一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)，包括GPS模塊、IMU模塊、超聲波模塊、氣壓計模塊、電子磁羅盤模塊；以上所述模塊采集的數(shù)據(jù)通過慣導修正模塊融合成慣導數(shù)據(jù)，所述慣導修正模塊將慣導數(shù)據(jù)解算出無人機運行的旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)和水平速度數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)和水平速度數(shù)據(jù)都是以機身坐標系作為參照，旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)和水平速度數(shù)據(jù)輸入至流量自動控制模塊，流量自動控制模塊采用PID控制方式生成噴頭噴灑輸出量數(shù)據(jù)，噴頭噴灑輸出量數(shù)據(jù)輸入至可控流量噴灑系統(tǒng)，可控流量噴灑系統(tǒng)控制輸出連接噴頭；該種噴灑流量自動控制方法和系統(tǒng)，主要針對于解決噴灑流量與飛行速度自適應問題，實時保持單位面積內(nèi)噴灑濃度固定；同時具備其他監(jiān)測功能供用戶參考。
【專利說明】
一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及一種噴灑流量控制系統(tǒng)，特別涉及一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)屬于種植業(yè)技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著農(nóng)業(yè)機械化、現(xiàn)代化程度的加深，越來越多高科技技術(shù)運用農(nóng)業(yè)的種植技術(shù)中，特別是隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模的種植物更多的會選擇無人機噴灑技術(shù)，這種噴灑技術(shù)能有效的減少地形等客觀因素對噴灑效果的影響，提高種植效率，降低工人的勞動強度。但由于植保無人機噴灑流量固定，而無人機的飛行速度和飛行高度是變化的，特別是對于不同的復雜地形將造成噴灑密度不均勻，造成一定程度上影響防治效果，農(nóng)藥使用經(jīng)濟性差，農(nóng)藥殘留指標不合格等后果，目前針對復雜地形一般都是采用GPS進行定位，但單一的定位方式，精度不高，不能滿足實際需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服不能適應復雜地形，噴灑密度不均勻，一定程度上影響防治效果，農(nóng)藥使用經(jīng)濟性差，農(nóng)藥殘留指標不合格的缺陷，提供一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案:
本發(fā)明一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)，包括GPS模塊、頂U模塊、超聲波模塊、氣壓計模塊、電子磁羅盤模塊，以上所述模塊采集的數(shù)據(jù)通過慣導修正模塊融合成慣導數(shù)據(jù)，所述慣導修正模塊將慣導數(shù)據(jù)解算出無人機運行的旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)和水平速度數(shù)據(jù)，所述旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)和所述水平速度數(shù)據(jù)輸入至流量自動控制模塊，所述旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)和水平速度數(shù)據(jù)都是以機身坐標系作為參照，所述流量自動控制模塊生成噴頭噴灑輸出量數(shù)據(jù)，所述噴頭噴灑輸出量數(shù)據(jù)輸入至可控流量噴灑系統(tǒng)，所述可控流量噴灑系統(tǒng)控制輸出連接噴頭;所述流量自動控制模塊輸入端控制連接有藥箱容積設定模塊、噴灑密度設定模塊、噴灑模式設定模塊、噴灑寬度設定模塊、噴頭數(shù)目設定模塊、噴頭布局方式設定模塊、螺旋槳直徑設定模塊，所述流量自動控制模塊信號輸出端連接有輔助功能數(shù)據(jù)輸出。
[0005]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述超聲波模塊還包括高度自適應模塊，所述高度自適應模塊與超聲波模塊信號連接。
[0006]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述超聲波模塊還包括獨立電源，所述獨立電源與超聲波模塊電性連接。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述噴頭均勻分別在所述無人機的底部。
