微小型无人机农作物信息获取与施肥灌溉监测装置，属于农作物监测技术领域。为了解决现有农作物监测存在成本高且可靠性差的问题。本发明专利技术包括信息采集模块、地面传感器、数据库、地面站和无人机；地面站对待测农作物区域，进行规划航线和设定信息采集点；无人机的飞行控制器根据规划航线控制无人机飞行，当无人机到达信息采集点处，信息采集模块对信息采集点空气指标采集，同时对该信息采集点的农作物高光谱拍照，获得农作物的生长信息；数据库中存储之前产量最优年份对应的数据；地面传感器设置在待测农作物区域，用于测量土壤指标；地面站根据在相应信息采集点的空气指标、农作物生长信息和土壤指标与数据库中相应的数据进行对比，获得施肥灌溉指令。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农作物监测
，特别涉及一种微小型无人机农作物信息获取与 施肥灌溉监测装置。
技术介绍
人工采样，根据经验数据，得出农作物长势情况。这种方式下，需要人工手持一些 采样终端，如测量土壤温湿度、农作物长势情况，并一一记录，将数据统一进行登录，然后做 出相关曲线，与经验数据进行比对，得出结果。这种方法的缺陷不言而喻，浪费大量的人力 物力，不具有实时性，根据经验(例如看农作物长势来得出农作物营养情况)来判断，误差很 大。 铺设采样网络，采用有线的模式，或者无线的模式，将各种传感器定点铺设在农田 中，这种方法的缺陷是需要大量的传感器和布线，而且对于农作物的养分情况，无法进行判 另IJ。需要定期对传感器进行校正，任务量大。 大型无人机遥感，目前有些厂商或科研机构推出了一些解决方案，如固定翼无人 机运用遥感，对农田进行监测，这种方法最大的弊端是成本高，一般的农场或农垦局并不能 接受。另外，使用遥感技术，高空取证，可信赖度大大降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有采用大型无人机遥感进行农作物监测存在成本高 且可靠性差的问题，本专利技术提供一种微小型无人机农作物信息获取与施肥灌溉监测装置。 本专利技术的微小型无人机农作物信息获取与施肥灌溉监测装置，所述装置包括信息 采集模块、地面传感器、数据库、地面站和无人机;所述信息采集模块安装在无人机上； 地面站，用于对待测农作物区域进行GPS标定，获得经炜度地图；根据地图，进行规 划航线和设定信息采集点，当信息采集模块进行采集时，控制相应采集点的地面传感器也 进行采集;根据在相应信息采集点采集的空气指标、农作物生长信息和土壤指标与数据库 中相应的数据进行对比，获得施肥灌溉指令； 数据库，用于存储之前产量最优年份对应的数据； 地面传感器，设置在待测农作物区域，用于测量土壤指标；无人机的飞行控制器，根据规划的航线和设定的信息采集点，根据规划的航线控 制无人机飞行，当无人机到达设定的信息采集点处，发送采集控制信号；信息采集模块，根据采集控制信号，获得相应信息采集点的空气指标，同时对该信 息采集点的农作物高光谱拍照，获得农作物的生长信息。 所述数据库以采集数据的时间、地点和变量为坐标，所述变量为采集的空气指标、 农作物生长信息和土壤指标。 所述信息采集模块包括采集控制器、温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧 化碳传感器、ADC模块和高光谱成像系统； 采集控制器，根据采集控制信号，发送工作控制信号； 温度传感器，当接收到工作控制信号，采集该采集点农作物的周围空气中的温度； 湿度传感器，当接收到工作控制信号，采集该采集点农作物的周围空气中的湿度； 光照传感器，当接收到工作控制信号，采集该采集点农作物的所受光照强度； 二氧化碳传感器，当接收到工作控制信号，采集该采集点农作物的周围空气中的 二氧化碳浓度； 高光谱成像系统，当接收到工作控制信号，对采集点农作物进行拍照，并根据拍摄 的照片，获得农作物的生长信息； ADC模块，将采集的温度和二氧化碳浓度从模拟信号转换为数字信号。 所述飞行控制器包括主控制器、姿态模块、GPS模块、无线通信模块和调速系统； 无线通信模块，用于与地面站交换数据，接收规划的航线和设定的信息采集点； GPS模块，用于感应地面规划的航线的节点，并接收节点信息，所述节点信息包括 时间节点信息与空间节点信息； 姿态模块，对无人机姿态进行检测，获得偏离值； 主控制器，用于根据规划的航线，发送飞行控制信号，当到达航线的节点，将节点 信息转换为无人机期望的姿态，根据所述姿态发送飞行控制信号，同时发送采集控制信号； 还用于根据获得的偏离值，利用控制算法获得无人机姿态的调节量，根据所述调节量，发送 飞行控制信号； 调速系统，根据飞行控制信号，控制无人机飞行。 