一种植保无人机的自动加药系统及方法与流程

本发明涉及一种植保无人机的自动加药系统及方法。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备；广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。

随着科学技术的不断发展，无人机有着越来越广泛的应用，例如植保无人机，顾名思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机有飞行平台(固定翼、单旋翼、多旋翼)、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等，为生活和工作带来了极大方便。

传统的植保无人机在进行农药喷洒时，传统植保机加药主要靠人力，药量补给方案全靠飞手经验，并没有实现实时检测药箱内药量的多少，在远距离大密度的作业空间环境下，很容易误判造成植保无人机空药箱作业，甚至出现无药作业；这就给原本飞行成本很高的植保作业又增加了一笔浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种植保无人机的自动加药系统及方法，能够实现对植保无人机药箱的液位实时检测，当药箱中的液位低于预设阈值时，控制无人机返航进行自动加药，避免植保无人机出现无药操作的情况，保障了植保无人机的正常工作并提高了无人机作业系统的自动化水平。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种植保无人机的自动加药系统，包括植保无人机的机载子系统和地面基站；机载子系统用于控制植保无人机在药箱药量不足时返回地面基站，所述地面基站用于为植保无人机的药箱进行加药；

所述的机载子系统包括液位检测模块和加药控制模块；液位检测模块的输出端与加药控制模块连接；所述液位检测模块用于检测植保无人机药箱的液位，所述加药控制模块用于在植保无人机药箱液位低于预设值时，控制植保无人机返回地面基站；

所述的地面基站包括无人机停靠探测装置、基站控制中心和加药装置；所述无人机停靠探测装置的输出端与基站控制中心连接，基站控制中心的输出端与加药装置连接。

所述的加药控制模块包括：

阈值设定子模块，用于预先设定无人机返航加药的液位阈值；

液位比较子模块，用于将检测到的药箱液位与液位阈值比较；

返航控制子模块，用于在药箱液位小于液位阈值时，控制无人机返回地面基站；

定位子模块，用于在植保无人机返航过程中对其进行定位。

所述的地面基站还包括地面罗盘和地面通讯模块；地面罗盘的输出端与基站控制中心连接，基站控制中心与地面通讯模块连接，所述地面通讯模块用于与机载子系统通讯，进而将地面罗盘数据传输给机载子系统。

所述的机载子系统还包括机载通讯模块、机载罗盘和方位修正模块；所述机载通讯模块用于与地面基站进行通讯，接收来自地面基站的罗盘数据，所述机载罗盘用于采集无人机的罗盘数据；所述的方位修正模块用于在植保无人机返航并降落时，结合地面罗盘数据和机载罗盘数据，计算出植保无人机与地面基准的距离、高度以及罗盘偏移角度，对植保无人机的降落的位置和方向进行修正，使植保无人机停靠在基站的唯一位置和唯一方向。

所述的所述无人机停靠探测装置为包括但不限于设置于无人机停靠点下方的压力传感器。

所述的液位检测模块包括浮力块、极限开关和液位检测主导管，所述极限开关设置于液位检测主导管的末端，所述液位检测主导管的上方通过螺纹柱与药箱顶部固定；浮力块套在液位检测主导管上能够沿该导管上下滑动，且位于极限开关和螺纹柱之间；所述的液位检测主导管柱面上且由上往下还顺次布置有多个数据开关，每个数据开关和极限开关均与加药控制模块连接。

所述的一种植保无人机的自动加药系统的自动加药方法，包括以下子步骤：

S1.在植保无人机作业过程中，机载子系统中的液位检测模块实时检测植保无人机药箱的液位；

S2.机载子系统将检测到的药箱液位与液位阈值比较：

（1）如果药箱液位不小于液位阈值，返回步骤S1继续进行液位实时检测；

（2）如果药箱液位小于液位阈值，进入步骤S3；

S3.机载子系统控制无人机返航，降落并停靠到基站的唯一位置和唯一方向；

S4.地面基站探测到无人机停靠后，对停靠的无人机进行加药操作。

所述步骤S3包括以下子步骤：

S31.机载子系统控制植保无人机开始返航，并通过定位子模块的定位数据返回到地面基站上方；

S32.植保无人机开始降落，在降落过程中，机载子系统保持与地面基站的通讯，接收来自地面基站的罗盘数据；

S33.机载子系统结合地面罗盘数据和机载罗盘数据，计算出植保无人机与地面基准的距离、高度以及罗盘偏移角度，对植保无人机的降落的位置和方向进行修正，使植保无人机停靠在基站的唯一位置和唯一方向。

本发明的有益效果是：本发明能够实现对植保无人机药箱的液位实时检测，当药箱中的液位低于预设阈值时，控制无人机返航进行自动加药，避免植保无人机出现无药操作的情况，保障了植保无人机的正常工作并提高了无人机作业系统的自动化水平；在植保无人机降落过程中，结合地面罗盘数据和机载罗盘数据，计算出植保无人机与地面基准的距离、高度以及罗盘偏移角度，对植保无人机的降落的位置和方向进行修正，使植保无人机停靠在基站的唯一位置和唯一方向，方便于地面基站进行准确地进行自动加药。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图；

