[發明專利]柔性植株氣流表征物理參數提取裝置及方法

有效

• 申請號: 202010122953.0
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111307150B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 李繼宇;姚俊光;胡瀟丹
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01M9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭浦娟

本發明公開了一種柔性植株氣流表征物理參數提取裝置及方法，包括傳感單元、中轉節點單元和綜合處理單元，傳感單元安裝在柔性植株上，在傳感單元中，姿態角度傳感器連接單片機數據解算系統，并向其發送柔性植株的實時姿態檢測數據；單片機數據解算系統有線連接中轉節點單元，并向其發送解算后的姿態檢測數據；在中轉節點單元中，第一無線數據交換機連接主控單片機；在綜合處理單元中，第二無線數據交換機與第一無線數據交換機無線連接，并獲取到多點數據；上位機通過電平轉換器連接第二無線數據交換機，根據多點數據生成三維圖，并提取出柔性植株的氣流表征物理參數。本發明為解決無人機?作物互作形成基元旋渦這一問題提供了數據支持。

技術領域

本發明涉及農業航空和農作物植保技術領域，特別涉及一種柔性植株氣流表征物理參數提取裝置及方法。

背景技術

如今農業自動化機械化水平逐步提升，農用無人機正作為一種新型的現代化航空施藥工具進入大眾視野。農用無人機采用低容量、高濃度的施藥方式，單位面積的施藥量遠低于傳統的地面機械和人工噴霧施藥量，確保無人機具有良好的噴施效果顯得尤為重要。農用無人機航空施藥的本質是農藥霧滴或顆粒在噴頭的噴施及無人機周身的作業氣流場作用下，從空中沉降到靶標作物上進行病蟲害防治的運動過程。風場是影響航空噴施霧滴沉積分布特性的重要因素。農用無人機作業期間，旋翼的存在使無人機可以在田間垂直起降，旋翼旋轉與空氣的相互作用既為機體提供了必要升力，也同時產生了“包裹”機體并作用在作物冠層的旋翼氣流。旋翼氣流向下“包裹”住機體及附屬噴灑裝備，裹挾著噴灑出來的霧滴“拍擊”在作物冠層上，與作物莖葉互相作用呈現出類似錐體的渦旋(水稻、小麥)，這是旋翼無人機大田低空作業的典型特征。

在農業航空和農作物植保領域，獲取柔性植株氣流表征物理參數的方法主要是接觸式人工測量和非接觸式人工測量兩種。接觸式人工測量就是工作人員通過借助精密的測量儀器設備，在柔性植株冠層實地地測量氣流表征的各項物理參數，這種方法雖然精確但十分耗費人工成本，并且人體容易接觸到農藥；非接觸式人工測量就是工作人員通過借助單目攝像頭傳感器獲取柔性植株氣流表征的圖像數據，通過擬合得到其物理參數，這種方法雖然方便和可以避免農藥接觸，但由于缺少更加直觀的柔性植株氣流表征三維數據，因此存在一定的誤差，容易導致獲取到的物理參數不準確。可見，以上方法都存在不足之處，因此有必要研究出能夠克服如上缺陷的新的柔性植株氣流表征物理參數提取方法。

發明內容

本發明的第一目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種柔性植株氣流表征物理參數提取裝置，該裝置可以為解決無人機-作物互作形成基元旋渦提供數據支持，有利于無人機大田低空作業。

本發明的第二目的在于提供一種柔性植株氣流表征物理參數提取方法，能夠分析無人機旋翼下方風場對霧滴沉積分布的影響，極大地提高柔性植株氣流表征對于農業航空和農作物植保領域中的霧滴沉積問題的科研價值。

本發明的第一目的通過下述技術方案實現：一種柔性植株氣流表征物理參數提取裝置，包括：傳感單元、中轉節點單元和綜合處理單元，其中，

傳感單元安裝在柔性植株上，包括姿態角度傳感器和單片機數據解算系統，姿態角度傳感器連接單片機數據解算系統，并向其發送柔性植株的實時姿態檢測數據，單片機數據解算系統有線連接中轉節點單元，并向其發送解算后的姿態檢測數據；

中轉節點單元包括主控單片機和第一無線數據交換機，第一無線數據交換機連接主控單片機，并將多個中轉節點單元組成通信網絡；

綜合處理單元包括第二無線數據交換機、電平轉換器和上位機，第二無線數據交換機與第一無線數據交換機無線連接，并通過通信網絡獲取到多點數據；上位機通過電平轉換器連接第二無線數據交換機，根據多點數據生成三維圖，并提取出柔性植株的氣流表征物理參數。

優選的，姿態角度傳感器包括6軸陀螺儀，型號為MPU6050；單片機數據解算系統為STM32F03；主控單片機為STM32F103；第一無線數據交換機和第二無線數據交換機均為lora擴頻通信模塊；電平轉換器采用CH340電平轉換芯片。