[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种施药作业的自动控制系统，尤其涉及一种基于GPS导航的无人机施药作业自动控制系统，属于农业技术领域。本发明还涉及一种基于GPS导航的无人机施药作业方法。

背景技术

与传统田间人工施药作业相比，航空施药的优势显著：作业效率高，农药对作业人员零危害，用工量和劳动强度大幅降低；雾滴漂移少，雾流对作物穿透性强，防治效果明显提高；无需专用起降机场，机动性好。航空施药技术为快速有效防控水田爆发性病虫草害、促进水稻规模化植保技术升级换代提供了最佳作业平台，同时也为现代航空技术和数字信息技术武装改造我国传统农业提供了前期技术储备，市场潜力和产业化前景良好。

目前，航空施药技术在美国与日本等发达国家应用较多，日本多采用无人直升机施药，但日本的无人直升机施药多为人工操作，不带自动导航自动控制施药系统，施药的准确性差。美国航空施药则采用大型固定翼农用航空施药装备，机动性差。

2009年3月4日，公告号为CN201203426Y的中国实用新型专利，公开了一种基于嵌入式GPS技术的农用飞机作业导航系统，它主要包括中央处理器以及与中央处理器相连的GPS模块、以太网模块、语音提示模块、触摸屏和存储器组成，中央处理器还与安全数码卡相连，中央处理器的外接JTAG接口作为操作系统内核与引导程序的烧写接口，中央处理器亦接有用于程序调试用的RS232接口。其主要用途是节约农药和飞行费用，优化飞行航线，减短作业时间，有效减小农药的重洒、漏洒率。该农用飞机作业导航系统用于有人驾驶的飞机，由于未将施药装置与自动控制系统有机结合，因此不适用于无人驾驶飞机。

发明内容

本发明的首要目的在于，提出一种基于GPS导航的无人机施药作业自动控制系统，不仅可以自动导航，而且能够在达到预定施药地点上空时，自动控制施药。

为了达到以上首要目的，本发明提供了一种基于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；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。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：工作时，飞行控制主机不仅可以借助GPS控制无人直升机按照预定航线飞行，而且可以借助GPS，按预定的GPS航路控制施药装置实施喷洒任务，当无人直升机飞抵预定施药地点上空时，自动控制液泵启动；当无人直升机飞离施药区域时，液泵自动关闭；实现自动导航飞行且自动控制施药作业，避免了重喷与漏喷，也避免了药液的浪费，减少药液消耗；所有设备自行工作，全程自动作业。

作为本发明的优选方案，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。

作为本发明的优选方案，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。