CN113741544A - 基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法。本发明中，无人机包括飞控***、激光指引接收器、激光雷达***、室内环境传感器、图像采集***、无线充电***和无线通信***。地面监控中心包括激光指引发射器、上下左右滑轨、无线充电装置和监控主机；地面监控中心通过无线通信***和无人机进行通信，无人机保持指定的高度和路线进行巡检；地面监控中心实时记录位置信息、高度信息和接收到的传感器数据和图像数据，本发明***无人机采用锂电池供电，优点在于无须人工维护，自动无线充电，使用成本低，采用无人机作为巡检的主机，巡检效率高、检测结果准确，且机动灵活，使用稳定的优点。
Description
技术领域
本发明属于无人机巡检技术领域，具体为基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法。
背景技术
目前，农业室内动植物的巡检基本上仍采用人工沿线巡视的作业方式，例如农业玻璃温室、农业养鸡场、农业养鸭场、农业养猪场等室内环境，作业劳动强度大、效率低。为此，开发一种能取代人工巡检方式的自动巡检***具有重要的研究意义和实用价值。农业室内一般通常通过现场布置多台数据采集器现场采集各种参数，环境传感器，如空气温度、湿度、二氧化碳、硫化氢、氨气、土壤温度、土壤水分、光照强度以及图像等数据，数据采集器将采集的数据通过有线方式传送到指定服务器。
这种固定式采集方式不灵活，不能动态监测变化。采用无人机方式定时自动巡检可以有效避免这种情况。同时本发明通过激光指引***可以解决室内无人机精度定位差和容易偏航的问题。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法。
本发明采用的技术方案如下：基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法，包括地面监控中心和无人机，所述无人机包括飞控***、激光指引接收器、激光雷达***、室内环境传感器、图像采集***、无线充电***和无线通信***；地面监控中心包括激光指引发射器、上下左右滑轨、无线充电装置和监控主机；地面监控中心通过无线通信***和无人机进行通信，同时通过激光发送器发射激光指引无人机在室内进行三维立体巡检；无人机保持指定的高度和路线进行巡检；地面监控中心实时记录位置信息、高度信息和接收到的传感器数据和图像数据。
在一优选的实施方式中，所述主机无线通信模块采用NB-lOT无线通讯模块和ZigBee无线通讯模块。
在一优选的实施方式中，所述NB-lOT无线通讯模块BC95模块,通过STM32L476的串口发送AT指令与中国电信物联网开发平台进行通信,农户可以通过***控采集的信息。
在一优选的实施方式中，所述ZigBee无线模块通过串口进行驱动,完成通过无线的方式给执行器从机发送控制指令信息。
在一优选的实施方式中，所述无人机上设有激光指引接收器，接收器感应到的激光偏航，则自动调整高度和方位，实时保持地面监控中心的指引信号。
在一优选的实施方式中，所述主机图像采集模块采用NT99141摄像头，通过获取室内作物图像，了解作物自身生长情况。
在一优选的实施方式中，所述主机电源模块均采用SP6205-3.3V和SE5218DLG-LF-1.8V电源转换芯片，从而产生高效稳定的***供电电压。
在一优选的实施方式中，所述基于激光导航的农业室内无人机巡检方法包括以下步骤：
步骤1，所述地面监控中心通过所述无线通信***、所述激光指引器向所述无人机的飞控***发送所述巡检路径；
步骤2，所述无人机的飞控***控制所述无人机按照所述巡检路径飞行，同时实时采集所述无人机的雷达信息、高度信息并通过所述无线通信***发送给所述地面监控中心；
步骤3，所述室内环境传感器采集室内相关数据并通过所述无线通信***发送给所述地面监控中心，所述传感器数据包含有雷达测距信息和高度信息；所述图像采集***采集所述巡检路径上的巡检图像并上传给所述地面监控中心，所述巡检图像上包含有雷达测距信息和高度信息；
步骤4，所述地面监控中心根据雷达测试信息、高度信息、传感器数据和图像数据信息判断是否存在异常，并根据雷达测距信息和高度信息将所述数据添加到数据库中进行存储；
步骤5，所述无人机继续沿所述巡检路径飞行，直至完成所述巡检路径；返回地面监控中心进行无线充电。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，采用无人机作为巡检的主机，巡检效率高、检测结果准确，且机动灵活，使用稳定的优点。
2、本发明中，本发明***无人机采用锂电池供电，优点在于无须人工维护，自动无线充电，使用成本低。
附图说明
图1为本发明的巡检***总体框图；
图2为本发明的无人机巡检方法步骤图；
图3为本发明的无人机实时保持地面监控中心的指引信号说明图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
参照图1-3，
实施例：
无人机包括飞控***、激光指引接收器、激光雷达***、室内环境传感器、图像采集***、无线充电***和无线通信***；地面监控中心包括激光指引发射器、上下左右滑轨、无线充电装置和监控主机；地面监控中心通过无线通信***和无人机进行通信，同时通过激光发送器发射激光指引无人机在室内进行三维立体巡检；无人机保持指定的高度和路线进行巡检；地面监控中心实时记录位置信息、高度信息和接收到的传感器数据和图像数据。
主机无线通信模块采用NB-lOT无线通讯模块和ZigBee无线通讯模块。
NB-lOT无线通讯模块BC95模块,通过STM32L476的串口发送AT指令与中国电信物联网开发平台进行通信,农户可以通过***控采集的信息。
ZigBee无线模块通过串口进行驱动,完成通过无线的方式给执行器从机发送控制指令信息。
