CN204415735U - 一种可全自主飞行并喷洒农药的无人直升机*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可全自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，包括直升机本体和机载电气设备，还包括飞控与导航模块、测控模块和任务载荷模块，所述的飞控与导航模块包括飞行控制器、姿态传感器、航向传感器、位置传感器和高度传感器，所述的测控模块包括机载电台和地面控制站，所述的任务载荷模块包括喷洒设备控制器和农药喷洒设备。本实用新型相对于现有的农药喷洒方式，首先，避免了施药人员暴露于农药周围，降低了施药人员农药中毒的风险；其次，无人直升机在工作的过程中完全自主飞行，这样就在提高了喷洒精度的同时也避免了农药的浪费，同时节省了人力物力。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人直升机领域，尤其涉及一种可全自主飞行并喷洒农药的无人直升机***。
背景技术
众所周知，农业自主化主要是指应用自主控制和电子计算机等技术手段实现生产和管理的自主化。随着国家土地流转、种田专业化、统防统治实施以及农村劳动人口减少和人力成本的增加，农业自主化也势在必行，农业自主化包括很多方面，比如耕耘、栽培、农药喷洒、收割和运输等，其中农业喷洒的的发展尤为迅速。
传统农作物农药的喷洒形式主要包括以下四种：第一，人工背负喷雾器执行农作物农药喷洒任务；第二，使用农用拖拉机装载农药进行农田作业；第三，使用大型有人飞机装载农药执行喷洒任务；第四，使用小型油动或者电动植保无人直升机执行农药喷洒任务。但是以上四种形式都存在各自的弊端：首先，对于前两种农药喷洒方式来说，由于要人工直接参与进农药喷洒中，不仅浪费大量宝贵的人力资源，而且还有可能导致执行人员间接中毒，所以这两种农药喷洒方式已经被淘汰，只有少数非常贫穷的地方还在使用；对于后两种利用飞行工具进行农药喷洒方式来说，大型有人飞机进行农药喷洒的成本较高，浪费农药，并且还要有专门的起降场地，还有就是在每年有人机执行农药喷洒任务时都会有事故出现，代价很大，所以这种农药喷洒方式也在逐渐被淘汰；使用小型油动或者电动植保无人直升机执行喷洒任务时，都是采用人工遥控的形式，稍微高档一点的加装增稳飞控***，但是一般的控制精度都不高，而且自主化飞行程度也非常有限，飞机操作人员工作时需要时刻紧盯飞机，并且目前国内较高水平的航模操控手数量有限，操控手培训及实践周期较长；电动植保无人直升机的航时短，单架次作业时间一般4-10分钟，采用锂电作为动力电源时，外场作业还需要配置发电机，及时为电池充电，因此都不易进行大范围推广。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，用以解决传统的利用无人直升机进行农药喷洒的方式中存在的飞行自主化程度有限、农药喷洒不精准的问题。
本实用新型采用下述技术方案：
一种可全自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，包括直升机模块，所述的直升机模块包括直升机本体和机载电气设备，所述的机载电气设备包括电池、开关、舵机和连接线，还包括飞控与导航模块、测控模块和任务载荷模块，所述的飞控与导航模块包括飞行控制器、姿态传感器、航向传感器、位置传感器和高度传感器，所述的测控模块包括机载电台和地面控制站，所述的任务载荷模块包括喷洒设备控制器和农药喷洒设备，所述的飞行控制器包括电源管理单元和中央处理单元，所述的中央处理单元包括IO板、转接板和微处理器，所述的姿态传感器、航向传感器、位置传感器和高度传感器的输出端均与飞行控制器的中央处理单元中的IO板的输入端电连接，IO板的输出端连接转接板的输入端，转接板的输出端连接微处理器的输入端，微处理器的输出端通过IO板连接舵机和喷洒设备控制器。
所述的电源管理单元包括第一DC/DC模块、第二DC/DC模块和第三DC/DC模块。
所述的微处理器采用了基于PXA255的最小电路***。
所述的农药喷洒设备包括5升农药容量箱、农药喷洒杆、雾化喷嘴和喷洒水泵。
