一種農用無人機系統(tǒng)架構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明創(chuàng)造提供了一種農用無人機系統(tǒng)架構，包括無人機本體和地面監(jiān)控中心，所述無人機本體內設有飛行控制子系統(tǒng)和任務執(zhí)行子系統(tǒng)，所述飛行控制子系統(tǒng)和任務執(zhí)行子系統(tǒng)分別與地面監(jiān)控中心進行無線通信；所述飛行控制子系統(tǒng)包括第一微處理器和第二微處理器，所述第一微處理器和第二微處理器之間通過串行總線連接，所述第一微處理器的輸出端口連接有電子調速器，所述電子調速器電連接有伺服電機。本發(fā)明創(chuàng)造所述的農用無人機，實現了自動導航，自動辨別上一次噴灑的方位，避免了農藥的重復噴灑和浪費。
【專利說明】
一種農用無人機系統(tǒng)架構
技術領域
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造屬于無人機技術領域，尤其是涉及一種農用無人機系統(tǒng)架構。
【背景技術】
[0002]作為一個農業(yè)大國，農用機械化使用程度是國家農業(yè)生產力的重要標志，隨著勞動力成本的增加及科學技術的發(fā)展，農用無人機越來越受到世界各國各界的廣發(fā)關注。
[0003]農用無人機由三部分組成:飛行平臺、任務系統(tǒng)(例如拍攝系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)等)和飛控系統(tǒng)，通過地面遙控或GPS控制來完成定位，可以檢測作物生長和病蟲害的情況、噴灑藥劑、種子和粉劑，其具有操作簡單、效率高、噴灑效果好的優(yōu)點，已經被廣泛應用于農業(yè)植保領域。
[0004]但是現有的農用無人機在工作過程中，通常采用人工遙控的方式，無法實現自動導航，在噴灑農藥時，無法得知農藥的剩余量，無人機補充農藥返回工作區(qū)域時，無法確定從哪里繼續(xù)噴灑，勢必造成農藥的重復噴灑和浪費。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提出一種農用無人機系統(tǒng)架構，以實現自動導航，自動辨別上一次噴灑的方位，避免了農藥的重復噴灑和浪費。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術方案是這樣實現的:
[0007]—種農用無人機系統(tǒng)架構，包括無人機本體和地面監(jiān)控中心，所述無人機本體內設有飛行控制子系統(tǒng)和任務執(zhí)行子系統(tǒng)，所述飛行控制子系統(tǒng)和任務執(zhí)行子系統(tǒng)分別與地面監(jiān)控中心進行無線通信；
[0008]所述飛行控制子系統(tǒng)包括第一微處理器和第二微處理器，所述第一微處理器和第二微處理器之間通過串行總線連接，所述第一微處理器的輸出端口連接有電子調速器，所述電子調速器電連接有伺服電機，所述第二微處理器的輸入端口分別電連接有氣壓高度傳感器、溫濕度傳感器、MU模塊和GPS模塊，所述第二微處理器還電連接有數據存儲模塊；
[0009]所述任務執(zhí)行子系統(tǒng)包括第三微處理器，所述第三微處理器分別與第一微處理器和第二微處理器電連接，所述第三微處理器的輸出端連接有電子控制閥，所述電子控制閥控制噴藥裝置的啟閉。
[0010]進一步的，所述飛行控制子系統(tǒng)還包括第一電源模塊，第一電源模塊為電子調速器供電，所述第一電源模塊電連接有第一穩(wěn)壓模塊，第一電源模塊通過第一穩(wěn)壓模塊分別為第一微處理器和第二微處理器供電。
[0011]進一步的，所述任務執(zhí)行子系統(tǒng)還包括第二電源模塊，第二電源模塊為電子控制閥供電，所述第二電源模塊電連接有第二穩(wěn)壓模塊，第二電源模塊通過第二穩(wěn)壓模塊為第三微處理器供電。
[0012]進一步的，所述第三微處理器的輸入端口電連接有高清運動攝像頭，所述第三微處理器還電連接有視頻存儲模塊。
[0013]進一步的，所述第一微處理器、所述第二微處理器和所述第三微處理器分別連接有JTAG接口電路。
[0014]進一步的，所述地面控制中心包括地面監(jiān)控計算機、遙控器和第三電源模塊，所述地面監(jiān)控計算機連接有第一顯示器、第二顯示器、第一數傳電臺、第一圖傳電臺，所述第三電源模塊通過電源管理模塊分別為地面監(jiān)控計算機、第一數傳電臺和第一圖傳電臺供電。
[0015]進一步的，所述第一微處理器的輸入端口電連接有用于接收遙控器信號的第一接收機，所述第三微處理器的輸入端口電連接有用于接收遙控器信號的第二接收機。
[0016]進一步的，所述第二微處理器電連接有用于與第一數傳電臺進行通信的第二數傳電臺，所述第三微處理器電連接有用于與第一圖傳電臺進行通信的第二圖傳電臺。