无人机上设有激光指引接收器，接收器感应到的激光偏航，则自动调整高度和方位，实时保持地面监控中心的指引信号。
主机图像采集模块采用NT99141摄像头，通过获取室内作物图像，了解作物自身生长情况。
主机电源模块均采用SP6205-3.3V和SE5218DLG-LF-1.8V电源转换芯片，从而产生高效稳定的***供电电压。
基于激光导航的农业室内无人机巡检方法包括以下步骤：
步骤1，所述地面监控中心通过所述无线通信***、所述激光指引器向所述无人机的飞控***发送所述巡检路径；
步骤2，所述无人机的飞控***控制所述无人机按照所述巡检路径飞行，同时实时采集所述无人机的雷达信息、高度信息并通过所述无线通信***发送给所述地面监控中心；
步骤3，所述室内环境传感器采集室内相关数据并通过所述无线通信***发送给所述地面监控中心，所述传感器数据包含有雷达测距信息和高度信息；所述图像采集***采集所述巡检路径上的巡检图像并上传给所述地面监控中心，所述巡检图像上包含有雷达测距信息和高度信息；
步骤4，所述地面监控中心根据雷达测试信息、高度信息、传感器数据和图像数据信息判断是否存在异常，并根据雷达测距信息和高度信息将所述数据添加到数据库中进行存储；
步骤5，所述无人机继续沿所述巡检路径飞行，直至完成所述巡检路径。返回地面监控中心进行无线充电；
如图1所示,为一种基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法，应用于农业室内动植物生长信息和其生长环境信息的实时监控,它包括:无人机和地面监控中心。
如图2所示,为一种基于激光导航的农业室内无人机巡检步骤，无人机接收到地面监控中心的巡检开始命令之后，进入实时采集雷达信息、高度信息，室内环境传感器，图像采集***等信息。如果到达巡检终点，则返回地面监控中心进行无线充电，采用无人机作为巡检的主机，巡检效率高、检测结果准确，且机动灵活，使用稳定的优点。
如图3所示,在巡检过程中，将计算出来的无人机接收器和发送器之间上下左右的偏差，根据上述偏移量采用控制算法对无人机的上下左右偏航进行闭环控制，采用无人机作为巡检的主机，巡检效率高、检测结果准确，且机动灵活，使用稳定的优点，本发明***无人机采用锂电池供电，优点在于无须人工维护，自动无线充电，使用成本低。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法，包括地面监控中心和无人机，其特征在于：所述无人机包括飞控***、激光指引接收器、激光雷达***、室内环境传感器、图像采集***、无线充电***和无线通信***；地面监控中心包括激光指引发射器、上下左右滑轨、无线充电装置和监控主机；地面监控中心通过无线通信***和无人机进行通信，同时通过激光发送器发射激光指引无人机在室内进行三维立体巡检；无人机保持指定的高度和路线进行巡检；地面监控中心实时记录位置信息、高度信息和接收到的传感器数据和图像数据。
2.如权利要求1所述的基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法，其特征在于：所述主机无线通信模块采用NB-lOT无线通讯模块和ZigBee无线通讯模块。
3.如权利要求2所述的基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法，其特征在于：所述NB-lOT无线通讯模块BC95模块,通过STM32L476的串口发送AT指令与中国电信物联网开发平台进行通信,农户可以通过***控采集的信息。
4.如权利要求1所述的基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法，其特征在于：所述ZigBee无线模块通过串口进行驱动,完成通过无线的方式给执行器从机发送控制指令信息。
5.如权利要求1所述的基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法，其特征在于：所述无人机上设有激光指引接收器，接收器感应到的激光偏航，则自动调整高度和方位，实时保持地面监控中心的指引信号。
6.如权利要求1所述的基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法，其特征在于：所述主机图像采集模块采用NT99141摄像头，通过获取室内作物图像，了解作物自身生长情况。
7.如权利要求1所述的基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法，其特征在于：所述主机电源模块均采用SP6205-3.3V和SE5218DLG-LF-1.8V电源转换芯片，从而产生高效稳定的***供电电压。
8.如权利要求1所述的基于激光导航的农业室内无人机巡检***及巡检方法，其特征在于：所述基于激光导航的农业室内无人机巡检方法包括以下步骤：
步骤1，所述地面监控中心通过所述无线通信***、所述激光指引器向所述无人机的飞控***发送所述巡检路径；
步骤2，所述无人机的飞控***控制所述无人机按照所述巡检路径飞行，同时实时采集所述无人机的雷达信息、高度信息并通过所述无线通信***发送给所述地面监控中心；
步骤3，所述室内环境传感器采集室内相关数据并通过所述无线通信***发送给所述地面监控中心，所述传感器数据包含有雷达测距信息和高度信息；所述图像采集***采集所述巡检路径上的巡检图像并上传给所述地面监控中心，所述巡检图像上包含有雷达测距信息和高度信息；
步骤4，所述地面监控中心根据雷达测试信息、高度信息、传感器数据和图像数据信息判断是否存在异常，并根据雷达测距信息和高度信息将所述数据添加到数据库中进行存储；
步骤5，所述无人机继续沿所述巡检路径飞行，直至完成所述巡检路径；返回地面监控中心进行无线充电。
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