所述的直升机本体为工业级小型直升机AF25B，直升机AF25B外设置有半包蒙皮。
所述的电池采用两块22.2V的锂电池构成的锂电池组。
本实用新型公开了一种可自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，相对于现有的农药喷洒方式，首先，避免了施药人员暴露于农药周围，降低了施药人员农药中毒的风险；其次，无人直升机在工作的过程中完全自主飞行，提高了喷洒精度的同时避免了农药浪费；再次，该***容易操作，降低了操作人员门槛，更易推广普及。
附图说明
图1为本实用新型所述的***结构示意图;
图2为本实用所述的电源管理单元的结构示意图。
具体实施方式
如图1和2所示，一种可自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，包括直升机模块、飞控与导航模块、测控模块和任务载荷模块，所述的直升机模块包括直升机本体和机载电气设备，所述的直升机本体为AF25B型直升机，AF25B型直升机为工业级小型直升机，由于它具有体积小、载重量大（最大起飞重量32Kg）、使用简单和性能可靠等优良性能，已被广泛应用于民用航拍和农业监控等领域。本实用新型根据AF25B型直升机的特点，在使用时还给所述的AF25B型直升机设置了半包金属蒙皮，在增加直升机美观程度的同时也为直升机内部的设备提供了一定的保护功能。AF25B型直升机的机载电气设备包括电源、开关、舵机和连接线，所述的电源采用两块22.2V的锂电池构成的锂电池组，并且所述的锂电池组采用双路输入的冗余供电设计。
所述的飞控与导航模块包括飞行控制器、姿态传感器、航向传感器、位置传感器和高度传感器；所述的测控模块包括机载电台和地面控制站；所述的任务载荷模块包括喷洒设备控制器和农药喷洒设备；所述的农药喷洒设备包括5升农药容量箱、农药喷洒杆、雾化喷嘴和喷洒水泵；所述的飞行控制器包括电源管理单元和中央处理单元；所述的中央处理单元包括IO板、转接板和微处理器；所述的姿态传感器、航向传感器、位置传感器和高度传感器的输出端均与飞行控制器的中央处理单元中的IO板的输入端电连接，IO板的输出端连接转接板的输入端，转接板的输出端连接微处理器的输入端，微处理器的输出端通过IO板连接舵机和喷洒设备控制器。所述的电源管理单元包括第一DC/DC模块、第二DC/DC模块和第三DC/DC模块，当所述的无人直升机的锂电池组所产生的22.2V电源信号通过IO板进入电源管理单元之后会被电源管理单元转换为三种电源信号，第一种为22.2V电源信号进入第一DC/DC模块之后被转换为5V/10A的电源信号给所述的舵机电源和飞行控制器供电，第二种为22.2V的电源信号进入第二DC/DC模块之后被转换为12V/1.5A的电源信号给所述的姿态传感器、航向传感器和机载数字电台供电，第三种为22.2V的电源信号进入第三DC/DC模块之后被转换为12V/3A的电源信号作为给农药喷洒水泵供电的可选电源。所述的IO板包括模拟信号采集单元、数模转换单元和机载数字电台，所述的微处理器采用了基于PXA255的最小电路***。
在***工作时，首先，***操作人员将无人直升机***上电，并在地面控制站（工业电脑）的控制软件中输入飞行数据，由于农药的喷洒工作都是在一定的区域内进行的,所以这些飞行数据是可以决定农药喷洒区域的位置坐标，上传飞行数据后控制软件会生成控制指令，然后工业电脑会将这些控制指令传输到地面控制站上完成任务规划，等待起飞。（对无人直升机进行任务规划属于现有常规的技术，已广泛应用于无人直升机领域。）
完成任务规划之后，通过地面控制站（工业电脑）和无人直升机飞行控制器中IO板上的数字电台进行无线通讯，此时，地面控制站（工业电脑）上的控制指令就会通过地面控制站传输到飞行控制器中IO板上的机载数字电台中，然后IO板通过转接板和微处理器通信，将所述的控制指令传输到微处理器中；同时，IO板采集到包括姿态传感器、航向传感器、位置传感器和高度传感器传感器信息并进行处理，由于传感器采集到的这些信息都是模拟量，而微处理器只能处理数字信号，所以IO板就会先通过模拟信号采集单元将这模拟量采集，再通过数模转换单元将这些模拟量转换为数字量之后传输给转接板，然后这些数字量就会根据转接板的电平协议和通信协议传输给微处理器，然后微处理器会对这些信号进行计算处理，并与地面控制站传输给微处理器的任务规划作比对，之后通过IO板输出端口驱动无人直升机舵机动作修正无人直升机姿态，使无人直升机按照规划好的任务自主飞行。
