一种植保无人机智能喷洒系统

本发明涉及无人机系统技术领域，特别是指一种植保无人机智能喷洒系统。

背景技术：

近年来，随着农业植保无人机技术的不断发展，各种类型的植保无人机已经广泛应用于农业生产中，提高了农业生产的工作效率，并且节省了人力、物力的消耗。现有的植保无人机喷洒方式，普遍采用相对比较粗放的作业方式，药液高浓度、喷雾较细的喷雾技术，很大程度上依靠无人机驾驶员的手动操作或者程序预设，由人工决定配药比例和药剂喷洒的地点和流量。但是依靠人的经验进行判断，常常会造成药液浓度不均衡，喷洒过程中也存在漏喷或者重复喷洒等问题，尤其是在躲避障碍物、减速换陇等环节，经常会出现喷洒量过大，造成烧苗等现象，对农作物的生长有一定的影响。为了保证植保无人机的作业质量，需要对植保无人机的喷洒系统进行进一步的优化。所以，喷洒系统的药液配比及流量控制仍是其广泛应用的一个障碍，如何能够实现喷洒系统智能化控制是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中无人机喷洒系统不能实现喷洒系统的药液配比及流量控制，并且喷洒效率低，导致影响农作物生长等问题，本发明提供一种植保无人机智能喷洒系统，本发明设计的智能控制喷洒方法和系统具有智能化配药，精准化喷洒和系统化监测等优点，可以有效解决植保无人机配药粗放不精细，流量喷洒难以控制，各项指标监测不全面等的问题，可以更加精细的实施植保作业。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

本发明提供一种植保无人机智能喷洒系统，包括：智能配药模块、精准喷洒模块、智能监测模块；

所述智能配药模块用于根据不同作物及施药信息进行高精度的农药配比和混合，并将混合后药液输送至所述精准喷洒模块；所述精准喷洒模块用于接收所述智能监测模块传递的信息，并实时监控喷洒数据，控制植保无人机进行精准喷洒作业；所述智能监测模块用于采集并记录飞行数据、喷洒数据及外部环境信息，并进行智能算法运算将相关优化后信息传递至所述精准喷洒模块，进行优化后喷洒；

所述智能配药模块包括药箱、水箱、控制单元一、控制单元二、调配单元、混合单元和喷洒箱；所述药箱用于盛放药液，所述控制单元一用于采集所述药箱的液位和浓度，并控制药品的流量；所述水箱用于盛放水，所述控制单元二用于采集所述水箱的液位高度并控制水的流量；所述调配单元用于储存预先设定的作物种类及施药信息，并接收外部作物信息后，调出预先设定的施药信息，并将其传递给所述控制单元一和控制单元二，所述所述控制单元一和控制单元二分别根据接收的信号按照一定的比例进行农药配比；所述混合单元用于混合农药与水，并且通过浓度传感器检测药液浓度，与所述调配单元的预设施药信息比对合格后灌入所述喷洒箱。

进一步的，所述精准喷洒模块包括喷洒cpu，变频单元、水泵单元和可调喷头单元；所述喷洒cpu用于接收智能监测模块的控制信号，并将控制信号发送至所述变频单元，所述变频单元通过变频处理后的控制信号来控制和调节所述水泵单元，所述水泵单元用于储存由所述喷洒箱输送的药液，并将药液输送至所述喷头单元，所述喷头单元将药液喷洒出去。

进一步的，所述智能监测模块包括监测cpu、飞行数据采集单元、喷洒数据采集单元、外部环境信息采集单元和智能算法单元；

所述飞行数据采集单元用于采集飞机的实时飞行数据，并将其传输至所述监测cpu；所述喷洒数据采集单元用于采集喷洒数据，并将其传输至所述监测cpu；所述外部环境信息采集单元用于采集外部环境数据，并将其传输至所述监测cpu；所述监测cpu将接收的数据传输至智能算法单元，并通过智能算法分析进行优化，将优化后的数据传输至所述监测cpu储存，所述监测cpu将接收到的优化后的数据传输至所述喷洒cpu，进行优化后喷洒。

