本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机喷药系统及方法。
背景技术：
随着农用无人机技术的逐渐发展进步，在全国各地，越来越多的农用无人机公司在发展农用无人机，一些农业大户，都纷纷引入农用无人机，把它应用在实际农田作业上，无人机已成为农业领域的热门产品。
目前农用无人机主要通过地面遥控或gps(globalpositioningsystem)飞控，来实现低空喷洒药剂等农林植物保护作业。由于现有的控制平台只能够控制单个无人机进行喷药，效率较低。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供一种无人机喷药系统及方法，可通过同时控制多架无人机进行喷药，提高喷药效率。
本发明实施例提供了一种无人机喷药系统，包括：
无人机组、电台网络、主控台、多个子控台和多个药箱；
所述多个子控台和多个药箱分别设置在所述无人机组中的无人机上；
所述主控台通过所述电台网络分别与所述多个子控台连接，所述多个子控台分别与所述多个药箱连接。
本发明实施例提供了一种无人机喷药方法，应用于前述无人机喷药系统，包括：
主控台通过电台网络连接无人机组中的无人机上的各子控台；
通过所述各子控台，获取各无人机的工作能力信息和各无人机机载药箱的药物信息；
根据目标喷药量、所述工作能力信息和所述药物信息，控制所述各子控台连接的药箱进行喷药。
本发明各实施例，主控台通过电台网络控制多架无人机同时喷药，提高喷药的效率，节省大量人力和时间成本，同时各个无人机的喷洒状态基本一致，便于计算控制，进一步提高喷药效率。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的无人机喷药系统的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的无人机喷药系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中主控台的显示界面的示意图；
图4为本发明一实施例提供的无人机喷药方法的流程示意图；
图5为本发明另一实施例提供的无人机喷药方法的流程示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1，图1为本发明一实施例提供的无人机喷药系统的结构示意图。该无人机喷药系统包括：
无人机组10、电台网络20、主控台30、多个子控台40和多个药箱50。
无人机组10包括多架无人机。
多个子控台40和多个药箱50分别设置在无人机组10中的无人机上，子控台40可收集无人机和药箱50的工作数据。
图1是以多个子控台40和多个药箱50分别设置在无人机组10的每架无人机上为例。但在实际应用中，根据无人机的具体编队情况，可不限于此。
主控台30设置在地面上，通过电台网络20分别与多个子控台40连接，多个子控台40分别与多个药箱50连接，药箱50中放入待喷洒的药物。主控台30可通过电台网络20向无人机上的子控台40发送控制指令，子控台40根据该控制指令控制无人机喷药，并可进一步将收集的无人机和药箱50的工作数据反馈至主控台30，主控台30实现监控所有无人机喷药的工作状态。
本发明实施例中，主控台通过电台网络控制多架无人机同时喷药，提高喷药的效率，节省大量人力和时间成本，同时各个无人机的喷洒状态基本一致，便于计算控制，进一步提高喷药效率。
图2为本发明另一实施例提供的无人机喷药系统的结构示意图。该无人机喷药系统包括：
无人机组10、电台网络20、主控台30、多个子控台40和多个药箱50；
其中，无人机组10包括多架无人机。
多个子控台40和多个药箱50分别设置在无人机组10的每架无人机上，子控台40可收集无人机和药箱50的工作数据。
电台网络20包括：主电台21与多个子电台22；
多个子电台22分别设置在无人机组的每架无人机上，子电台22与子控台40的数量相同，一般地，每架无人机上设置一个子电台22和一个子控台40。
主控台30与主电台21连接，主电台21分别与多个子电台22连接，即，主电台21分别与每架无人机上的子电台22连接。每个子电台22分别与一个子控台40连接，每个子控台40连接预设数量的药箱50，每架无人机可以携带一个或多个药箱50，无人机上的子控台40连接该无人机上所有的药箱50。药箱50可设置不同型号，可根据无人机的载重以及配置灵活选择。