在无人直升机按照事先规划好的区域自主飞行时，当无人直升机飞到预定农药喷洒区域时，中央控制单元中的微处理器会给喷洒设备控制器一个电压信号，这个电压信号信号通过IO板输出端口传输到无人直升机上的喷洒设备控制器，然后喷洒设备控制器就会打开喷洒水泵的开关进行农药喷洒作业。在无人直升机飞行的过程中，***会先设置一个速度值，飞行控制器根据传感器信息会实时的获取无人直升机的前飞速度，并且中央处理单元会控制电源管理器根据这个前飞速度对喷洒设备控制器的供电电压进行选择，如果前飞速度小于设定值，那么中央处理单元就会选择由第三DC/DC单元转换的12V/3A的电压给喷洒水泵供电，如果无人直升机前飞速度大于设定值，那么中央处理就会选择锂电池22.2V电压直接给喷洒水泵供电。
本实用新型公开了一种可自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，提供了一种更安全、精准、高效、低成本、易操作的农药喷洒技术。本实用新型相对于现有的农药喷洒方式，首先，避免了施药人员暴露于农药周围，降低了施药人员农药中毒的风险；其次，该***容易操作，降低了操作人员门槛，更易推广普及。
Claims (6)
1.一种可全自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，包括直升机模块，所述的直升机模块包括直升机本体和机载电气设备，所述的机载电气设备包括电池、开关、舵机和连接线，其特征在于：还包括飞控与导航模块、测控模块和任务载荷模块，所述的飞控与导航模块包括飞行控制器、姿态传感器、航向传感器、位置传感器和高度传感器，所述的测控模块包括机载电台和地面控制站，所述的任务载荷模块包括喷洒设备控制器和农药喷洒设备，所述的飞行控制器包括电源管理单元和中央处理单元，所述的中央处理单元包括IO板、转接板和微处理器，所述的姿态传感器、航向传感器、位置传感器和高度传感器的输出端均与飞行控制器的中央处理单元中的IO板的输入端电连接，IO板的输出端连接转接板的输入端，转接板的输出端连接微处理器的输入端，微处理器的输出端通过IO板连接舵机和喷洒设备控制器。
2.根据权利要求1所述的一种可全自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，其特征在于：所述的电源管理单元包括第一DC/DC模块、第二DC/DC模块和第三DC/DC模块。
3.根据权利要求1所述的一种可全自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，其特征在于：所述的微处理器采用了基于PXA255的最小电路***。
4.根据权利要求1所述的一种可全自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，其特征在于：所述的农药喷洒设备包括5升农药容量箱、农药喷洒杆、雾化喷嘴和喷洒水泵。
5.根据权利要求1所述的一种可全自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，其特征在于：所述的直升机本体为工业级小型直升机AF25B，直升机AF25B外设置有半包蒙皮。
6.根据权利要求1所述的一种可全自主飞行并喷洒农药的无人直升机***，其特征在于：所述的电池采用两块22.2V的锂电池构成的锂电池组。
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- 2015-02-03 CN CN201520075172.5U patent/CN204415735U/zh active Active
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