[发明专利]基于GPS导航的无人机施药作业自动控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于GPS导航的无人机施药作业自动控制系统，包括控制无人直升机旋翼飞行系统的飞行控制主机，所述飞行控制主机的主通讯端与GPS通讯连接，其主控制输出端接旋翼飞行系统的受控端，用以根据预定航线和GPS传来的实时位置信息向所述飞行系统发出导航控制信号；其特征在于：

所述无人直升机上还装有由药箱、液泵、喷杆及喷头组成的施药装置，以及施药控制系统，所述施药控制系统包括主控制电路、通讯模块、反馈模块、信号处理模块及电力变送模块；

所述飞行控制主机的辅通讯端通过所述通讯模块与所述主控制电路通讯连接，用以将施药控制信号传输给主控制电路，并接受所述主控制电路反馈的施药系统状态信息；

所述主控制电路通过所述信号处理模块与所述液泵的受控端连接，用以根据预定施药地点和GPS传来的实时位置信息发出施药控制信号，并通过所述信号处理模块放大成电信号后提供给所述液泵的受控端，以控制液泵进行施药操作；

所述反馈模块的信号输出端与所述主控制电路的反馈信号输入端相连，用以将施药系统状态信息反馈到所述主控制电路；

所述电力变送模块包括电压转换电路和整流电路，将机载发电机提供的电压整流、转换并配送至上述各个模块。

2.根据权利要求1所述的基于GPS导航的无人机施药作业自动控制系统，其特征在于：所述主控制电路包括MSP430F149单片机、复位电路、存储模块、时钟模块、Jtag接口及3-5V电压转换模块；所述复位电路采用MAX811模块，其GND端口与单片机的DVss端口连接，其RESET端口与单片机的RST/NMI端口连接，发送复位指令给单片机防止程序跑飞；所述存储模块采用AT24C08存储芯片，所述时钟模块采用SD2003A时钟芯片，存储模块与时钟模块配合记录飞行过程中设备的工作状态作为数据分析的依据；所述Jtag接口分别与单片机的TDO、TDI、TMS、TCK、RST端口连接，作为单片机的程序下载端口；所述3-5V电压转换模块采用SN74LVC4245电平转换芯片，沟通3V电压下工作的单片机与5V电压下工作的外围电路。

3.根据权利要求1或2所述的基于GPS导航的无人机施药作业自动控制系统，其特征在于：所述通讯模块包括并列的422接口电路和232接口电路，为所述主控制电路与所述飞行控制主机之间提供两种通讯模式。

4.根据权利要求2所述的基于GPS导航的无人机施药作业自动控制系统，其特征在于：所述信号处理模块包括放大电路、隔离电路、设备接口三部分，所述放大电路把单片机发来的施药控制信号放大成12V电信号，再通过所述隔离电路的继电开关和所述设备接口传送至所述液泵，以弱电控制强电，实现对液泵的控制。

5.根据权利要求2所述的基于GPS导航的无人机施药作业自动控制系统，其特征在于：所述反馈模块包括四组HCPL0601光耦，分别作为工作状态采集模块及液位报警模块与所述设备接口连接；所述工作状态采集模块判断所述液泵的工作电压是否满足要求，将得到的施药系统状态信息向所述单片机提供；所述液位报警模块将液位报警信号反馈给所述单片机。

6.根据权利要求5所述的基于GPS导航的无人机施药作业自动控制系统，其特征在于：所述液位报警模块接受所述药箱的液位反馈信号判断是否发出所述液位报警信号；或者根据施药量及施药时间估算出所述药箱内的剩余药量，判断是否发出所述液位报警信号。

7.一种基于GPS导航的无人机施药作业方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

(1)航路规划PC机把测算好的无人直升机的GPS航路点信息和施药控制信号传输至地面站；

(2)地面站把接收到的信号进行处理后，通过地面无线电台发往机载无线电台，由机载无线电台提供给飞行控制主机；

(3)当地面站发出程控指令时，无人直升机将按照预定路线实施喷洒任务；

(4)在喷洒作业的过程中，飞行控制主机一方面控制飞机按预定的GPS航路飞行，另一方面把航路信息内的施药控制信号分离出来发给施药系统；

(5)施药系统接收施药控制信号开始工作，并把施药系统状态信息反馈给飞行控制主机；

(6)飞行控制主机通过遥测通道把飞行过程中实时的GPS信息和施药系统状态信息通过机载无线电台及地面无线电台返回给航路规划PC机，通过软件界面在监视器上显现出来。