具体地，主电台21与多个子电台22同处一个网络频段，通过网络ip(internetprotocol)端口进行通讯。端口号需为同一局域网络下，例如可设置主电台21的端口号为192.168.1.10，各子电台22的端口号为192.168.1.11、192.168.1.12、192.168.1.13等，子电台22之间不进行通信，各子电台22只与主电台21相互通信。
主控台30设置在地面上，通过电台网络20分别与多个子控台40连接，多个子控台40分别与多个药箱50连接，药箱50中放入待喷洒的药物。主控台30可通过电台网络20向无人机上的子控台40发送控制指令，子控台40根据该控制指令控制无人机喷药，并可进一步将收集的无人机和药箱50的工作数据反馈至主控台30，主控台30实现监控所有无人机喷药的工作状态。
具体地，主控台30为pc(personalcomputer)端，连接主电台21后，可通过串口对主电台21和子电台22进行网络配置，主控台30通过内置的上位机软件可以选择是集群控制或者是单独控制无人机喷药。成功连接子控台40之后，可以在显示界面看到各个子控台40的连接状态，子控台40对应的药箱的药物剩余量以及无人机工作的时间，并可以根据当前的喷药状态以及现场需要，选择控制群体或者单独无人机进行喷药，以及控制喷药的速率。通过该上位机软件在主控台30上的显示界面请参见图3。
进一步地，子控台40包括控制模块、喷洒设备和传感器；
该控制模块分别连接该喷洒设备和该传感器，该传感器连接药箱50，该传感器可以对药箱50中的药量进行监控。子控台40用于根据主控台30的指令，控制药箱50完成喷药工作。子控台40以一个单片机系统板为核心，加上外围的喷洒设备与传感器组成，喷洒设备连接药箱。当该单片机系统板识别主控台30发送的指令之后，控制外围喷洒设备工作，根据指令可对工作状态，如开关、速率等进行调控。传感器主要在监控到药量不足时，将药量不足的提示信息发送回主控台30，操作人员在主控台30的显示界面上可查看到该提示信息，及时控制该无人机返回地面补充药量，或者更换无人机接替该药量不足的无人机进行喷药工作。该控制模块例如可以是如：at89s52、意法半导体stm32系列(如：stm32f469/479、stm32f429/439等等)或者高通骁龙flight平台等型号的控制芯片。传感器可以通过检测药箱重量的变化检测药量的变化，或者，传感器还可以是液位传感器。
可选的，该控制模块可与无人机的控制芯片电性连接，将主控台发送的控制信号转发给无人机的控制芯片，以便该控制芯片根据转发的控制信号控制无人机执行对应的动作，如：返航，或者，按照指定的轨迹飞行。该控制芯片例如可以但不限于是：意法半导体stm32系列(如：stm32f469/479、stm32f429/439等等)控制芯片、高通骁龙flight平台控制芯片等。
可选的，于其他一实施方式中，无人机组10包括多个无人机队列，每一队无人机队列均包括主控无人机和至少一台辅助无人机。主控无人机和至少一台辅助无人机上设置有射频信号收发模块，通过射频信号收发模块可实现主控无人机和辅助无人机之间的通信。射频信号收发模块电性连接于无人机的控制芯片。
可选的，当辅助无人机只有一台时，射频收发模块为蓝牙模块，例如可以是蓝牙信号收发器。在起飞前主控无人机和辅助无人机需要进行蓝牙配对，以在彼此之间建立数据传输连接。主控无人机的控制芯片通过蓝牙模块向辅助无人机的控制芯片发送控制信号，控制辅助无人机协同飞行。当辅助无人机的数量大于1时，射频收发模块为wifi(无线保真)模块。在起飞前主控无人机将自己作为无线热点，将各辅助无人机接入自己的网络，以在主控无人机与各辅助无人机之间组建局域网。主控无人机通过wifi网络控制局域网中的各辅助无人机协同飞行。
可选的，子控台40设置在主控无人机上。多个子电台22分别设置在每架主控无人机上，子电台22与子控台40的数量相同。主控台30与主电台21连接，主电台21分别与多个子电台22连接，每个子电台22分别与一个子控台40连接，每个子控台40连接一个药箱50。