[0017]進一步的，所述第一微處理器和所述第二微處理器之間連接的串行總線為SPI總線。
[0018]相對于現有技術，本發(fā)明創(chuàng)造所述的一種農用無人機系統(tǒng)架構具有以下優(yōu)勢:
[0019]本發(fā)明所述的農用無人機既可人工操控，也可自動導航，在噴灑農藥時，可自動計算出農藥的剩余量，剩余量達到設定的預設閾值時，無人機返航補充農藥，補充完農藥后，無人機可自動尋找到無人機返航時刻的位置，繼續(xù)執(zhí)行噴灑任務，避免了農藥的重復噴灑和浪費;此外，無人機可采集農作物的圖像信息，監(jiān)測農作物的水分狀況、生長狀況以及是否發(fā)生疾病。
【附圖說明】
[0020]構成本發(fā)明創(chuàng)造的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明創(chuàng)造的進一步理解，本發(fā)明創(chuàng)造的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明創(chuàng)造，并不構成對本發(fā)明創(chuàng)造的不當限定。在附圖中:
[0021 ]圖1為本發(fā)明創(chuàng)造實施例所述的整體系統(tǒng)結構框圖；
[0022]圖2為本發(fā)明創(chuàng)造實施例所述的飛行控制子系統(tǒng)結構框圖；
[0023]圖3為本發(fā)明創(chuàng)造實施例所述的任務執(zhí)行子系統(tǒng)結構框圖；
[0024]圖4為本發(fā)明創(chuàng)造實施例所述的地面監(jiān)控中心結構框圖。
[0025]附圖標記說明:
[0026]1-無人機本體；11-飛行控制子系統(tǒng)；111-第一微處理器；112-第二微處理器；113-第一接收機;114-JTAG接口； 115-電子調速器;116-第一電源模塊;117-第二數傳電臺；118-數據存儲模塊；119-GPS模塊；1110-MU模塊；1111-溫濕度傳感器；1112-氣壓高度傳感器；1113-第一穩(wěn)壓模塊;1114-伺服電機;12-任務執(zhí)行子系統(tǒng)；121-第三微處理器;122-第二圖傳電臺；123-第二接收機;124-第二穩(wěn)壓模塊;125-電子控制閥；126-第二電源模塊;127-視頻存儲模塊;128-高清運動攝像頭；129-噴藥裝置;2-地面監(jiān)控中心;211-地面監(jiān)控計算機；212-第一數傳電臺；213-電源管理模塊;214-第三電源模塊;215-第一圖傳電臺；216-第二顯示器;217-第一顯示器;22-遙控器。
【具體實施方式】
[0027]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明創(chuàng)造中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0028]在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明創(chuàng)造和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明創(chuàng)造的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0029]在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發(fā)明創(chuàng)造中的具體含義。
[0030]下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明創(chuàng)造。
[0031]如圖1所示，一種農用無人機系統(tǒng)架構，包括無人機本體I和地面監(jiān)控中心2，所述無人機本體I內設有飛行控制子系統(tǒng)11和任務執(zhí)行子系統(tǒng)12，所述飛行控制子系統(tǒng)11和任務執(zhí)行子系統(tǒng)12分別與地面監(jiān)控中心2進行無線通信。
[0032]如圖2所示，所述飛行控制子系統(tǒng)11包括第一微處理器111和第二微處理器112，所述第一微處理器111和第二微處理器112之間通過SPI串行總線連接，所述第一微處理器111的輸出端口連接有電子調速器115，所述電子調速器115電連接有伺服電機1114，所述第二微處理器112的輸入端口分別電連接有氣壓高度傳感器1112、溫濕度傳感器1111、MU模塊1110和GPS模塊119，所述第二微處理器112還電連接有數據存儲模塊118;所述飛行控制子系統(tǒng)11還包括第一電源模塊116，第一電源模塊116為電子調速器115供電，所述第一電源模塊116電連接有第一穩(wěn)壓模塊1113，第一電源模塊116通過第一穩(wěn)壓模塊1113分別為第一微處理器111和第二微處理器112供電。
