[發明專利]一種生態維護無人機

有效

• 申請號: 201810356126.0
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108490974B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 中飛（珠海）通用航空有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;A01M1/04;A01M1/22;B64C39/02;B64D47/08
• 代理公司: 北京成實知識產權代理有限公司 11724
• 代理人: 陳永虔

1.一種生態維護無人機，特征在于：包括磁懸浮支架（1）、殺蟲裝置（2）、攝像頭（3）、紅外檢測裝置（4）、空氣進風通道（5）、培養基裝置（6）、太陽能電池板（7）、載接體（8）、電控閥門、控制系統，殺蟲裝置（2）、攝像頭（3）、紅外檢測裝置（4）、培養基裝置（6）均設置在無人機上的載接體（8）上，殺蟲裝置（2）、攝像頭（3）、紅外檢測裝置（4）、培養基裝置（6）、太陽能電池板（7）均與控制系統的單片機連接，電控閥門設置在機體上的殺蟲裝置（2）、空氣進風通道（5）、培養基裝置（6）處，控制各部分的連通狀態；通過設置在無人機上的攝像頭（3）和紅外檢測裝置（4）來檢測地區段的害蟲數據，將害蟲數據傳送到控制系統，由控制系統來指引無人機的路徑導航，由殺蟲裝置（2）來對害蟲進行誘捕殺滅，并由殺蟲裝置（2）上的集蟲裝置來對死亡害蟲進行收集，由攝像頭（3）來對死亡害蟲進行計數和地區段的農作物生長情況進行拍照上傳到控制系統的單片機，由單片機將采集信息通過無線通訊模塊與PC數據端和手持數據接收端進行數據交流分析，空氣中的花粉孢子塵粒通過空氣進風通道（5）進入到培養基裝置（6）實現捕捉和短暫性的培養，進而來為農林植株培育研究和農作物生長提供一定的條件，由無人機上設置的磁懸浮支架（1）來完成無人機的安全降落；

在無人機的機身下部設置有載接體（8），載接體（8）的尺寸小于無人機的機身，載接體（8）設置為長方體的盒裝，載接體（8）通過四根連接柱來與無人機的機身連接，在與無人機的機身連接處設置有橡膠減震膠墊，通過橡膠減震膠墊來減少機身與載接體（8）之間的振動性，此外在載接體（8）的內底部設置有橡膠減震墊片用于平衡振動，橡膠減震墊片的上面放置培養基裝置（6），載接體（8）用于載接包括殺蟲裝置（2）、攝像頭（3）、紅外檢測裝置（4），且殺蟲裝置（2）、攝像頭（3）、紅外檢測裝置（4）均通過連接件與載接體（8）之間實現了牢固的連接；

所述的培養基裝置（6）包括：玻璃蓋板（601）、風道（602）、過濾空氣通道（603）、載玻片（604）、培養基（605）、培養盒（606）、出風口（607）、電控門（608），培養基裝置（6）的上部設置玻璃蓋板（601），玻璃蓋板（601）是對培養基（604）進行一定的保護措施，在玻璃蓋板（601）的下部設置了一定數量的多行多列的培養基（605），而每個培養基（605）和所放置培養基（605）的培養盒（606）均是進行過滅菌設置處理過的，培養基（605）的上部采用電控門（608）將培養基（605）和上部的載玻片（604）進行相隔，電控門（608）由兩扇門結構組成，電控門（608）上放置有載玻片（604），采用電控閥門來控制電控門（608）的打開和關閉進而控制載玻片（604）按需落入到下方的培養基（605）進行空氣花粉孢子微塵培養；