[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述GPS模塊包括采集飛機水平位置數(shù)據(jù)和垂直位置數(shù)據(jù)。
[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述IMU模塊包括采集飛機水平加速度、水平速度、垂直速度、垂直加速度數(shù)據(jù)。
[0010]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述噴頭的排列長度等同于飛機螺旋槳的直徑。
[0011]噴灑流量自動控制模塊:
a.由于飛機的噴頭是垂直于機頭排列，飛機在水平面內(nèi)任何方向移動，噴頭均會掃過一定面積，飛行速度越快，單位時間掃過的面積越大。故將計算出飛機前后移動速度和飛機左右移動速度，最后通過算法計算出單位時間內(nèi)實際噴灑面積，并轉(zhuǎn)為實際噴灑密度，利用實際噴灑密度與設定噴灑密度的差值進行自動補償。
[0012]b.由于飛機在轉(zhuǎn)彎過程中，以飛機幾何中心為中心，靠近飛機旋轉(zhuǎn)中心一側(cè)，噴頭掃過的面積較少，遠離飛機旋轉(zhuǎn)中心的一側(cè)，噴頭掃過的面積較大；飛機旋轉(zhuǎn)的速度越大，內(nèi)外側(cè)的面積差異就越大。為補償這個差異，利用飛機的旋轉(zhuǎn)速度進行自動補償。
[0013]c.噴頭在螺旋槳風壓的作用下，會形成約螺旋槳直徑大小的噴灑范圍，因此把噴頭左右方向的噴灑寬度設置為螺旋槳直徑；把前后方向的噴灑寬度設置為一個自定義值(該值是相對于作物的標準飛行高度時的噴灑寬度)。
[0014]d.采集設置藥箱總?cè)莘e，噴灑密度，噴灑模式，噴灑寬度(噴幅)，噴頭數(shù)目，噴頭布局方式，螺旋槳直徑，飛行水平速度(機身坐標系)，飛機旋轉(zhuǎn)速度(機身坐標系)。
[0015]根據(jù)以上數(shù)據(jù)，通過以上描述的方式自動計算每個噴頭噴灑控制輸出量。發(fā)送噴灑控制量給噴灑系統(tǒng)。
[0016]本發(fā)明所達到的有益效果是:該種噴灑流量自動控制方法和系統(tǒng)，主要針對于解決噴灑流量與飛行速度和高度的自適應問題，實現(xiàn)不同地形地貌環(huán)境下實時保持單位面積內(nèi)噴灑濃度固定，噴灑密度均勻，能夠達到預期的防治效果，農(nóng)藥使用經(jīng)濟性好；同時具備其他監(jiān)測功能供用戶參考如:計算單個噴頭噴灑累計體積;計算噴頭噴灑總體積和藥液剩余量;計算藥液剩余噴灑時間;計算累計噴灑面積。
【附圖說明】
[0017]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1是本發(fā)明噴灑流量自動控制系統(tǒng)的工作流程結(jié)構(gòu)簡圖；
圖2是本發(fā)明機身坐標系示意圖
圖中:1、GPS模塊;2、頂U模塊;3、超聲波模塊;4、氣壓計模塊;5、電子磁羅盤模塊;6、慣導修正模塊;7、旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù);8、水平速度數(shù)據(jù);9、流量自動控制模塊;1、噴頭噴灑輸出量數(shù)據(jù)；U、可控流量噴灑系統(tǒng)；12、噴頭；13、輔助功能數(shù)據(jù)輸出；14、藥箱容積設定模塊；15、噴灑密度設定模塊;16、噴灑模式設定模塊;17、噴灑寬度設定模塊;18、噴頭數(shù)目設定模塊；19、噴頭布局方式設定模塊;20、螺旋槳直徑設定模塊。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]實施例1
如圖1所示，一種噴灑流量自動控制方法和系統(tǒng)，包括GPS模塊1、頂U模塊2、超聲波模塊3、氣壓計模塊4、電子磁羅盤模塊5，以上所述模塊采集的數(shù)據(jù)通過慣導修正模塊6融合成慣導數(shù)據(jù)，所述慣導修正模塊6將慣導數(shù)據(jù)解算出無人機運行的旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)7和水平速度數(shù)據(jù)8，旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)7和水平速度數(shù)據(jù)8輸入至流量自動控制模塊9，流量自動控制模塊9生成噴頭噴灑輸出量數(shù)據(jù)10，所述旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)7和水平速度數(shù)據(jù)8都是以機身坐標系作為參照，噴頭噴灑輸出量數(shù)據(jù)1輸入至可控流量噴灑系統(tǒng)11，可控流量噴灑系統(tǒng)11控制輸出連接噴頭12;流量自動控制模塊9輸入端控制連接有藥箱容積設定模塊14、噴灑密度設定模塊15、噴灑模式設定模塊16、噴灑寬度設定模塊17、噴頭數(shù)目設定模塊18、噴頭布局方式設定模塊19、螺旋槳直徑設定模塊20，流量自動控制模塊9信號輸出端連接有輔助功能數(shù)據(jù)輸出13ο
