基于无人机的农药喷洒控制设备、方法和介质
阅读说明：本技术 基于无人机的农药喷洒控制设备、方法和介质 (Pesticide spraying control equipment, method and medium based on unmanned aerial vehicle ) 是由 高琰 高蕾 马玉 李芳玲 周幸 李林 温柔 管照杰 孔欣悦 闫文君 苏艺 滕欣 于 2021-12-09 设计创作，主要内容包括：本申请涉及农药喷洒技术领域,且提供一种基于无人机的农药喷洒控制设备、方法和介质。该设备中的数据采集装置采集当前环境的风速、无人机的飞行速度和当前待喷洒区域的病虫害严重程度数据；喷洒控制器基于风速和飞行速度,生成第一喷洒控制信号,并基于病虫害严重程度数据,生成第二喷洒控制信号；脉宽调制信号发生器根据第一喷洒控制信号和第二喷洒控制信号,分别向喷洒装置输出第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号；喷洒装置基于第一脉宽调制信号控制农药喷洒泵的喷洒方向和喷洒速率,基于第二脉宽调制信号驱动农药喷洒泵输送期望的农药量。该设备提高了农药喷洒量的控制精度,提高农药的利用效率。(The application relates to the technical field of pesticide spraying, and provides pesticide spraying control equipment, method and medium based on an unmanned aerial vehicle. A data acquisition device in the equipment acquires the wind speed of the current environment, the flight speed of the unmanned aerial vehicle and the disease and insect pest severity data of the current area to be sprayed; the spraying controller generates a first spraying control signal based on the wind speed and the flying speed, and generates a second spraying control signal based on the disease and pest severity data; the pulse width modulation signal generator respectively outputs a first pulse width modulation signal and a second pulse width modulation signal to the spraying device according to the first spraying control signal and the second spraying control signal; the spraying device controls the spraying direction and the spraying speed of the pesticide spraying pump based on the first pulse width modulation signal, and drives the pesticide spraying pump to deliver the expected pesticide amount based on the second pulse width modulation signal. The device improves the control precision of the pesticide spraying amount and improves the utilization efficiency of the pesticide.)
技术领域
本申请涉及农药喷洒技术领域，具体而言，涉及一种基于无人机的农药喷洒控制设备、方法和介质。
背景技术
我国农业面积广泛，农作物灾害严重，国家每年都要消耗大量的人力物力进行农林作物农业喷洒。利用无人机作业不仅作业效率高、节省人力和农药，且显著减轻了人工进行农药喷洒时农药挥发带来的环境污染和对作业人员身体健康造成的危害。在我国大量农业劳动力向第二、第三产业转移的情况下，为满足我国农业生产发展和环境保护的需要，利用无人直升机进行农林植保的发展前景广阔。
无人机喷洒采用用人工遥控技术和自主导航技术相结合，操控人员在施药区外便可通过无线遥测系统发出指令来控制无人机的动作，自动完成无人机施药的全过程，相比于传统人工喷洒具有作业效率高、防治效果高、安全系数高等优点。但目前市场上植保无人机农药喷洒系统只能以固定的喷洒速度在低空作业，并不能实现喷洒量有效精确控制，在施药区域达不到均匀施药的效果，可能导致病虫害防治效果下降。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种基于无人机的农药喷洒控制设备、方法和介质，用以解决现有技术存在的上述问题，实时控制农药喷洒量和喷洒方向，提高了农药喷洒量的控制精度，提高了农药的利用效率。
