；当飞机经过第三加速阶段达到区间(2v/3,v)时，主控电路U1关闭继电器1、3，打开继电器2，接通水泵2，开始喷洒高浓度的药液。之后飞机的匀速飞行阶段将保持第三加速阶段后的控制逻辑。
飞机减速阶段的控制逻辑与加速阶段的控制逻辑相似，不同之处在于当飞机飞行在第一减速阶段时，主控对水泵的控制不变；当飞机工作在第二减速阶段，主控控制逻辑与第二加速阶段相同；当飞机工作在第三减速阶段时，主控控制逻辑与第一加速阶段相同；当飞机静止时，主控电路U1则关闭所有继电器，关闭所有水泵，停止喷洒。

Claims (6)

1.一种基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***，其特征在于由喷洒装置和控制***组成；
所述喷洒装置由药箱、水泵、药管和喷头组成，所述药箱内部设有两个隔板将药箱分为三个独立的分药箱，所述分药箱的下端均通过管道分别连接有水泵的入口，水泵的出口分别连接四通管的三个管口，四通管的剩余管口与喷头连接；
所述控制***由惯性测量单元电路、主控电路和水泵驱动电路组成；
所述惯性测量单元电路包括姿态传感器U1，所述姿态传感器U1用于测量植保无人机的加速度；
所述主控电路包括主控芯片U2，通过接收姿态传感器U1的加速度数据，并通过对时间积分得出飞机的飞行速度；
所述水泵驱动电路由继电器组RE1与水泵组组成，通过继电器组RE1接收主控芯片U1的命令，决定是否动作，从而间接控制水泵组P1的开关，所述水泵组P1包括水泵1、2和3，所述继电器组包括继电器EA1、EA2和EA3，所述继电器EA1、EA2和EA3对应控制水泵1、2和3。
2.根据权利要求1所述的基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***，其特征在于所述姿态传感器U1为MPU6050，姿态传感器U1的引脚1连接电源U，引脚2接地；
所述主控芯片U2为芯片STC89C52，主控芯片U2的引脚Vcc连接电源，引脚P30连接姿态传感器U1的引脚3，引脚P31连接姿态传感器U1的引脚4，引脚RST连接复位电路，所述复位电路包括电容C1、电阻R1、R2，按钮开关K1，所述按钮开关K1串接电阻R1，所述电容C1与按钮开关K1和电阻R10并接，所述电阻R2一端连接电容C1的负极，一端接地，引脚XTAL1和XTAL2分别连接晶体振荡器Y1的两端，电容C2和C3分别连接在晶体振荡器Y1的两端，另一端接地；
所述继电器组RE1的继电器EA1连接主控芯片U2的引脚P32，继电器EA2连接主控芯片U2的引脚P33，继电器EA3连接主控芯片U2的引脚P34，继电器组RE1的输出信号与喷洒装置控制连接。
3.根据权利要求1所述的基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***，其特征在于所述设置于中间部位的分药箱的体积是两端分药箱体积的若干倍，根据植保无人机的飞行对应相应量的药液。
4.根据权利要求1所述的基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒***，其特征在于所述分药箱与水泵的连接端设有缩口，便于与水泵连接时的操作。
5.一种基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）由姿态传感器U1测出飞机的加速度，并将此数据通过串口传给主控芯片U2；
（2）通过接收姿态U1的加速度数据，并通过对时间积分得出飞机任意时刻的飞行速度，由飞行速度与加速度共同决定控制水泵的继电器组RE1的动作与否来控制水泵组P1的开关；
（3）所述水泵组的水泵的入口与分药箱的下端均通过管道连接，水泵的出口分别连接四通管的三个管口，四通管的剩余管口与喷头连接，通过水泵组P1的开关对喷头的喷药浓度进行控制。
6.根据权利要求5所述的基于植保无人机压力式喷头的智能喷洒方法，其特征在于所述姿态传感器U1为MPU6050，所述主控芯片U2为芯片STC89C52。
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