在載接體（8）上還設置了空氣進風通道（5），空氣進風通道（5）與所有設置在培養盒（606）壁面的風道（602）是連通的，空氣進風通道（5）是接收空氣，當檢測裝置檢測到生態維護無人機所在地動植物情況與云端數據不符合或者發生病蟲害情況時，空氣進風通道（5）的電控閥門打開，此時生態維護無人機所在區域外界的空氣中的花粉孢子進入空氣進風通道（5），進而進入到培養基裝置（6），在每個培養盒（605）的壁面設置有風道（602），此外，每個培養盒（606）的風道（602）均是與載接體（8）上部設置的空氣進風通道（5）是連通的，當無人機到達一個地區段位置進行害蟲殺滅時，空氣進風通道（5）打開，此時單片機控制一個培養基裝置（6）的風道（602）的電控閥門打開，每個培養基（605）都設置有一段獨立通向空氣進風管道（5）的風道（602），且每個培養基（605）的風道（602）與空氣進風管道（5）用電控閥門來控制它們的連通狀態，當一個培養基（605）的電控閥門打開使它的風道（602）與空氣進風管道（5）接通時，其它的培養基（605）的風道（602）上的電控閥門不受影響保持關閉狀態使得該段風道（602）不與空氣進風管道（5）接通，空氣進入培養基裝置（6），此時空氣中的塵粒落到表面涂有凡士林的載玻片（604）上，之后電控閥門控制電控門（608）打開，載有空氣微塵的載玻片（604）落入液體培養基（605）內進行短暫性的培育，而所培養的載玻片（604）上的空氣微粒在培養基（605）上只是作為一個簡單的空氣成分的觀測研究對象，為研究生態維護無人機所在地區段的空氣情況和物種提供一定的條件；

培養基裝置（6）還設置有過濾空氣通道（603）和出風口（607），當載玻片（604）沒有落入培養基（605）內時，培養基（605）內的氣壓為一個穩定數值，在載玻片（604）落入液體培養基（605）進行培養時，電控門（608）關閉，整個培養基（605）與外界環境進行了隔離，此時培養基（605）內部的空氣只有跟隨載玻片（604）進入到培養基（605）上的空氣，此時過濾空氣通道（603）和出風口（607）關閉，當培養基（605）被觀測人員拿出進行觀測時，培養基裝置（6）內部原來培養過程中的空氣由出風口（607）的抽氣泵進行抽出，而此時過濾空氣通道（603）向內部通入無菌空氣來維持內部氣壓的平衡；

該生態維護無人機的控制系統包括無線通訊模塊、單片機、手持數據接收端、PC數據端，單片機設置有通信串口，通信串口與計算機連接，該生態維護無人機的攝像頭（3）、紅外檢測裝置（4）、培養基裝置（6）以及電控閥門均與單片機連接，單片機接收攝像頭（3）和紅外檢測裝置（4）檢測到的區段害蟲數據，接收攝像頭（3）采集的害蟲捕殺數據以及農林生長圖像數據，單片機通過通信串口接收到的信息數據傳輸到計算機，計算機進行數據處理之后通過通信串口傳遞給單片機，單片機通過接收到的計算機的數據信息來控制無人機的路徑移動，通過接收到的計算機信息來控制裝置的電控閥門的打開和關閉來控制生態維護無人機的殺蟲裝置（2）和培養基裝置（6）工作；單片機接收到的信號數據通過無線通訊模塊進行數據信息交換并傳輸到手持數據接收端，通過通信串口與PC數據端進行數據交流，進一步促使單片機和手持數據接收端以及PC數據端之間進行數據交換，手持數據接收端與PC數據端的設置將提高控制系統數據處理的效率；

殺蟲裝置(2)由遮光頂板(201)、黑光燈(202)、電擊殺蟲網(203)、蚊蟲尸體收集管道(204)、集蟲器、電控閥門組成，殺蟲裝置(2)為燈罩式的圓柱裝置，上方的殺蟲裝置（2）通過蚊蟲尸體收集管道(204)與蚊蟲尸體收集管道(204)下方的集蟲器連接，蚊蟲尸體收集管道(204)和集蟲器設置在載接體(8)的內部，電控閥門設置在集蟲器的底部，也是整個殺蟲裝置(2)底部，電控閥門通過通斷電實現閥門的開閉，殺蟲裝置(2)貫穿載接體(8)，當下方電控閥門打開時殺蟲裝置(2)上下貫通，蚊蟲尸體落入下方地面，蚊蟲尸體管道(204)與上方的頂板(201)直徑大小相同且均大于環形設置的電擊殺蟲網(203)的直徑，黑光燈(202)采用汞燈來進行燈光害蟲誘捕，黑光燈的光波為360nm，電擊殺蟲網(203)采用高壓電擊設計，當蚊蟲由于汞燈(202)的誘惑進入到電擊殺蟲網(203)會觸及到電擊殺蟲網(203)而被殺滅，并進入下方的蚊蟲尸體管道(204)進而儲存在蚊蟲尸體管道(204)的下方設置的集蟲器內，集蟲器設置在載接體(8)的下底面，集蟲器的下方設置了電控門，當集蟲器內儲存預先設定一定數量的蚊蟲后，電控閥門打開，尸體由電控閥門落到對應尸體儲集地面；