所述飞行控制器为四旋翼飞行器，该四旋翼飞行器的数学模型包括： 在无人机机体坐标系中的角速度和线速度通过转换矩阵转换到导航坐标系中： vn=Cvb wn=Twb 其中，C为合成旋转矩阵，T为欧拉旋转矩阵，导航坐标系中的线速度vn，无人机机 体坐标系中的线速度 Vb，导航坐标系中的角速度Wn，无人机机体坐标系中的角速度Wb; 无人机螺旋桨桨叶拟合的曲线为： Fi = 6.7x-5.36其中，螺旋桨的反作用力Fi单位为N/10,速度X的单位为转/秒；无人机高度的数学模型为： F, - mg ~ ma dv _ F2 - mg dt m d2h _ Fz-mg -：--- dt m 其中F2为电机提供的升力，v为上升速度，h为上升高度，g为重力加速度。无人机三轴角度的数学模型为： T = .J- = F；1 dt J dt 3其中T为转动扭矩，ω是转动角速度，F为电机产生的力，α为转动的角度，1为两电 机距离，J为转动惯量。 所述监测装置还包括GSM/GPRS模块； GSM/GPRS模块，用于将灌溉施肥指令发送到用户手机上。 本专利技术的有益效果在于，采用地面站对飞行控制器进行路线规划，自动在设定采 集点采集，获得采集点的农作物生长环境参数，还通过高光谱相机获得农垦区内农作物营 养状况。采用小型无人机成本低且结构简单易控制，采集的信息参考近年内年产量最高年 份的环境参数，设置施肥灌溉指令，增强可靠性，保证产量。【附图说明】 图1为【具体实施方式】中微小型无人机农作物信息获取与施肥灌溉监测装置的原理 示意图。 图2为【具体实施方式】中飞行控制器的原理示意图。图3为【具体实施方式】中信息采集模块的原理示意图。【具体实施方式】 结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述的微小型无人机农作物信息获取 与施肥灌溉监测装置，所述装置包括信息采集模块、地面传感器、数据库、地面站和无人机， 如图1所示;所述信息采集模块安装在无人机上;地面站对待测农作物区域进行GPS标定，获 得经炜度地图；根据地图，进行规划航线和设定信息采集点;无人机的飞行控制器根据规划 的航线控制无人机飞行，当无人机到达设定的信息采集点处，信息采集模块对相应信息采 集点空气中的温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度进行采集，同时对该信息采集点的农作 物高光谱拍照，获得农作物的生长信息;数据库中存储之前产量最优年份对应的数据;地面 传感器设置在待测农作物区域，用于测量土壤中的温度和湿度； 本实施方式中的所述信息采集模块包括采集控制器、温度传感器、湿度传感器、光 照传感器、二氧化碳传感器、ADC模块和高光谱成像系统； 采集控制器，根据采集控制信号，发送工作控制信号； 温度传感器，当接收到工作控制信号，采集该采集点农作物的周围空气中的温度； 湿度传感器，当接收到工作控制信号，采集该采集点农作物的周围空气中的湿度； 光照传感器，当接收到工作控制信号，采集该采集点农作物的所受光照强度；二氧化碳传感器，当接收到工作控制信号，采集该采集点农作物的周围空气中的 二氧化碳浓度；高光谱成像系统，当接收到工作控制信号，对采集点农作物进行拍照，并根据拍摄 的照片，获得农作物的生长信息； ADC模块，将采集的温度和二氧化碳浓度从模拟信号转换为数字信号。 本实施方式中的数据库以采集数据的时间、地点和变量为坐标，所述变量为采集 的空气指标、农作物生长信息和土壤指标； 本实施方式本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微小型无人机农作物信息获取与施肥灌溉监测装置，其特征在于，所述装置包括信息采集模块、地面传感器、数据库、地面站和无人机；所述信息采集模块安装在无人机上；地面站，用于对待测农作物区域进行GPS标定，获得经纬度地图；根据地图，进行规划航线和设定信息采集点，当信息采集模块进行采集时，控制相应采集点的地面传感器也进行采集；根据在相应信息采集点采集的空气指标、农作物生长信息和土壤指标与数据库中相应的数据进行对比，获得施肥灌溉指令；数据库，用于存储之前产量最优年份对应的数据；地面传感器，设置在待测农作物区域，用于测量土壤指标；无人机的飞行控制器，根据规划的航线和设定的信息采集点，根据规划的航线控制无人机飞行，当无人机到达设定的信息采集点处，发送采集控制信号；信息采集模块，根据采集控制信号，获得相应信息采集点的空气指标，同时对该信息采集点的农作物高光谱拍照，获得农作物的生长信息。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔天时，吕信超，张桢，李格伦，李秋实，张志超，冯兆宇，胡亮亮，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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