【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农业植保无人机，具体为一种植保无人机实时变量喷洒控制系统及其控制方法。
技术介绍
1、
2、植保无人机是一种新型农业植保设备、一种现代农业的新产物。它主要由无人机携带喷洒设备组成，应用于对农田、林地和城市绿化地的农药植保喷洒任务。由于具有作业效率高、效果好、省水省药等优点，在近几年来,得到了迅猛的发展。据统计，农业植保无人机的工作效率超过了传统人工喷洒效率的60%以上，极大地避免了农药的浪费，对减少滥用农药引起的环境问题有着重要的影响，具有广泛的市场价值。因此，农药的精准实时变量喷洒技术和植保无人机的结合，成为了现代农业提高农药利用率最佳的解决方案。但是，目前市面上的植保无人机在遇到小地块、无法规划的地块和障碍物附近时，只能手动作业。在手动作业过程中，无人机的飞行速度和农药喷洒的流量均由人为控制，易出现漏喷、重喷和喷洒不均的情况。
3、为解决上述问题，需要提出一种实时变量农药喷洒控制系统，可以根据设置好的亩用量，实现无人机飞行速度和喷洒流量实时匹配，达到提高农药利用率的目的。
技术实现思路
1、针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种植保无人机实时变量喷洒控制系统及其控制方法，其旨在解决目前植保无人机在手动作业时，需要人为控制农药流量大小和植保机飞行速度,无法实现农药流量和飞行速度的实时匹配，造成农药喷洒不均匀的问题。本专利技术的系统主要以stm32f103zet6单片机为核心，通过gps 北斗定位装置进行速度和位置信息采集，基于pw
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术提供植保无人机实时变量喷洒控制系统，其特征在于，系统包括数据采集模块、数据处理模块、动作执行模块和电源供电模块，所述电源供电模块分别与数据采集模块、数据处理模块和动作执行模块连接，通过所述电源供电模块给整个系统进行供电，所述数据采集模块和所述动作执行模块均与所述数据处理模块连接，通过所述数据采集模块采集参数数据传输给所述数据处理模块进行处理，通过所述数据处理模块对所述数据采集模块采集到的数据进行处理,并给所述动作执行下达相应的执行指令；
4、所述数据处理模块包括人机交互单元和主控制器单元，所述人机交互单元包括无线数传装置和串口屏，所述主控制器单元包括stm32f103zet6单片机，所述stm32f103zet6单片机与所述无线数传装置连接，所述无线数传装置与所述串口屏连接；
5、所述动作执行模块包括隔膜泵、离心喷头、电子调速器和电机驱动器，所述电机驱动器与隔膜泵连接，所述离心喷头与电子调速器连接，通过所述动作执行模块执行所述数据处理模块下达的指令，控制所述隔膜泵的流量大小,调节所述离心喷头的转速,并将需要显示的信息，通过无线数传装置传输给串口屏显示；
6、所述数据采集模块包括定位装置和流量计，所述数据采集模块与所述数据处理模块连接，用于采集参数数据传输给所述数据处理模块进行处理，所采集的参数数据包括植保无人机的飞行速度及隔膜泵的流量。
7、优选地，所述stm32f103zet6单片机的配置包括64kb sram、512kb flash、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个dma控制器、3个spi、2个iic、5个串口及112个通用io口，通过所述stm32f103zet6单片机最小系统作为主控制系统，该为主控制系统包括主控制芯片、时钟电路、复位电路和调试电路。
8、优选地，所述电源供电模块包括直流电池电源和和电源稳压降压板，所述直流电池电源包括54v 6000mah 的锂电池和12 4v2000mah的航模锂电池，所述电源稳压降压板包括一级降压模块和二级降压模块，电源供电模块采用分级降压的方式，通过所述一级降压模块将电压降为24v，用于给所述离心喷头和隔膜泵供电使用，通过所述二级降压模块将电压从24v降为5v,用于给stm32f103zet6单片机、流量计和北斗gps定位装置供电；
9、所述12 4v2000mah的航模锂电池通过所述电源稳压降压板包括为5v给所述人机交互模块供电。
10、优选地，所述无线数传装置为433mhz无线通信模块，所述串口屏为usart hmi智能串口屏，所述usart hmi智能串口屏设有多种组态控件，所述组态控件包括按钮控件、进度条控件、文本控件、指针控件，在植保无人机作业时，通过所述433mhz无线通信模块与植保无人机上的主控制器单元进行通讯。
11、优选地，定位装置和流量计均与主控制器单元连接；
12、所述定位装置包括北斗gps定位装置，所述北斗gps定位模块为atk-s1216f8-bdgps/北斗模块，同外部设备的通信接口采用uart(串口)方式，输出的gps/北斗定位数据采用nmea-0183协议,控制协议为skytraq协议，通过北斗gps模块采集植保无人机的各项飞行参数信息，飞行参数信息包括飞行速度、经纬度、海拔高度，通过串口通讯将数据实时发送给主控制器单元；
13、所述流量计选用yf-s201流量计传感器，用于采集隔膜泵出水口的流量,主控制器单元通过外部中断读取产生的脉冲数，经过内部计算得到农药的实时流量。
14、优选地，所述电机驱动器与隔膜泵连接，电机驱动器为24v 7a l298n电机驱动器，用于控制所述隔膜泵药液流量，所述24v 7a l298n电机驱动器通过接收单片机发来的pwm信号，来改变输出电压，其输出的电压与输入的脉冲占空比成线性关系，从而改变流量大小；