生態維護無人機的電路部分包含時鐘電路、復位電路、單片機、模擬八位攝像頭電路、串口通訊電路、紅外檢測裝置（4）電路、無線通訊發射電路、無線通訊接收電路、殺蟲裝置（2）中的黑光燈電路、電控閥門、太陽能電池板（7），所用單片機型號為AT89C51，紅外檢測裝置（4）為PIR，電控閥門由單片機控制直流電機來開關，無線通訊模塊分為發射部分和接受部分，黑光燈（202）為汞燈；攝像頭（3）的型號為OV6620，由八個開關分別與單片機的P1.0—P1.7相連來模擬攝像頭的八位輸入；單片機將由攝像頭（3）、紅外檢測裝置（4）傳遞來的電信號進行處理，確認害蟲的位置后，由無人機的載接體（8）上所帶黑光燈（202）引誘害蟲，由電擊殺蟲網（203）將害蟲殺死，害蟲死亡后，由集蟲器（205）收集尸體最后由單片機傳遞信號控制電控閥門開關，收集害蟲的尸體在無人機降落到地面后運輸到地面上；

其控制方法包括如下步驟：

步驟1：設置在無人機的載接體上部的紅外檢測裝置通過紅外熱感來檢測區域內的病蟲害數據，此外，攝像頭也通過拍照來采集一個地區段的害蟲數據，紅外檢測裝置和攝像頭將檢測到的害蟲數據傳輸到控制端，由控制端來指引無人機的飛行系統進行路徑移動；

步驟2：生態維護無人機飛到特定區域進行固定工作，此時設置在無人機的載接體上的誘蟲裝置開始工作，誘蟲裝置的汞燈發光，外界的害蟲由于燈光的引誘，飛向了誘蟲裝置，在觸及到誘蟲裝置的電擊殺蟲 網后被擊落捕殺；

步驟3：捕殺的害蟲尸體通過尸體收集管道進入到集蟲器，當集蟲器的集蟲數量達到預先設量時，由單片機控制電控閥門將尸體從下方通道運輸到無人機的機體外部的特定地面；

步驟4：在生態維護無人機進行工作時，當攝像頭以及紅外檢測裝置檢測到生態維護無人機所在地區段的動植物的生長情況與PC數據端不相符合時，載接體上設置的空氣進風通道通過電控閥門打開，空氣會進入空氣進風通道，此時單片機會控制培養基盒上控制風道開閉的電控閥門打開或者關閉，此時空氣的微粒由進風通道進入到培養盒內部的載玻片上進行生態維護無人機所在地區的空氣微粒采集；

步驟5：在生態維護無人機完成了生態維護無人機所在地區的裝置工作時，載玻片完成空氣微粒采集，單片機控制關閉該培養盒的風道，此時電控門打開，培養盒內部的載玻片落入到下方設置的液體培養基內進行生態維護無人機所在地段的空氣微粒短暫性培養；

步驟6：在整個培養過程中，為保證培養不受影響，裝置的通風口和進風口關閉，在一段時間后，工作人員通過控制端的控制使無人機降落地面，由工作人員來打開培養盒取出培養基，此時設置在培養基上的通風口由抽氣泵將內部空氣抽出，再由空氣過濾通道向內部通入過濾空氣來保證裝置的氣壓平衡和方便下一個培養基的設置和空氣微粒培養；

步驟7：生態維護無人機在整個工作過程中，由無人機上設置的的太陽能電池板以及無人機自身充電電源來為無人機的裝置提供電能，而控制模塊根據無人機上的裝置工作來對無人機的工作的采集信息進行儲存實時分析處理。