一种棉花打顶无人机的智能控制系统及方法技术方案

本发明专利技术的棉花打顶无人机的智能控制系统，无人机为四旋翼，棉花打顶无人机上设置有四个飞行电机驱动和一个打顶电机，智能控制系统由微控制器、直流电机打顶驱动电路、直流电机驱动电路、红外测距传感器、GSM/GPRS模块、机器视觉模块、GPS/北斗定位模块、陀螺仪和电源模块组成。本发明专利技术的控制方法，包括：a).训练棉花顶芽识别模型；b).设置飞行参数；c).无人机的飞行；d).图像采集；e).打顶芽操作；f).打顶作业结束。本发明专利技术的棉花打顶无人机及方法，无人机按照设定的路径飞行，通过机器视觉模块自动识别棉花芽顶并打顶，当红外测距传感器监测到障碍物时自动绕行，实现了棉花的高效、准确打顶。准确打顶。准确打顶。

【技术实现步骤摘要】
一种棉花打顶无人机的智能控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种智能控制系统及方法，更具体的说，尤其涉及一种棉花打顶无人机的智能控制系统及方法。

技术介绍

[0002]打顶是指掐去某些作物的顶尖，使之增产。打顶的原理是去掉茎的生长点，抑制生长素分泌，去除顶芽的分生组织，可控制加高和抽长生长，有利于加粗生长和加速果实发育，目的是抑制营养生长促进生殖生长，使植物多开花结果。然而，目前棉花打顶方式主要分为效率低、易漏打、时效差的人工打顶；污染大的化学打顶；成本高、精准度差的机械打顶，近年来，电子信息技术进入多个领域，因此运用智能控制技术、传感器技术、物联网技术等先进手段来发展棉花打顶智能无人机成为一种趋势。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种棉花打顶无人机的智能控制系统及方法。
[0004]本专利技术的棉花打顶无人机的智能控制系统，棉花打顶无人机为四旋翼无人机，棉花打顶无人机的四个螺旋叶片分别经四个飞行电机驱动，棉花打顶无人机的底部设置有输出轴朝下的打顶电机，打顶电机的输出轴的末端固定有打顶叶片；其特征在于：智能控制系统由微控制器及与其相连接的直流电机打顶驱动电路、直流电机驱动电路、红外测距传感器、GSM/GPRS模块、机器视觉模块、GPS/北斗定位模块、陀螺仪和电源模块组成，微控制器具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，微控制器经GSM/GPRS模块实现与远端上位机的无线通信，电源模块用于提供稳定的直流电压；直流电机四轴驱动电路与微控制器的输出端相连接，微控制器经直流电机四轴驱动电路对棉花打顶无人机上的四个飞行电机的转动方向和转速进行控制，以控制无人机按照设定路径飞行；红外测距传感器、机器视觉模块、GPS/北斗定位模块和陀螺仪均匀微控制器的输入端相连接，微控制器经GPS/北斗定位模块获取无人机的地理位置信息，经陀螺仪获取无人机的倾斜角度和航向角，经红外测距传感器获取无人机距离周围障碍物的距离信息，经机器视觉模块识别棉花顶芽；直流电机打顶驱动电路与微控制器的输出端相连接，微控制器经直流电机打顶驱动电路驱使打顶电机输出轴上的打顶叶片进行打顶作业；微控制器经GSM/GPRS模块与远端上位机进行无线通信，以便上传信息以及接收远端上位机的控制指令，微控制器接收远端上位机发送的开始工作、设定飞行路径、结束工作指令。
[0005]本专利技术的棉花打顶无人机的智能控制系统，所述电源模块由12V电源电路、12V转5V稳压模块、5V转3.3V稳压模块组成，12V转5V稳压模块、5V转3.3V稳压模块分别输出5V直流电和3.3V直流电；所述微控制器采用型号为STM32F103C8T6的单片机，GSM/GPRS模块的型号为SIM800C，机器视觉模块的型号为OpenMV4 Cam H7，GPS/北斗定位模块的型号为ATGM332D
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31，陀螺仪的型号为MPU6050，红外测距传感器的型号为GP2Y0A21YK0F，直流
电机四轴驱动电路所驱动的飞行电机的型号为通用型12V直流电机，直流电机打顶驱动电路所驱动的打顶电机的型号为通用型12V直流电机。
[0006]本专利技术的棉花打顶无人机的智能控制系统，所述机器视觉模块的TX端口和RX端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PB15端口和PB14端口上，3V3端口和GND端口分别接于3V3电源正极和电源地上。
[0007]本专利技术的棉花打顶无人机的智能控制系统，所述GPS/北斗定位模块的VCC端口、GND端口、TXD端口和RXD端口分别接于5V电源正极、电源地、单片机STM32F103C8T6的PB13端口和单片机STM32F103C8T6的PB12端口上。
[0008]本专利技术的棉花打顶无人机的智能控制系统，所述陀螺仪的VCC端口、GND端口、SCL端口和SDA端口分别接于5V电源正极、电源地、单片机STM32F103C8T6的PA1端口和单片机STM32F103C8T6的PA2端口上。