[0033]如圖3所示，所述任務執(zhí)行子系統(tǒng)12包括第三微處理器121，所述第三微處理器121分別與第一微處理器111和第二微處理器112電連接，所述第三微處理器121的輸出端連接有電子控制閥125，所述電子控制閥125控制噴藥裝置129的啟閉;所述任務執(zhí)行子系統(tǒng)12還包括第二電源模塊126，第二電源模塊126為電子控制閥125供電，所述第二電源模塊126電連接有第二穩(wěn)壓模塊124，第二電源模塊126通過第二穩(wěn)壓模塊124為第三微處理器121供電；所述第三微處理器121的輸入端口電連接有高清運動攝像頭128，所述第三微處理器121還電連接有視頻存儲模塊127。
[0034]如圖4所示，所述地面控制中心2包括地面監(jiān)控計算機211、遙控器22和第三電源模塊214，所述地面監(jiān)控計算機211連接有第一顯示器217、第二顯示器216、第一數傳電臺212、第一圖傳電臺215，所述第三電源模塊214通過電源管理模塊213分別為地面監(jiān)控計算機211、第一數傳電臺212和第一圖傳電臺215供電。
[0035]如圖2-3所示，所述第一微處理器111、所述第二微處理器112和所述第三微處理器121分別連接有JTAG接口 114電路，所述第一微處理器111的輸入端口電連接有用于接收遙控器22信號的第一接收機113，所述第三微處理器121的輸入端口電連接有用于接收遙控器22信號的第二接收機123;所述第二微處理器112電連接有用于與第一數傳電臺212進行通信的第二數傳電臺117，所述第三微處理器121電連接有用于與第一圖傳電臺215進行通信的第二圖傳電臺122。
[0036]本實施例的工作過程:無人機飛行過程中，第二微處理器112實時采集氣壓高度傳感器1112、溫濕度傳感器1111、MU模塊1110和GPS模塊119的數據，處理后保存在數據存儲模塊118，氣壓高度傳感器1112、頂U模塊1110和GPS模塊119的數據經SPI總線發(fā)送給第一微處理器111，第一微處理器111調用控制算法將接收到的數據轉換成相應的PWM控制信號作用于電子調速器115，用于驅動伺服電機1114，實時調整無人機的飛行狀態(tài)；同時，第二微處理器112將采集的傳感器數據通過第二數傳電臺117發(fā)送至地面監(jiān)控系統(tǒng)的第一數傳電臺212，地面監(jiān)控計算機211讀取第一數傳電臺212接收的數據，在第一顯示器217中顯示，并保存在地面監(jiān)控計算機211內；
[0037]無人機飛行過程中，高清運動攝像頭128采集農作物的視頻信息，發(fā)送至第三微處理器121，第三微處理器121將視頻信息處理后保存在視頻存儲模塊127中，同時，經第二圖傳電臺122發(fā)送至地面監(jiān)控系統(tǒng)的第一圖傳電臺215，地面監(jiān)控計算機211讀取第一圖傳電臺215接收的視頻數據，在第二顯示器216中顯示，并保存在地面監(jiān)控計算機211內，根據視頻信息中農作物的圖像信息，監(jiān)測農作物的水分狀況、生長狀況、是否發(fā)生疾?。?br>[0038]在噴灑農藥時，利用地面監(jiān)控中心的遙控器22向第二接收機123發(fā)送控制指令，第三微處理器121讀取第二接收機123接收到的控制指令，并向電子控制閥125發(fā)送相應的控制信號，電子控制閥125根據接收到的控制信號驅動噴藥裝置129，進行農藥的噴灑；
[0039]農藥噴灑過程中，第三微處理器121根據預設的噴灑速度和預載的農藥量計算出農藥的剩余量，當農藥剩余量達到預設閾值時，第三微處理器121向第二微處理器112發(fā)出報警信號，第二微處理器112將收到報警信號時刻的氣壓高度傳感器1112、溫濕度傳感器
1111、頂U模塊1110和GPS模塊119的數據單獨保存在數據存儲模塊118中，同時，第三微處理器121向第一微處理器111發(fā)出返航命令，第一微處理器111收到返航命令后向電子調速器115發(fā)出相應的PffM控制信號，并作用于伺服電機1114，使無人機返回地面進行農藥的補充；
[0040]無人機補充農藥后繼續(xù)執(zhí)行任務，第二微處理器112實時采集氣壓高度傳感器
1112、溫濕度傳感器1111、頂U模塊1110和GPS模塊119的數據，并與返航時刻單獨存儲在數據存儲模塊118的傳感器數據進行比較，當兩組數據基本相等時，確定此時的無人機位置即為返航時刻的無人機位置，第二微處理器111向第三微處理器121發(fā)送任務信號，由此位置繼續(xù)執(zhí)行噴灑任務。