第一方面，提供了一种基于无人机的农药喷洒控制设备，该方法可以包括：
数据采集装置，用于采集当前环境的风速、无人机的飞行速度和当前待喷洒区域的病虫害严重程度数据；
喷洒控制器，用于基于所述风速和所述飞行速度，生成第一喷洒控制信号，并基于所述病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号；
脉宽调制信号发生器，用于根据所述第一喷洒控制信号和所述第二喷洒控制信号，分别向喷洒装置输出第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号；
喷洒装置，用于接收所述第一脉宽调制信号和所述第二脉宽调制信号，并基于所述第一脉宽调制信号控制农药喷洒泵的喷洒方向和喷洒速率，以及基于所述第二脉宽调制信号驱动农药喷洒泵输送期望的农药量。
在一个可选的实现中，所述喷洒控制器，具体用于采用训练好的喷洒模型，对所述飞行速度和所述风速进行分析，得到喷洒面积；所述训练好的喷洒模型是基于以不同飞行速度和不同风速的组合数据作为训练样本，对神经网络进行迭代训练得到的；
根据所述喷洒面积和所述当前待喷洒区域，生成第一喷洒控制信号。
在一个可选的实现中，所述设备还包括信号接收器；
所述信号接收器，用于接收操作人员通过终端发送的新的第一喷洒控制信号或新的第二喷洒控制信号；
所述喷洒控制器，用于将所述第一喷洒控制信号更新为所述新的第一喷洒控制信号，或将所述第二喷洒控制信号更新为所述新的第二喷洒控制信号。
在一个可选的实现中，所述喷洒控制器，还用于控制所述农药喷洒泵的喷洒速率、喷滴直径和喷幅。
在一个可选的实现中，所述数据采集装置，还用于采集当前待喷洒区域中的作物的疏密度；
喷洒控制器，用于基于所述作物的疏密度和所述病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号。
在一个可选的实现中，所述农药喷洒泵是隔膜泵。
在一个可选的实现中，所述设备还包括飞行控制器；
所述飞行控制器，用于基于预先配置的风速与飞行高度的对应关系，确定所述当前环境的风速对应的目标飞行高度，并控制所述无人机调整当前飞行高度为所述目标飞行高度，所述对应关系中风速与飞行高度成反相关。
第二方面，提供了一种基于无人机的农药喷洒控制方法，该方法可以包括：
采集当前环境的风速、无人机的飞行速度和当前待喷洒区域的病虫害严重程度数据；
基于所述风速和所述飞行速度，生成第一喷洒控制信号，并基于所述病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号；
根据所述第一喷洒控制信号和所述第二喷洒控制信号，分别向喷洒装置输出第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号；
基于所述第一脉宽调制信号控制农药喷洒泵的喷洒方向和喷洒速率，以及基于所述第二脉宽调制信号驱动农药喷洒泵输送期望的农药量。
在一个可选的实现中，基于所述风速和所述飞行速度，生成第一喷洒控制信号，包括：
采用训练好的喷洒模型，对所述飞行速度和所述风速进行分析，得到喷洒面积；所述训练好的喷洒模型是基于以不同飞行速度和不同风速的组合数据作为训练样本，对神经网络进行迭代训练得到的；
根据所述喷洒面积和所述当前待喷洒区域，生成第一喷洒控制信号。
在一个可选的实现中，基于所述风速和所述飞行速度，生成第一喷洒控制信号，并基于所述病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号之后，所述方法还包括：
接收操作人员通过终端发送的新的第一喷洒控制信号或新的第二喷洒控制信号；
将所述第一喷洒控制信号更新为所述新的第一喷洒控制信号，或将所述第二喷洒控制信号更新为所述新的第二喷洒控制信号。
在一个可选的实现中，所述方法还包括：
控制所述农药喷洒泵的喷洒速率、喷滴直径和喷幅。
在一个可选的实现中，所述方法还包括：
采集当前待喷洒区域中的作物的疏密度；
基于所述病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号，包括：
基于所述作物的疏密度和所述病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号。
在一个可选的实现中，所述方法还包括：
基于预先配置的风速与飞行高度的对应关系，确定所述当前环境的风速对应的目标飞行高度，并控制所述无人机调整当前飞行高度为所述目标飞行高度，所述对应关系中风速与飞行高度成反相关。
第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第二方面中任一项上所述的方法步骤。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第二方面中任一项上所述的方法步骤。
