[发明专利]一种植保无人机智能施药系统及控制方法

权利要求书

1.一种植保无人机智能施药系统，其特征在于，该系统包括气象站(1)、地面站(2)和植保无人机(4)；

所述气象站(1)包括：

1)温度传感器，用于测量环境温度数据；

2)湿度传感器，用于测量环境湿度数据；

3)风向传感器，用于测量风向数据；

4)风速传感器，用于测量风速数据；

所述地面站(2)包括PC机，所述PC机上装载有植保无人机智能施药控制软件；

所述植保无人机(4)上装载有喷雾系统；所述喷雾系统为，药箱(4-1)内设有液位传感器(4-2)，药箱(4-1)、微型隔膜泵(4-3)、流量传感器(4-4)和压力传感器(4-5)通过总水管(4-6)连接，总水管(4-6)的出水口分为左右两路，分别通过支水管与左离心雾化盘喷头(4-8)和右离心雾化盘喷头(4-9)连接；所述液位传感器(4-2)、微型隔膜泵(4-3)、流量传感器(4-4)、压力传感器(4-5)、左离心雾化盘喷头(4-8)和右离心雾化盘喷头(4-9)分别连接至机载施药控制器(4-10)；

所述喷雾系统和植保无人机(4)的飞行控制器由锂电池提供驱动，所述锂电池与电池电压传感器连接，电池电压传感器和飞行控制器分别连接至机载施药控制器(4-10)；

所述气象站(1)通过云端服务器与地面站(2)连接，地面站(2)通过无线数据传输模块与植保无人机(4)的机载施药控制器(4-10)进行双向连接。

2.根据权利要求1所述一种植保无人机智能施药系统，其特征在于，所述气象站(1)通过2G、3G、4G或GPRS网络与云端服务器连接，云端服务器通过Internet与地面站(2)连接；所述地面站(2)上设有无线数据传输模块地面端(3-1)，与机载施药控制器(4-10)上设置的无线数据传输模块机载端(3-2)进行双向无线连接。

3.根据权利要求1所述一种植保无人机智能施药系统，其特征在于，所述机载施药控制器(4-10)通过第一电子调速器与微型隔膜泵(4-3)连接，通过第二电子调速器与左离心雾化盘喷头(4-8)连接，通过第三电子调速器与右离心雾化盘喷头(4-9)连接；该三路控制之间相互独立。

4.根据权利要求1所述一种植保无人机智能施药系统，其特征在于，所述左离心雾化盘喷头(4-8)和右离心雾化盘喷头(4-9)固定在水平连接杆(4-7)的左右两端，所述水平连接杆(4-7)同时对左右支水管形成支撑。

5.权利要求1-4任一权利要求所述一种植保无人机智能施药系统的控制方法，其特征在于，

所述气象站(1)测量环境参数，包括环境温度、环境湿度、风速、风向，并将采集的数据实时上传到云端服务器；启动PC机上的植保无人机智能施药控制软件，该软件自动下载云端服务器上环境参数的数据，并通过无线数据传输模块将环境参数、施药控制参数和控制指令发送至机载施药控制器(4-10)，其中施药控制参数包括农药每亩用量和喷幅；

所述飞行控制器测量植保无人机(4)的实时地理信息参数和飞行参数，其中地理信息参数包括经度和纬度，飞行参数包括飞行速度、飞行高度和飞行姿态，并将采集的数据实时发送到机载施药控制器(4-10)；

机载施药控制器(4-10)获取实时飞行参数，结合地面站(2)上传的环境参数、施药控制参数和控制指令进行自主程序决策，对微型隔膜泵(4-3)和两个离心雾化盘喷头进行独立控制，从而智能控制植保无人机(4)的药液流量、雾滴直径和喷幅参数；机载施药控制器(4-10)实时采集流量传感器(4-4)和压力传感器(4-5)的数据，对施药流量进行修正，实现施药流量的闭环控制；同时机载施药控制器(4-10)向地面站(2)发送植保无人机(4)的地理信息参数、飞行参数和施药参数，其中施药参数包括施药流量、施药压力、药液余量和电池电压，地面站(2)对数据进行解析后，在控制界面动态显示并保存；

所述机载施药控制器(4-10)通过采集液位传感器(4-2)和电池电压传感器的数据，实时监测药液余量和电池电压，当检测值低于预设值时向飞行控制器反馈返航指令；飞行控制器接收到返航指令后，自动记录返航点位置坐标并控制植保无人机(4)返航；植保无人机(4)再次起飞作业时，自动返回到上次返航点位置继续施药，实现“断点续喷”功能。

6.根据权利要求5所述一种植保无人机智能施药系统的控制方法，其特征在于，机载施药控制器(4-10)智能控制植保无人机(4)的施药流量、雾滴直径和喷幅参数，具体包括：

当植保无人机(4)飞行速度变高时，增大微型隔膜泵(4-3)的电机转速，施药流量增加；当飞行速度变低时，减小微型隔膜泵(4-3)的电机转速，施药流量减少，以保证农药每亩用量为定值；

当环境温度或风速提高时，适量降低离心雾化盘喷头的电机转速，增大雾滴直径，抑制雾滴蒸发或飘移；

当飞行高度变高时，植保无人机(4)下洗气流对雾滴的沉积影响变弱，雾滴飘移和蒸发问题加重，喷幅增大，此时，减小离心雾化盘喷头的电机转速，使雾滴直径增大，抑制飘移和蒸发，并减小喷幅；飞行高度变低时，植保无人机(4)下洗气流对雾滴沉积影响变强，雾滴飘移和蒸发问题减轻，喷幅减小，此时，增大离心雾化盘喷头的电机转速，使雾滴直径减小，增大喷幅；

当植保无人机(4)发生左倾时，左离心雾化盘喷头(4-8)的电机转速升高，以增大喷幅，右离心雾化盘喷头(4-9)的电机转速降低，以减小喷幅；当植保无人机(4)发生右倾时，左离心雾化盘喷头(4-8)的电机转速降低，以减小喷幅，右离心雾化盘喷头(4-9)的电机转速增加，以增大喷幅，从而保证施药作业喷幅稳定。