[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

技術領域

本發明涉及一種施藥作業的自動控制系統，尤其涉及一種基于GPS導航的無人機施藥作業自動控制系統，屬于農業技術領域。本發明還涉及一種基于GPS導航的無人機施藥作業方法。

背景技術

與傳統田間人工施藥作業相比，航空施藥的優勢顯著：作業效率高，農藥對作業人員零危害，用工量和勞動強度大幅降低；霧滴漂移少，霧流對作物穿透性強，防治效果明顯提高；無需專用起降機場，機動性好。航空施藥技術為快速有效防控水田爆發性病蟲草害、促進水稻規模化植保技術升級換代提供了最佳作業平臺，同時也為現代航空技術和數字信息技術武裝改造我國傳統農業提供了前期技術儲備，市場潛力和產業化前景良好。

目前，航空施藥技術在美國與日本等發達國家應用較多，日本多采用無人直升機施藥，但日本的無人直升機施藥多為人工操作，不帶自動導航自動控制施藥系統，施藥的準確性差。美國航空施藥則采用大型固定翼農用航空施藥裝備，機動性差。

2009年3月4日，公告號為CN201203426Y的中國實用新型專利，公開了一種基于嵌入式GPS技術的農用飛機作業導航系統，它主要包括中央處理器以及與中央處理器相連的GPS模塊、以太網模塊、語音提示模塊、觸摸屏和存儲器組成，中央處理器還與安全數碼卡相連，中央處理器的外接JTAG接口作為操作系統內核與引導程序的燒寫接口，中央處理器亦接有用于程序調試用的RS232接口。其主要用途是節約農藥和飛行費用，優化飛行航線，減短作業時間，有效減小農藥的重灑、漏灑率。該農用飛機作業導航系統用于有人駕駛的飛機，由于未將施藥裝置與自動控制系統有機結合，因此不適用于無人駕駛飛機。

發明內容

本發明的首要目的在于，提出一種基于GPS導航的無人機施藥作業自動控制系統，不僅可以自動導航，而且能夠在達到預定施藥地點上空時，自動控制施藥。

為了達到以上首要目的，本發明提供了一種基于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；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。

相對于現有技術，本發明取得了以下有益效果：工作時，飛行控制主機不僅可以借助GPS控制無人直升機按照預定航線飛行，而且可以借助GPS，按預定的GPS航路控制施藥裝置實施噴灑任務，當無人直升機飛抵預定施藥地點上空時，自動控制液泵啟動；當無人直升機飛離施藥區域時，液泵自動關閉；實現自動導航飛行且自動控制施藥作業，避免了重噴與漏噴，也避免了藥液的浪費，減少藥液消耗；所有設備自行工作，全程自動作業。

作為本發明的優選方案，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。

作為本發明的優選方案，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。