[發明專利]基于GPS導航的無人機施藥作業自動控制系統及方法

有效

• 申請號: 201010508046.6
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN101963806A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發明（設計）人: 薛新宇;孫竹;梁建;常春;周立新;張宋超;張濤;王寶坤;孔偉
• 申請（專利權）人: 農業部南京農業機械化研究所
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 何朝旭

1.一種基于GPS導航的無人機施藥作業自動控制系統，包括控制無人直升機旋翼飛行系統的飛行控制主機，所述飛行控制主機的主通訊端與GPS通訊連接，其主控制輸出端接旋翼飛行系統的受控端，用以根據預定航線和GPS傳來的實時位置信息向所述飛行系統發出導航控制信號；其特征在于：

所述無人直升機上還裝有由藥箱、液泵、噴桿及噴頭組成的施藥裝置，以及施藥控制系統，所述施藥控制系統包括主控制電路、通訊模塊、反饋模塊、信號處理模塊及電力變送模塊；

所述飛行控制主機的輔通訊端通過所述通訊模塊與所述主控制電路通訊連接，用以將施藥控制信號傳輸給主控制電路，并接受所述主控制電路反饋的施藥系統狀態信息；

所述主控制電路通過所述信號處理模塊與所述液泵的受控端連接，用以根據預定施藥地點和GPS傳來的實時位置信息發出施藥控制信號，并通過所述信號處理模塊放大成電信號后提供給所述液泵的受控端，以控制液泵進行施藥操作；

所述反饋模塊的信號輸出端與所述主控制電路的反饋信號輸入端相連，用以將施藥系統狀態信息反饋到所述主控制電路；

所述電力變送模塊包括電壓轉換電路和整流電路，將機載發電機提供的電壓整流、轉換并配送至上述各個模塊。

2.根據權利要求1所述的基于GPS導航的無人機施藥作業自動控制系統，其特征在于：所述主控制電路包括MSP430F149單片機、復位電路、存儲模塊、時鐘模塊、Jtag接口及3-5V電壓轉換模塊；所述復位電路采用MAX811模塊，其GND端口與單片機的DVss端口連接，其RESET端口與單片機的RST/NMI端口連接，發送復位指令給單片機防止程序跑飛；所述存儲模塊采用AT24C08存儲芯片，所述時鐘模塊采用SD2003A時鐘芯片，存儲模塊與時鐘模塊配合記錄飛行過程中設備的工作狀態作為數據分析的依據；所述Jtag接口分別與單片機的TDO、TDI、TMS、TCK、RST端口連接，作為單片機的程序下載端口；所述3-5V電壓轉換模塊采用SN74LVC4245電平轉換芯片，溝通3V電壓下工作的單片機與5V電壓下工作的外圍電路。

3.根據權利要求1或2所述的基于GPS導航的無人機施藥作業自動控制系統，其特征在于：所述通訊模塊包括并列的422接口電路和232接口電路，為所述主控制電路與所述飛行控制主機之間提供兩種通訊模式。

4.根據權利要求2所述的基于GPS導航的無人機施藥作業自動控制系統，其特征在于：所述信號處理模塊包括放大電路、隔離電路、設備接口三部分，所述放大電路把單片機發來的施藥控制信號放大成12V電信號，再通過所述隔離電路的繼電開關和所述設備接口傳送至所述液泵，以弱電控制強電，實現對液泵的控制。

5.根據權利要求2所述的基于GPS導航的無人機施藥作業自動控制系統，其特征在于：所述反饋模塊包括四組HCPL0601光耦，分別作為工作狀態采集模塊及液位報警模塊與所述設備接口連接；所述工作狀態采集模塊判斷所述液泵的工作電壓是否滿足要求，將得到的施藥系統狀態信息向所述單片機提供；所述液位報警模塊將液位報警信號反饋給所述單片機。

6.根據權利要求5所述的基于GPS導航的無人機施藥作業自動控制系統，其特征在于：所述液位報警模塊接受所述藥箱的液位反饋信號判斷是否發出所述液位報警信號；或者根據施藥量及施藥時間估算出所述藥箱內的剩余藥量，判斷是否發出所述液位報警信號。

7.一種基于GPS導航的無人機施藥作業方法，其特征在于，依次包括以下步驟：

(1)航路規劃PC機把測算好的無人直升機的GPS航路點信息和施藥控制信號傳輸至地面站；

(2)地面站把接收到的信號進行處理后，通過地面無線電臺發往機載無線電臺，由機載無線電臺提供給飛行控制主機；

(3)當地面站發出程控指令時，無人直升機將按照預定路線實施噴灑任務；

(4)在噴灑作業的過程中，飛行控制主機一方面控制飛機按預定的GPS航路飛行，另一方面把航路信息內的施藥控制信號分離出來發給施藥系統；

(5)施藥系統接收施藥控制信號開始工作，并把施藥系統狀態信息反饋給飛行控制主機；

(6)飛行控制主機通過遙測通道把飛行過程中實時的GPS信息和施藥系統狀態信息通過機載無線電臺及地面無線電臺返回給航路規劃PC機，通過軟件界面在監視器上顯現出來。