[0009]本专利技术的棉花打顶无人机的智能控制系统，所述红外测距传感器包括红外测距传感器U6、红外测距传感器U7、红外测距传感器U8、红外测距传感器U9，红外测距传感器U6的Vo端口、GND端口和Vcc端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PA3端口、电源地和5V电源正极上，红外测距传感器U7的Vo端口、GND端口和Vcc端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PA4端口、电源地和5V电源正极上，红外测距传感器U8的Vo端口、GND端口和Vcc端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PA5端口、电源地和5V电源正极上，红外测距传感器U9的Vo端口、GND端口和Vcc端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PA6端口、电源地和5V电源正极上。
[0010]本专利技术的棉花打顶无人机的智能控制系统，所述直流电机四轴驱动电路包括4个飞行电机、场效应管和电阻，4个飞行电机分别为直流电机M1、直流电机M2、直流电机M3、直流电机M4，直流电机M1的+端口和
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端口分别接于12V电源正极和场效应管Q1的漏极上，场效应管Q1的漏极、场效应管Q1的源极和场效应管Q1的栅极分别接于直流电机M1的
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端口、电源地和电阻R10的一个端口上，电阻R10的两个端口分别接于场效应管Q1的漏极和单片机STM32F103C8T6的PB3端口上，电阻R9的两个端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PB3端口和电源地上；直流电机M2的+端口和
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端口分别接于12V电源正极和场效应管Q2的漏极上，场效应管Q2的漏极、场效应管Q2的源极和场效应管Q2的栅极分别接于直流电机M2的
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端口、电源地和电阻R12的一个端口上，电阻R12的两个端口分别接于场效应管Q2的漏极和单片机STM32F103C8T6的PB4端口上，电阻R11的两个端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PB4端口和电源地上；直流电机M3的+端口和
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端口分别接于12V电源正极和场效应管Q3的漏极上，场效应管Q3的漏极、场效应管Q3的源极和场效应管Q3的栅极分别接于直流电机M3的
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端口、电源地和电阻R14的一个端口上，电阻R14的两个端口分别接于场效应管Q3的漏极和单片机STM32F103C8T6的PB5端口上，电阻R13的两个端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PB5端口和电源地上；直流电机M4的+端口和
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端口分别接于12V电源正极和场效应管Q4的漏极上，场效应管Q4的漏极、场效应管Q4的源极和场效应管Q4的栅极分别接于直流电机M4的
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端口、电源地和电阻R16的一个端口上，电阻R16的两个端口分别接于场效应管Q4的漏极和单片机STM32F103C8T6的PB6端口上，电阻R15的两个端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PB6端口和电源地上。