[0020]超聲波模塊3還包括高度自適應模塊，所述高度自適應模塊與超聲波模塊3信號連接，超聲波模塊3還包括獨立電源，超聲波模塊3與獨立電源電性連接。
[0021]噴頭12均勻分別在無人機的底部。GPS模塊I包括采集飛機水平和垂直位置數(shù)據(jù)。頂U模塊2包括采集飛機水平加速度數(shù)據(jù)、水平速度數(shù)據(jù)、垂直速度數(shù)據(jù)、垂直加速度數(shù)據(jù)。噴頭12的排列長度等同于飛機螺旋槳的直徑，所述噴頭12的數(shù)量為8個，數(shù)量太少噴灑面積過小，數(shù)量過多，不利于控制噴灑的均勻性。
[0022]本發(fā)明實現(xiàn)的原理步驟:
一、數(shù)據(jù)采集:
1.采集GPS模塊I的飛機水平和垂直位置數(shù)據(jù);采集氣壓計模塊4的高度數(shù)據(jù)通過計算得到飛機的海拔高度數(shù)據(jù)。
[0023]2.采集頂U(慣性測量單元)模塊2的數(shù)據(jù)并計算飛機姿態(tài)數(shù)據(jù)。
[0024]3.采集電子磁羅盤模塊5數(shù)據(jù)并計算飛機的機頭方向數(shù)據(jù)。
[0025]二、慣導數(shù)據(jù)融合:
1.水平位置信息修正:利用頂U模塊2的水平數(shù)據(jù)(NED坐標系)(水平加速度數(shù)據(jù)、水平速度數(shù)據(jù))對GPS模塊I的水平位置數(shù)據(jù)進行修正。
[0026]2.垂直位置修正:a.利用氣壓計模塊4檢測的高度數(shù)據(jù)和頂U模塊2的垂直數(shù)據(jù)(垂直速度數(shù)據(jù)、垂直加速度數(shù)據(jù))對GPS模塊I的垂直位置數(shù)據(jù)進行修正。b.在高度數(shù)據(jù)有限的情況下，利用超聲波模塊3(超聲波安裝飛機的底部，測量飛機對地面的相對距離)檢測的高度數(shù)據(jù)對a中修正后的垂直位置數(shù)據(jù)進一步修正，較大的提高垂直位置精度，垂直位置精度的高低直接關(guān)系到復雜地形條件下，對無人機高度的自適應調(diào)節(jié)，進而影響到農(nóng)藥噴灑的均勻性。
[0027]超聲波模塊3發(fā)出超聲波給農(nóng)作物，農(nóng)作物反射超聲波給超聲波模塊3，超聲波模塊3還包括高度自適應模塊，高度自適應模塊負責接收高度原始數(shù)據(jù)，并進行數(shù)字濾波處理。高度自適應模塊接收飛控(用戶)高度設置值和高度自適應開關(guān)，確定是否開啟本模塊功能。高度自適應模塊在功能開啟的狀態(tài)下，將實時高度與高度設置值進行比較計算，輸出高度偏差給慣導修正模塊6。采用獨立電源專門給超聲波模塊供電:由于電機對電源的干擾會導致超聲波測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，所以采用獨立電源專門給超聲波模塊3供電可以使超聲波測試數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。
[0028]3.利用電子磁羅盤模塊4數(shù)據(jù)修正頂U模塊2數(shù)據(jù)計算出的機頭方向數(shù)據(jù)和旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)(機身坐標系)。[0029 ] 4.如圖2所示，水平速度數(shù)據(jù)(機身坐標系)解算:
(機身坐標系:正方向規(guī)定:飛機機頭方向為x“+”，飛機機頭右方為y“+” ^和7正交)
飛機的水平速度X方向分量表示:vx_plane ；
飛機的水平速度y方向分量表示:vy_plane ；
慣導修正模塊6利用該模塊已融合的機頭方向數(shù)據(jù)和飛機的水平數(shù)據(jù)(NED坐標系)計算出飛機的水平速度數(shù)據(jù)(機身坐標系)8;水平速度數(shù)據(jù)8包括分量VX_plane和分量vy_planeD
[0030]三、噴灑流量自動控制模塊:
1.通過藥箱容積設定模塊14采集設置藥箱總?cè)莘e數(shù)據(jù)，通過噴灑密度設定模塊15采集噴灑密度數(shù)據(jù)，通過噴灑模式設定模塊16采集噴灑模式數(shù)據(jù)，通過噴灑寬度設定模塊17設置噴灑寬度(噴幅)數(shù)據(jù)，通過噴頭數(shù)目設定模塊18采集噴頭數(shù)目數(shù)據(jù)，噴頭布局方式設定模塊19采集噴頭布局方式數(shù)據(jù)，通過螺旋槳直徑設定模塊采集螺旋槳直徑數(shù)據(jù)，以上數(shù)據(jù)是通過設定得到的設定數(shù)據(jù)，以上設定數(shù)據(jù)首先與飛機的水平速度數(shù)據(jù)8進行比較，得到中間量(1)，所述中間量(I)通過PID控制方式計算得到中間量(2)，其中水平速度數(shù)據(jù)8包括了飛機的水平速度X方向分量和飛機的水平速度y方向分量，水平速度數(shù)據(jù)8是以機身坐標系作為參照。