图2为本发明液位检测模块的一个实施例结构示意图；

图3为本发明的方法流程图。

图中，1-浮力块，2-极限开关，3-液位检测主导管，4-螺纹柱，5-药箱，6-数据开关。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种植保无人机的自动加药系统，包括植保无人机的机载子系统和地面基站；机载子系统用于控制植保无人机在药箱药量不足时返回地面基站，所述地面基站用于为植保无人机的药箱进行加药；

所述的机载子系统包括液位检测模块和加药控制模块；液位检测模块的输出端与加药控制模块连接；所述液位检测模块用于检测植保无人机药箱的液位，所述加药控制模块用于在植保无人机药箱液位低于预设值时，控制植保无人机返回地面基站；

所述的地面基站包括无人机停靠探测装置、基站控制中心和加药装置；所述无人机停靠探测装置的输出端与基站控制中心连接，基站控制中心的输出端与加药装置连接。

在本申请的实施例中，所述的加药控制模块包括：

阈值设定子模块，用于预先设定无人机返航加药的液位阈值；

液位比较子模块，用于将检测到的药箱液位与液位阈值比较；

返航控制子模块，用于在药箱液位小于液位阈值时，控制无人机返回地面基站；

定位子模块，用于在植保无人机返航过程中对其进行定位。

所述的地面基站还包括地面罗盘和地面通讯模块；地面罗盘的输出端与基站控制中心连接，基站控制中心与地面通讯模块连接，所述地面通讯模块用于与机载子系统通讯，进而将地面罗盘数据传输给机载子系统。

所述的机载子系统还包括机载通讯模块、机载罗盘和方位修正模块；所述机载通讯模块用于与地面基站进行通讯，接收来自地面基站的罗盘数据，所述机载罗盘用于采集无人机的罗盘数据；所述的方位修正模块用于在植保无人机返航并降落时，结合地面罗盘数据和机载罗盘数据，计算出植保无人机与地面基准的距离、高度以及罗盘偏移角度，对植保无人机的降落的位置和方向进行修正，使植保无人机停靠在基站的唯一位置和唯一方向。

在本申请的实施例中，植保无人机与地面基准的距离、高度可以通过无人机自带的高度计（高度传感器）获得，罗盘偏移角度由地面罗盘数据和机载罗盘数据计算比较得到。

所述的所述无人机停靠探测装置为包括但不限于设置于无人机停靠点下方的压力传感器。

如图2所示，在本申请的一个实施例中，所述的液位检测模块包括浮力块1、极限开关2和液位检测主导管3，所述极限开关2设置于液位检测主导管3的末端，所述液位检测主导管3的上方通过螺纹柱4与药箱5顶部固定；浮力块1套在液位检测主导管5上能够沿该导管上下滑动，且位于极限开关2和螺纹柱4之间；所述的液位检测主导管5柱面上且由上往下还顺次布置有多个数据开关6，每个数据开关6和极限开关2均与加药控制模块连接。

在该实施例中，浮力块1能够触发对应位置的数据开关，加药控制模块根据浮力块1所触发的数据开关，即可实时检测到药箱中的液位。

在本申请的另一个实施例中，液位检测模块也可以由液压传感器和一个微处理器构成，液压处理器位于药箱的最底部，用于检查液压，微处理器根据检测出的液压，就能够计算出药液体高度，具体地，P=ρ*g*h，P表示液压传感器检测到的压强，ρ表示药液密度，对于每种药液来说，可当做已知值，g表示重力常数,等于9.8，根据检测到的P就能计算出液压传感器的深度h，由于液位传感器设置在药箱最底部，故h即所要检测的液位。

如图3所示，所述的一种植保无人机的自动加药系统的自动加药方法，包括以下子步骤：

S1.在植保无人机作业过程中，机载子系统中的液位检测模块实时检测植保无人机药箱的液位；

S2.机载子系统将检测到的药箱液位与液位阈值比较：

（1）如果药箱液位不小于液位阈值，返回步骤S1继续进行液位实时检测；

（2）如果药箱液位小于液位阈值，进入步骤S3；

S3.机载子系统控制无人机返航，降落并停靠到基站的唯一位置和唯一方向；

S4.地面基站探测到无人机停靠后，对停靠的无人机进行加药操作。

所述步骤S3包括以下子步骤：

S31.机载子系统控制植保无人机开始返航，并通过定位子模块的定位数据返回到地面基站上方；

S32.植保无人机开始降落，在降落过程中，机载子系统保持与地面基站的通讯，接收来自地面基站的罗盘数据；

S33.机载子系统结合地面罗盘数据和机载罗盘数据，计算出植保无人机与地面基准的距离、高度以及罗盘偏移角度，对植保无人机的降落的位置和方向进行修正，使植保无人机停靠在基站的唯一位置和唯一方向。