本申请提供的基于无人机的农药喷洒控制设备中数据采集装置采集当前环境的风速、无人机的飞行速度和当前待喷洒区域的病虫害严重程度数据；喷洒控制器基于风速和飞行速度，生成第一喷洒控制信号，并基于病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号；脉宽调制信号发生器根据第一喷洒控制信号和第二喷洒控制信号，分别向喷洒装置输出第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号；喷洒装置接收第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号，并基于第一脉宽调制信号控制农药喷洒泵的喷洒方向和喷洒速率，以及基于第二脉宽调制信号驱动农药喷洒泵输送期望的农药量。该设备通过将风速、飞行速度和脉宽调制信号结合在一起，实时控制农药喷洒量和喷洒方向，提高了农药喷洒量的控制精度，提高了农药的利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于无人机的农药喷洒控制设备的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种基于无人机的农药喷洒控制方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本申请实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请提供的基于无人机的农药喷洒控制设备可以根据不同飞行速度、高度、风速、作物类型及疏密度、试剂等因素，通过将风速、飞行速度和脉宽调制信号结合在一起，实时调节喷洒量、喷洒方向来实现单位面积施药量相等。
以下结合说明书附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请，并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1为本申请实施例提供的一种基于无人机的农药喷洒控制设备的结构示意图。如图1所示，该设备可以包括：数据采集装置、喷洒控制器、脉宽调制信号发生器、喷洒装置和农药喷洒泵。
数据采集装置，用于采集当前环境的风速、无人机的飞行速度和当前待喷洒区域的病虫害严重程度数据；
喷洒控制器，用于基于当前环境的风速和飞行速度，生成第一喷洒控制信号，并基于病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号；
具体实施中，喷洒控制器，可以采用训练好的喷洒模型，对飞行速度和风速进行分析，得到喷洒面积；并根据喷洒面积和当前待喷洒区域，生成第一喷洒控制信号。其中，训练好的喷洒模型是基于以不同飞行速度和不同风速的组合数据作为训练样本，对神经网络进行迭代训练得到的。
脉宽调制信号发生器，用于根据第一喷洒控制信号和第二喷洒控制信号，分别向喷洒装置输出第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号；
喷洒装置，用于接收第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号，并基于第一脉宽调制信号控制农药喷洒泵的喷洒方向和喷洒速率，以及基于第二脉宽调制信号驱动农药喷洒泵输送期望的农药量。其中，农药喷洒泵可以为隔膜泵。
上述实施例考虑到环境风速和无人机的飞行速度会对喷洒出的农药产生一定的飘移程度，由于风速是实时变化的，故喷洒控制器为了降低该飘移程度，生成喷洒过程数据对应的第一喷洒控制信号和喷洒量对应的第二喷洒控制信号，其中，第一喷洒控制信号和第二喷洒控制信号也是实时变化的控制信号，再通过脉宽调制信号发生器生成相应的脉宽调制信号，以实时控制喷洒装置确定相应的喷洒方向、喷洒速率和喷洒量。
在一些实施例中，为了达到农药喷洒的控制灵活性，该设备还可以包括信号接收器；
信号接收器，用于接收操作人员通过终端发送的新的第一喷洒控制信号和/或新的第二喷洒控制信号；
喷洒控制器，用于将第一喷洒控制信号更新为新的第一喷洒控制信号；和/或，将第二喷洒控制信号更新为新的第二喷洒控制信号。
在一些实施例中，喷洒控制器，还可以控制农药喷洒泵的喷洒速率、喷滴直径和喷幅。
在一个例子中，在飞行速度为0-8m/s时，喷洒控制器可以控制农药喷洒泵的喷洒速率为0.2-0.5L/min、喷滴直径为80-120μm、喷幅为3-6m。
在一些实施例中，数据采集装置，还可以采集当前待喷洒区域中的作物的疏密度；
喷洒控制器可基于作物的疏密度和病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号。例如，若病虫害严重程度越大和/或作物的密度越大，则需要的农药量越大，即第二喷洒控制信号需要控制喷洒装置驱动农药喷洒泵输送较大的农药量。
在一些实施例中，由于无人机的飞行高度越高，喷洒出的农药产生的飘移程度越大，故为了降低该飘移程度，可降低无人机的飞行高度，故设备还包括飞行控制器；
具体的，飞行控制器，用于基于预先配置的风速与飞行高度的对应关系，确定当前环境的风速对应的目标飞行高度，并控制无人机调整当前飞行高度为所述目标飞行高度，其中，该对应关系中风速与飞行高度成反相关，即风速越大，飞行高度越小。
可以理解的是，为了降低飘移程度也可以降低无人机的飞行速度，具体实施方式与上述实施方式相似，本申请在此不做赘述。