[0041]無人機飛行過程中，地面操作人員也可利用遙控器22向第一接收機113發(fā)送控制指令，達到人工操作的目的。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種農用無人機系統(tǒng)架構，其特征在于:包括無人機本體(I)和地面監(jiān)控中心(2)，所述無人機本體(I)內設有飛行控制子系統(tǒng)(11)和任務執(zhí)行子系統(tǒng)(12)，所述飛行控制子系統(tǒng)(11)和任務執(zhí)行子系統(tǒng)(12)分別與地面監(jiān)控中心(2)進行無線通信； 所述飛行控制子系統(tǒng)(11)包括第一微處理器(111)和第二微處理器(112)，所述第一微處理器(111)和第二微處理器(112)之間通過串行總線連接，所述第一微處理器(111)的輸出端口連接有電子調速器(115)，所述電子調速器(115)電連接有伺服電機(1114)，所述第二微處理器(112)的輸入端口分別電連接有氣壓高度傳感器(1112)、溫濕度傳感器(1111)、頂U模塊(1110)和GPS模塊(119)，所述第二微處理器(112)還電連接有數據存儲模塊(118); 所述任務執(zhí)行子系統(tǒng)(12)包括第三微處理器(121)，所述第三微處理器(121)分別與第一微處理器(111)和第二微處理器(112)電連接，所述第三微處理器(121)的輸出端連接有電子控制閥(125)，所述電子控制閥(125)控制噴藥裝置(129)的啟閉。2.根據權利要求1所述的一種農用無人機系統(tǒng)架構，其特征在于:所述飛行控制子系統(tǒng)(11)還包括第一電源模塊(116)，第一電源模塊(116)為電子調速器(115)供電，所述第一電源模塊(116)電連接有第一穩(wěn)壓模塊(1113)，第一電源模塊(116)通過第一穩(wěn)壓模塊(1113)分別為第一微處理器(111)和第二微處理器(112)供電。3.根據權利要求1所述的一種農用無人機系統(tǒng)架構，其特征在于:所述任務執(zhí)行子系統(tǒng)(12)還包括第二電源模塊(126)，第二電源模塊(126)為電子控制閥(125)供電，所述第二電源模塊(126)電連接有第二穩(wěn)壓模塊(124)，第二電源模塊(126)通過第二穩(wěn)壓模塊(124)為第三微處理器(121)供電。4.根據權利要求1所述的一種農用無人機系統(tǒng)架構，其特征在于:所述第三微處理器(121)的輸入端口電連接有高清運動攝像頭(128)，所述第三微處理器(121)還電連接有視頻存儲模塊(127)。5.根據權利要求1所述的一種農用無人機系統(tǒng)架構，其特征在于:所述第一微處理器(111)、所述第二微處理器(112)和所述第三微處理器(I21)分別連接有JTAG接口(I 14)電路。6.根據權利要求1所述的一種農用無人機系統(tǒng)架構，其特征在于:所述地面控制中心(2)包括地面監(jiān)控計算機(211)、遙控器(22)和第三電源模塊(214)，所述地面監(jiān)控計算機(211)連接有第一顯示器(217)、第二顯示器(216)、第一數傳電臺(212)、第一圖傳電臺(215)，所述第三電源模塊(214)通過電源管理模塊(213)分別為地面監(jiān)控計算機(211)、第一數傳電臺(212)和第一圖傳電臺(215)供電。7.根據權利要求6所述的一種農用無人機系統(tǒng)架構，其特征在于:所述第一微處理器(111)的輸入端口電連接有用于接收遙控器(22)信號的第一接收機(113)，所述第三微處理器(121)的輸入端口電連接有用于接收遙控器(22)信號的第二接收機(123)。8.根據權利要求6所述的一種農用無人機系統(tǒng)架構，其特征在于:所述第二微處理器(112)電連接有用于與第一數傳電臺(212)進行通信的第二數傳電臺(117)，所述第三微處理器(121)電連接有用于與第一圖傳電臺(215)進行通信的第二圖傳電臺(122)。9.根據權利要求1所述的一種農用無人機系統(tǒng)架構，其特征在于:所述第一微處理器(111)和所述第二微處理器(112)之間連接的串行總線為SPI總線。
【文檔編號】G05D1/12GK106094878SQ201610697805
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月18日 公開號201610697805.5, CN 106094878 A, CN 106094878A, CN 201610697805, CN-A-106094878, CN106094878 A, CN106094878A, CN201610697805, CN201610697805.5
【發(fā)明人】臺海江
【申請人】天津中翔騰航科技股份有限公司