[0031]2.所述中間量(2)再與飛機的旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)7進行比較得到中間量(3)，所述中間量(3)通過PID控制方式自動計算每個噴頭噴灑控制輸出量。
[0032]a.由于飛機的噴頭是垂直于機頭排列，飛機在水平面內(nèi)任何方向移動，噴頭均會掃過一定面積，飛行速度越快，掃過的面積越大。故將計算出飛機前后移動速度和飛機左右移動速度，最后通過算法計算出單位時間內(nèi)實際噴灑面積，并轉(zhuǎn)為實際噴灑密度，利用實際噴灑密度與設定噴灑密度的差值進行自動補償。
[0033]b.由于飛機在轉(zhuǎn)彎過程中，以飛機幾何中心為中心，靠近飛機旋轉(zhuǎn)中心一側(cè)，噴頭掃過的面積較少，遠離飛機旋轉(zhuǎn)中心的一側(cè)，噴頭掃過的面積較大；飛機旋轉(zhuǎn)的速度越大，內(nèi)外側(cè)的面積差異就越大。為補償這個差異，利用飛機旋轉(zhuǎn)速度進行自動補償。
[0034]c.噴頭在螺旋槳風壓得作用下，會形成約螺旋槳直徑大小的噴灑范圍，因此把噴頭左右方向的噴灑寬度設置為螺旋槳直徑；把前后方向的噴灑寬度設置為一個自定義值(該值是相對于作物的標準飛行高度時的噴灑寬度。
[0035]3.發(fā)送噴灑控制量給噴灑系統(tǒng)。
[0036]四、通過噴灑流量自動控制模塊其他輔助功能:
I.計算單個噴頭噴灑累計體積；
2.計算噴頭噴灑總體積和藥液剩余量；
3.計算藥液剩余噴灑時間；
4.計算累計噴灑面積。
[0037]該種噴灑流量自動控制方法和系統(tǒng)，主要針對于解決噴灑流量與飛行速度和高度自適應問題，實時保持單位面積內(nèi)噴灑濃度固定;同時具備其他監(jiān)測功能供用戶參考。
[0038]最后應說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)，其特征在于，包括GPS模塊(1)、MU模塊(2)、超聲波模塊(3)、氣壓計模塊(4)、電子磁羅盤模塊(5)，以上所述模塊采集的數(shù)據(jù)通過慣導修正模塊(6)融合成慣導數(shù)據(jù)，所述慣導修正模塊(6)將慣導數(shù)據(jù)解算出無人機運行的旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)(7)和水平速度數(shù)據(jù)(8)，所述旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)(7)和所述水平速度數(shù)據(jù)(8)輸入至流量自動控制模塊(9)，所述旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)(7)和水平速度數(shù)據(jù)(8)都是以機身坐標系作為參照，所述流量自動控制模塊(9)生成噴頭噴灑輸出量數(shù)據(jù)(10)，所述噴頭噴灑輸出量數(shù)據(jù)(10)輸入至可控流量噴灑系統(tǒng)(U)，所述可控流量噴灑系統(tǒng)(11)控制輸出連接噴頭(12);所述流量自動控制模塊(9)輸入端控制連接有藥箱容積設定模塊(14)、噴灑密度設定模塊(15)、噴灑模式設定模塊(16)、噴灑寬度設定模塊(17)、噴頭數(shù)目設定模塊(18)、噴頭布局方式設定模塊(19)、螺旋槳直徑設定模塊(20)，所述流量自動控制模塊(9)信號輸出端連接有輔助功能數(shù)據(jù)輸出(13)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波模塊(3)還包括高度自適應模塊，所述高度自適應模塊與超聲波模塊(3)信號連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波模塊(3 )還包括獨立電源，所述獨立電源與超聲波模塊(3 )電性連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述噴頭(12)均勻分別在所述無人機的底部。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS模塊(I)包括采集飛機水平位置數(shù)據(jù)和垂直位置數(shù)據(jù)。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述頂U模塊(2)包括采集飛機水平加速度數(shù)據(jù)、水平速度數(shù)據(jù)、垂直速度數(shù)據(jù)、垂直加速度數(shù)據(jù)。7.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的一種噴灑流量自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述噴頭(12)的排列長度等同于飛機螺旋槳的直徑。
【文檔編號】B64D1/18GK105903590SQ201610410147
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】蒲楊強
【申請人】成都多來咪智能科技有限公司