进一步的，所述实时飞行数据包括飞机飞行速度、高度、角度和飞机实时位置信息；所述喷洒数据包括喷洒压力和流量；所述外部环境的相应数据包括风力、风向、温度和湿度。

优选的，所述外部环境的相应数据还包括环境实时图片；所述监测cpu将接收的环境实时图片传输至智能算法单元，并通过智能算法分析进行优化，将优化后的数据传输至所述监测cpu储存，所述监测cpu将接收到的优化后的数据传输至所述调配单元，与预先设定的作物种类进行比较，确定施药信息，进行配药。

进一步的，所述水泵单元将水压检测信号反馈至喷洒cpu，所述喷头单元将流量监测信号反馈至所述喷洒cpu。

优选的，所述喷头单元中喷头的喷洒角度可由所述喷洒cpu独立控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的植保无人机智能喷洒系统，包括智能配药模块，精准喷洒模块和智能监测模块。智能配药模块主要用于高精度的农药配比和混合，采集药箱和水箱的液位高度，根据作业需求人为或者是根据智能监测模块检测到的作物信息按照一定的比例进行农药配比，并进行调配和混合，经检测浓度合格后灌入喷洒箱；精准喷洒模块用于控制植保无人机进行精准喷洒作业，并且采集流量数据、水压数据，并且把采集到的的信息反馈给喷洒cpu；智能监测模块用于监测并记录飞机的实时飞行数据、喷洒数据，并采集外部环境的相应数据，通过智能算法分析后对飞机喷洒系统进行实时的反馈处理和实时修正。从而可以对植保无人机的喷洒作业进行智能化调整和控制，以满足植保无人机进行精准化智能喷洒作业的需求。

本发明预先设定不同的作物种类及相关施药信息，并将其储存，然后根据不同的作物选定不同的配药信息，通过智能配药模块实现进准配药，通过对喷洒过程的监控，可以更加精细的实施植保作业。

附图说明

图1为本发明中植保无人机智能喷洒系统示意图；

图2为本发明植保无人机智能喷洒系统中智能配药模块示意图；

图3为本发明植保无人机智能喷洒系统中精准喷洒模块示意图；

图4为本发明植保无人机智能喷洒系统中智能监测模块示意图；

图中箭头方向表示信号传递方向。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。

本发明中，所使用的材料及试剂未有特殊说明的，均可从商业途径得到。

本发明提供一种植保无人机智能喷洒系统，见图1-4，包括：智能配药模块、精准喷洒模块、智能监测模块；

智能配药模块用于根据不同作物及施药信息进行高精度的农药配比和混合，并将混合后药液输送至精准喷洒模块；精准喷洒模块用于接收智能监测模块传递的信息，并实时监控喷洒数据，控制植保无人机进行精准喷洒作业；智能监测模块用于采集并记录飞行数据、喷洒数据及外部环境信息，并进行智能算法运算将相关优化后信息传递至精准喷洒模块，进行优化后喷洒；

智能配药模块包括药箱、水箱、控制单元一、控制单元二、调配单元、混合单元和喷洒箱；药箱用于盛放药液，控制单元一用于采集药箱的液位和浓度，并控制药品的流量；水箱用于盛放水，控制单元二用于采集水箱的液位高度并控制水的流量；调配单元用于储存预先设定的作物种类及施药信息，并接收外部作物信息后，调出预先设定的施药信息，并将其传递给控制单元一和控制单元二，控制单元一和控制单元二分别根据接收的信号按照一定的比例进行农药配比；混合单元用于混合农药与水，并且通过浓度传感器检测药液浓度，与调配单元的预设施药信息比对合格后灌入喷洒箱。