本申请提供的基于无人机的农药喷洒控制设备中数据采集装置采集当前环境的风速、无人机的飞行速度和当前待喷洒区域的病虫害严重程度数据；喷洒控制器基于风速和飞行速度，生成第一喷洒控制信号，并基于病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号；脉宽调制信号发生器根据第一喷洒控制信号和第二喷洒控制信号，分别向喷洒装置输出第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号；喷洒装置接收第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号，并基于第一脉宽调制信号控制农药喷洒泵的喷洒方向和喷洒速率，以及基于第二脉宽调制信号驱动农药喷洒泵输送期望的农药量。该设备通过将风速、飞行速度和脉宽调制信号结合在一起，实时控制农药喷洒量和喷洒方向，提高了农药喷洒量的控制精度，提高了农药的利用效率。
与上述方法对应的，本申请实施例还提供一种基于无人机的农药喷洒控制方法，如图2所示，该方法可以包括：
步骤S210、采集当前环境的风速、无人机的飞行速度和当前待喷洒区域的病虫害严重程度数据；
步骤S220、基于所述风速和所述飞行速度，生成第一喷洒控制信号，并基于所述病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号；
步骤S230、根据所述第一喷洒控制信号和所述第二喷洒控制信号，分别向喷洒装置输出第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号；
步骤S240、基于所述第一脉宽调制信号控制农药喷洒泵的喷洒方向和喷洒速率，以及基于所述第二脉宽调制信号驱动农药喷洒泵输送期望的农药量。
本申请上述实施例提供的基于无人机的农药喷洒控制方法的各方法步骤，可以通过上述各功能单元的功能来实现，因此，本申请实施例提供的该方法中的各方法步骤和有益效果，在此不复赘述。
本申请实施例还提供了一种电子设备，如图3所示，包括处理器310、通信接口320、存储器330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。
存储器330，用于存放计算机程序；
处理器310，用于执行存储器330上所存放的程序时，实现如下步骤：
采集当前环境的风速、无人机的飞行速度和当前待喷洒区域的病虫害严重程度数据；
基于所述风速和所述飞行速度，生成第一喷洒控制信号，并基于所述病虫害严重程度数据，生成第二喷洒控制信号；
根据所述第一喷洒控制信号和所述第二喷洒控制信号，分别向喷洒装置输出第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号；
基于所述第一脉宽调制信号控制农药喷洒泵的喷洒方向和喷洒速率，以及基于所述第二脉宽调制信号驱动农药喷洒泵输送期望的农药量。
上述提到的通信总线可以是外设部件互连标准（Peripheral ComponentInterconnect，PCI）总线或扩展工业标准结构（Extended Industry StandardArchitecture，EISA）总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM），也可以包括非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、网络处理器（Network Processor，NP）等；还可以是数字信号处理器（Digital SignalProcessing，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
由于上述实施例中电子设备的各器件解决问题的实施方式以及有益效果可以参见图2所示的实施例中的各步骤来实现，因此，本申请实施例提供的电子设备的具体工作过程和有益效果，在此不复赘述。
在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的基于无人机的农药喷洒控制方法。
在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的基于无人机的农药喷洒控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请实施例中的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请实施例中可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例中可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请实施例中是参照根据本申请实施例中实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请实施例中的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例中范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例中实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例中实施例的精神和范围。这样，倘若本申请实施例中实施例的这些修改和变型属于本申请实施例中权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请实施例中也意图包含这些改动和变型在内。