可选的，主控无人机的底部设置有第一挂载装置，辅助无人机的底部设置有第二挂载装置，通过该第一挂载装置和该第二挂载装置，将药箱50挂载在该主控无人机和该辅助无人机的机身的下部。可选的，挂载装置可以但不限于包括挂钩或安全扣。药箱50的顶部设置有与挂钩或安全扣相匹配的一个或多个环状结构，如：扣环，或，把手。通过环状结构，可将药箱50挂载在该挂载装置上。可选的，挂载装置也可以为网状结构，第一挂载装置和第二挂载装置拼接在一起形成一个完整的网，用于兜住药箱50。
可选的，由于主控无人机上还搭载了子控台，为了减轻主控无人机的负载压力，药箱50包括第一储药部和第二储药部，第一储药部靠近主控无人机，第二储药部靠近辅助无人机，第一储药部的容积小于第二储药部，以保持机身平衡。可选的，药箱50的竖截面为梯形。
可选的，无人机上还设置有风速传感器，该风速传感器与该子控台电性连接，特别是与该子控台中的控制模块电性连接。该风速传感器通过该子控台将感测的风速传输给该主控台，该主控台根据该风速的变化，控制该无人机返航。
可选的，该风速传感器还可与无人机的控制芯片电性连接，该控制芯片根据该风速传感器感测的风速变化，控制无人机返航。当无人机组包括多个无人机队列时，风速传感器可只设置在主控无人机上。控制芯片在根据该风速传感器感测的风速变化，控制主控无人机返航的同时，还通过蓝牙模块向辅助无人机发送返航控制指令，以控制辅助无人协同返航。
进一步的，无人机的电池为可替换电池，方便随时进行替换，延长工作时间。
本发明实施例中没有详述的部分，可参见前述无人机喷药系统的实施例的描述，此处不再赘述。
本发明实施例中，主控台通过电台网络控制多架无人机同时喷药，提高喷药的效率，节省大量人力和时间成本，同时各个无人机的喷洒状态基本一致，便于计算控制，进一步提高喷药效率。
图4为本发明一实施例提供的无人机喷药方法的流程示意图。该无人机喷药方法可应用于前述图1和图2所示实施例中的无人机喷药系统，该系统的具体结构请参见前述相关描述，此处不再赘述，该无人机喷药方法包括：
s101、主控台通过电台网络连接无人机组中的无人机上的各子控台；
在执行喷药任务之前，主控台先通过电台网络与无人机上的子控台连接上，各无人机组成无人机组执行喷药任务。
s102、通过各子控台，获取各无人机的工作能力信息和各无人机机载药箱的药物信息；
主控台通过电台网络向各子控台发送控制指令，各子控台根据该控制指令获取各无人机的工作能力信息和各无人机机载药箱的药物信息，该工作能力信息包括续航时间、飞行高度、飞行速度等表示无人机工作性能的信息，该药物信息是指药物的品种、形态、数量等信息，并将获取的该工作能力信息和该药物信息发送给主控台。
s103、根据目标喷药量、该工作能力信息和该药物信息，控制各子控台连接的药箱进行喷药。
获取本次喷药任务需要的目标喷药量，该目标喷药量可以自定义在主控台的系统中。
根据无人机的工作能力和药箱中的药物状况，控制各子控台连接的药箱进行喷药，使得喷药达到该目标喷药量。
本发明实施例中没有详述的部分，可参见前述无人机喷药系统的实施例的描述，此处不再赘述。
本发明实施例中，主控台通过电台网络控制多架无人机同时喷药，提高喷药的效率，节省大量人力和时间成本，同时各个无人机的喷洒状态基本一致，便于计算控制，进一步提高喷药效率。
图5为本发明一实施例提供的无人机喷药方法的流程示意图。该无人机喷药方法可应用于前述图1和图2所示实施例中的无人机喷药系统，该系统的具体结构请参见前述相关描述，此处不再赘述，该无人机喷药方法包括：
s201、主控台通过电台网络连接无人机组中的无人机上的各子控台；
在执行喷药任务之前，主控台先通过电台网络与无人机上的子控台连接上，各无人机组成无人机组执行喷药任务。
s202、通过各子控台，获取各无人机的工作能力信息和各无人机机载药箱的药物信息；
主控台通过电台网络向各子控台发送控制指令，各子控台根据该控制指令获取各无人机的工作能力信息和各无人机机载药箱的药物信息，该工作能力信息包括续航时间、飞行高度、飞行速度等表示无人机工作性能的信息，该药物信息是指药物的品种、形态、数量等信息，并将获取的该工作能力信息和该药物信息发送给主控台。
s203、确认进行喷药的无人机；
获取本次喷药任务需要的目标喷药量，该目标喷药量可以自定义在主控台的系统中。