本发明智能喷洒系统通过在调配单元预先存储的作物种类(例如：水田、低矮作物、高杆作物和果树等)及相关的施药信息，对不同的作物，选定作物种类后，对应相关的施药信息，然后调配单元调控控制单元一和控制单元二，对不同量的农药和水进行混合，并经过浓度检测，与调配单元中的存储的浓度一致后灌入喷洒箱，实现了精准配药；并通过喷洒箱进入精准喷洒模块，实现农药的喷洒，同时智能监测模块检测相关喷洒信息并反馈至精准喷洒模块，可实时监控和修正喷洒情况，实现进准喷洒。

智能配药模块，具体用于喷洒前的药品装配阶段，将农药和水按照作物要求的配比进行混合。在调配区进行药品的预混合，由于部分药剂混合速度较慢或需要搅拌，所以进行调配后在混合区由混合电机进行搅拌混合，经调配区浓度传感器检测浓度合格后灌入喷洒箱。

在本发明的一个实施例中，本发明的智能配药模块和精准喷洒模块用杜邦线连接，精准喷洒模块和智能监测模块用杜邦线连接。智能监测模块和精准喷洒模块都安装在飞控板上。智能配药模块为得利可拆卸外置设备。

进一步的，精准喷洒模块包括喷洒cpu、变频单元、水泵单元和可调喷头单元；喷洒cpu用于接收智能监测模块的控制信号，并将控制信号发送至变频单元，变频单元通过变频处理后的控制信号来控制和调节水泵单元，水泵单元用于储存由喷洒箱输送的药液，并将药液输送至喷头单元，喷头单元将药液喷洒出去。水泵单元将水压检测信号反馈至喷洒cpu，喷头单元将流量监测信号反馈至喷洒cpu。喷洒cpu接收水压检测信号和流量检测信号，用来反馈喷洒是否能够按照给定信号进行喷洒，起到反馈作业的作用。喷头单元中喷头的喷洒角度可由喷洒cpu独立控制，实现角度的进准喷洒。

进一步的，智能监测模块包括监测cpu、飞行数据采集单元、喷洒数据采集单元、外部环境信息采集单元和智能算法单元；

飞行数据采集单元用于采集飞机的实时飞行数据，并将其传输至监测cpu；喷洒数据采集单元用于采集喷洒数据，并将其传输至监测cpu；外部环境信息采集单元用于采集外部环境数据，并将其传输至监测cpu；监测cpu将接收的数据传输至智能算法单元，并通过智能算法分析进行优化，将优化后的数据传输至监测cpu储存，监测cpu将接收到的优化后的数据传输至喷洒cpu，进行优化后喷洒。实时飞行数据包括飞机飞行速度、高度、角度和飞机实时位置信息；喷洒数据包括喷洒压力和流量；外部环境的相应数据包括风力、风向、温度和湿度。

在本发明的另一个实施例中，外部环境的相应数据还包括环境实时图片；监测cpu将接收的环境实时图片传输至智能算法单元，并通过智能算法分析进行优化，将优化后的数据传输至监测cpu储存，监测cpu将接收到的优化后的数据无线传输至调配单元，与预先设定的作物种类进行比较，确定施药信息，进行配药。本实施例中，不用人为确定作物种类，选定施药信息，全程智能化处理，方便快捷。

优选的，喷洒cpu型号为stm32f103c8t6；监测cpu型号为atsame70q21。

本发明中首先根据不同的作物，设定智能配药的信息，再根据作物信息，预设距离作物高度的信息，再根据飞行信息，喷洒泵的流量信息，确定目标喷洒量和喷洒速度信息；通过监控飞行数据和高度信息、距离作物高度和喷洒数据，实时进行智能态控制，来控制喷洒流量和植保无人机的飞行速度和高度，以使植保无人机药箱中的药液智能喷洒。

通过监控流量计采集到的流量信息，确定实际喷洒的药液量，同时对比计划飞行速度和实际飞行速度，已达到稳定工作。若实际喷洒量为零时，记录当前喷洒位置，并控制无人机返航；植保无人机再起起飞作业时，自动返回上次返航点位置继续施药，实现“断点续喷”功能。

以上所述是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。