[0011]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种棉花打顶无人机的智能控制系统，棉花打顶无人机为四旋翼无人机，棉花打顶无人机的四个螺旋叶片分别经四个飞行电机驱动，棉花打顶无人机的底部设置有输出轴朝下的打顶电机，打顶电机的输出轴的末端固定有打顶叶片；其特征在于：智能控制系统由微控制器（1）及与其相连接的直流电机打顶驱动电路（2）、直流电机驱动电路（3）、红外测距传感器（4）、GSM/GPRS模块（5）、机器视觉模块（6）、GPS/北斗定位模块（7）、陀螺仪（8）和电源模块（9）组成，微控制器具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，微控制器经GSM/GPRS模块实现与远端上位机的无线通信，电源模块用于提供稳定的直流电压；直流电机四轴驱动电路与微控制器的输出端相连接，微控制器经直流电机四轴驱动电路对棉花打顶无人机上的四个飞行电机的转动方向和转速进行控制，以控制无人机按照设定路径飞行；红外测距传感器、机器视觉模块、GPS/北斗定位模块和陀螺仪均匀微控制器的输入端相连接，微控制器经GPS/北斗定位模块获取无人机的地理位置信息，经陀螺仪获取无人机的倾斜角度和航向角，经红外测距传感器获取无人机距离周围障碍物的距离信息，经机器视觉模块识别棉花顶芽；直流电机打顶驱动电路与微控制器的输出端相连接，微控制器经直流电机打顶驱动电路驱使打顶电机输出轴上的打顶叶片进行打顶作业；微控制器经GSM/GPRS模块与远端上位机进行无线通信，以便上传信息以及接收远端上位机的控制指令，微控制器接收远端上位机发送的开始工作、设定飞行路径、结束工作指令。2.根据权利要求1所述的棉花打顶无人机的智能控制系统，其特征在于：所述电源模块（9）由12V电源电路、12V转5V稳压模块、5V转3.3V稳压模块组成，12V转5V稳压模块、5V转3.3V稳压模块分别输出5V直流电和3.3V直流电；所述微控制器（1）采用型号为STM32F103C8T6的单片机，GSM/GPRS模块（5）的型号为SIM800C，机器视觉模块（6）的型号为OpenMV4 Cam H7，GPS/北斗定位模块（7）的型号为ATGM332D
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31，陀螺仪（8）的型号为MPU6050，红外测距传感器（4）的型号为GP2Y0A21YK0F，直流电机四轴驱动电路（3）所驱动的飞行电机的型号为通用型12V直流电机，直流电机打顶驱动电路（2）所驱动的打顶电机的型号为通用型12V直流电机。3.根据权利要求2所述的棉花打顶无人机的智能控制系统，其特征在于：所述机器视觉模块（6）的TX端口和RX端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PB15端口和PB14端口上，3V3端口和GND端口分别接于3V3电源正极和电源地上。4.根据权利要求2所述的棉花打顶无人机的智能控制系统，其特征在于：所述GPS/北斗定位模块（7）的VCC端口、GND端口、TXD端口和RXD端口分别接于5V电源正极、电源地、单片机STM32F103C8T6的PB13端口和单片机STM32F103C8T6的PB12端口上。5.根据权利要求2所述的棉花打顶无人机的智能控制系统，其特征在于：所述陀螺仪（8）的VCC端口、GND端口、SCL端口和SDA端口分别接于5V电源正极、电源地、单片机STM32F103C8T6的PA1端口和单片机STM32F103C8T6的PA2端口上。6.根据权利要求2所述的棉花打顶无人机的智能控制系统，其特征在于：所述红外测距传感器包括红外测距传感器U6、红外测距传感器U7、红外测距传感器U8、红外测距传感器U9，红外测距传感器U6的Vo端口、GND端口和Vcc端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PA3端口、电源地和5V电源正极上，红外测距传感器U7的Vo端口、GND端口和Vcc端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PA4端口、电源地和5V电源正极上，红外测距传感器U8的Vo端口、GND端口和Vcc端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PA5端口、电源地和5V电源正极上，红外测
距传感器U9的Vo端口、GND端口和Vcc端口分别接于单片机STM32F103C8T6的PA6端口、电源地和5V电源正极上。7.根据权利要求2所述的棉花打顶无人机的智能控制系统，其特征在于：所述直流电机四轴驱动电路（3）包括4个飞行电机、场效应管和电阻，4个飞行电机分别为直流电机M1、直流电机M2、直流电机M3、直流电机M4，直流电机M1的+端口和
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端口分别接于12V电源正极和场效应管Q1的漏极上，场效应管Q1的漏极、场效应管Q1的源极和场效应管Q1的栅极分别接于直流电机M1的
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端口、电源地和电阻R10的一个端口上，电阻R10的两个端口分别接于场效应管Q1的漏极和单片...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴鹏，唐茂淞，王洪博，徐雪雯，宋嘉雯，
申请(专利权)人：塔里木大学，
类型：发明
国别省市：