根据该目标喷药量和药箱的药物信息，其中该药物信息包括药量，确认进行喷药时所需的药箱数量。每个药箱的药量总和大于等于该目标喷药量。进一步获取各无人机上的药箱数量，无人机可以携带不同数量的药箱，根据各无人机上的药箱数量和进行喷药时所需的药箱数量，确认进行喷药的无人机。例如需要10个药箱，无人机上有的安装1个药箱，有的安装2个药箱，则可以确认进行喷药的无人机是10架安装有1个药箱的无人机，也可以确认进行喷药的无人机是5架安装有2个药箱的无人机，还可以是确认进行喷药的无人机是4架安装有2个药箱的无人机和2架安装有1个药箱的无人机。这些无人机构成了完成本次喷药任务的无人机组。
s204、根据目标喷药量、该工作能力信息和该药物信息，控制各子控台连接的药箱进行喷药。
根据无人机的工作能力和药箱中的药物状况，控制各子控台连接的药箱进行喷药，使得喷药达到该目标喷药量。具体的，根据该目标喷药量、无人机的续航时长和药物信息(如药量)，计算喷药速度，并通过控制子控台，使得子控台控制药箱按照该喷药速度进行喷药。
进一步地，获取正在喷药的各无人机的药箱的喷药速度，当存在药箱的喷药速度异常时，控制载有喷药速度异常的药箱的无人机返回地面。及时监测到药箱存在故障的无人机，例如，喷洒设备发生故障时，喷药速度可能过快或过慢，及时发现这种故障，可以进一步提高喷药效率。
进一步地，控制载有喷药速度异常的药箱的无人机返回地面之后，获取剩余正在喷药的无人机的药箱中的总药量，判断该总药量是否大于等于该目标喷药量，若该总药量小于该目标喷药量，表示当前正在执行喷药任务的所有无人机都无法完成当前的喷药任务，则计算该目标喷药量和该总药量的差值，并获取未在喷药的各无人机上的药箱的药量，该未在喷药的无人机可以是在地面上未起飞的，也可以是在空中已经飞行但未参与喷药任务的，根据该差值和未在喷药的各无人机上的药箱的药量，确认接替该喷药速度异常的无人机进行喷药的接替无人机，连接该接替无人机并该接替无人机上的子控台连接的药箱进行喷药。
可选的，获取风速变化，当风速大于预设速度时，控制无人机返航，风速过大会造成喷药无法按照计划完成喷药，也会造成无人机的安全问题。此时控制无人机反抗可避免因风速过大造成的喷药任务失败或无人机安全问题。
可选的，无人机组包括多个无人机队列，各无人机队列均包括主控无人机和至少一台辅助无人机，药箱同时挂载在同一队列的主控无人机和辅助无人机上。主控无人机和辅助无人机之间通过蓝牙或wifi进行信息交互。主控台通过电台网络连接各无人机队列中的主控无人机上的子控台。由于单台无人机带载能力有限，通过多台无人机协同工作，可提高一次携带的药量。
可选的，当辅助无人机只有一台时，主控无人机和辅助无人机之间通过蓝牙进行信息交互。在起飞前主控无人机和辅助无人机需要进行蓝牙配对，以在彼此之间建立数据传输连接。主控无人机根据主控台发送的控制信号执行对应的动作，同时通过蓝牙控制辅助无人机协同飞行。
当辅助无人机的数量大于1时，主控无人机和各辅助无人机之间通过wifi进行信息交互。在起飞前主控无人机将自己作为无线热点，将各辅助无人机接入自己的网络，以在主控无人机与各辅助无人机之间组建局域网。主控无人机通过wifi网络控制局域网中的各辅助无人机协同飞行。
可以理解的，主控无人机还可以通过蓝牙或wifi获取辅助无人机的工作能力信息，并将获取的辅助无人机的工作能力信息通过子控台传输给主控台。
本发明实施例中没有详述的部分，可参见前述无人机喷药系统及方法的实施例的描述，此处不再赘述。
本发明实施例中，主控台通过电台网络控制多架无人机同时喷药，提高喷药的效率，节省大量人力和时间成本，同时各个无人机的喷洒状态基本一致，便于计算控制，进一步提高喷药效率。
上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中可以参见其它实施例的相关描述。
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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。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、物品或者装置中还存在另外的相同要素。