15、所述电子调速器与所述离心喷头连接，所述电子调速器为无刷电子调速器，所述无刷电子调速器通过接收单片机的 pwm 信号来改变所述离心喷头雾滴大小。
16、优选地，所述usart hmi智能串口屏作为上位机终端，用作地面手持设备，用于远程实时地控制离心喷头转速和农药流量，同时在上位机的液晶屏幕上显示飞行参数等信息，可以根据设置好的亩用量,实现无人机飞行速度和喷洒流量实时匹配，达到提高农药利用率的目的。
17、本专利技术的有益效果在于：
18、（1）本专利技术的系统提供了一种基于stm32f103zet6单片机的实时农药变量控制系统和一种基于pwm技术与增量式 pid 算法相结合的农药流量控制方法，通过北斗gps定位模块采集无人机飞行速度等无人机姿态参数，并通过无线通信和串口通讯协议完成了数据传输，实现了植保无人机在手动作业模式下，施药流量随植保无人机飞行速度变化而实时匹配。对系统响应时间性能和系统流量控制性能进行了测试，试验表明系统开机初始化时间为3.5 s,在地面站离主设备1 m至1 km距离之间，系统响应时间为10 ms~45 ms之间；农药流量控制系统的实际流量和理论流量之间的平均误差为2.2%。系统性能和控药精度都满足试验预期，完成了设计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.植保无人机实时变量喷洒控制系统，其特征在于，系统包括数据采集模块、数据处理模块、动作执行模块和电源供电模块，所述电源供电模块分别与数据采集模块、数据处理模块和动作执行模块连接，通过所述电源供电模块给整个系统进行供电，所述数据采集模块和所述动作执行模块均与所述数据处理模块连接，通过所述数据采集模块采集参数数据传输给所述数据处理模块进行处理，通过所述数据处理模块对所述数据采集模块采集到的数据进行处理,并给所述动作执行下达相应的执行指令；
2.根据权利要求1所述的植保无人机实时变量喷洒控制系统，其特征在于，所述STM32F103ZET6单片机的配置包括64kB SRAM、512kB Flash、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器、3个SPI、2个IIC、5个串口及112个通用IO口，通过所述STM32F103ZET6单片机最小系统作为主控制系统，该为主控制系统包括主控制芯片、时钟电路、复位电路和调试电路。
3. 根据权利要求1所述的植保无人机实时变量喷洒控制系统，其特征在于，所述电源供电模块包括直流电池电源和和电源稳压降压板，所
4. 根据权利要求1所述的植保无人机实时变量喷洒控制系统，其特征在于，所述无线数传装置为433MHz无线通信模块，所述串口屏为USART HMI智能串口屏，所述USART HMI智能串口屏设有多种组态控件，所述组态控件包括按钮控件、进度条控件、文本控件、指针控件，在植保无人机作业时，通过所述433MHz无线通信模块与植保无人机上的主控制器单元进行通讯。
5.根据权利要求1所述的植保无人机实时变量喷洒控制系统，其特征在于，定位装置和流量计均与主控制器单元连接；
6. 根据权利要求1所述的植保无人机实时变量喷洒控制系统，其特征在于，所述电机驱动器与隔膜泵连接，电机驱动器为24V 7A L298N电机驱动器，用于控制所述隔膜泵药液流量，所述24V 7A L298N电机驱动器通过接收单片机发来的PWM信号，来改变输出电压，其输出的电压与输入的脉冲占空比成线性关系，从而改变流量大小；
7. 根据权利要求1所述的植保无人机实时变量喷洒控制系统，其特征在于，所述USARTHMI智能串口屏作为上位机终端，用作地面手持设备，用于远程实时地控制离心喷头转速和农药流量，同时在上位机的液晶屏幕上显示飞行参数等信息。
...【技术特征摘要】
1.植保无人机实时变量喷洒控制系统，其特征在于，系统包括数据采集模块、数据处理模块、动作执行模块和电源供电模块，所述电源供电模块分别与数据采集模块、数据处理模块和动作执行模块连接，通过所述电源供电模块给整个系统进行供电，所述数据采集模块和所述动作执行模块均与所述数据处理模块连接，通过所述数据采集模块采集参数数据传输给所述数据处理模块进行处理，通过所述数据处理模块对所述数据采集模块采集到的数据进行处理,并给所述动作执行下达相应的执行指令；
2.根据权利要求1所述的植保无人机实时变量喷洒控制系统，其特征在于，所述stm32f103zet6单片机的配置包括64kb sram、512kb flash、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个dma控制器、3个spi、2个iic、5个串口及112个通用io口，通过所述stm32f103zet6单片机最小系统作为主控制系统，该为主控制系统包括主控制芯片、时钟电路、复位电路和调试电路。
3. 根据权利要求1所述的植保无人机实时变量喷洒控制系统，其特征在于，所述电源供电模块包括直流电池电源和和电源稳压降压板，所述直流电池电源包括54v 6000mah 的锂电池和12 4v2000mah的航模锂电池，所述电源稳压降压板包括一级降压模块和二级降压模块，电源供电模块采用分级降压的方式，通过所述一级降压模块将电压降为24v，用于...
【专利技术属性】
技术研发人员：任涵昉，马红梅，武志明，米申婷，张晶，刘乙润，袁博，刘森宇，边美玲，杨锦华，宁靖栩，郝仁杰，孟令璇，
申请(专利权)人：山西农业大学，
类型：发明
国别省市：
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