一种基于多传感器融合的无人机料位可视化实时监测系统

1.本实用新型涉及无人机技术领域，具体为一种基于多传感器融合的无人机料位可视化实时监测系统。


背景技术：

2.我国自古就是农业大国，农业是我国的立国之本，但是我国在农业发展上目前还存在农业规模小、从农劳动力短缺、农业产值低、农民增收缓慢等问题，从农者在农业活动中常表现出“一产不强、二产不优、三产不适”等现象，世界农业发展实践表明，信息知识在新时代智慧农业中发挥着不可或缺的作用，没有农业信息化就没有农业现代化，不实现农业现代化就无法改善如今的农业问题，在此背景下智慧农业逐渐进入相关技术人员的视野中，智慧农业就是以信息和知识为核心要素，通过将互联网、物联网、大数据、人工智能和智能装备等现代信息技术与农业深度跨界融合，实现农业生产全过程的信息感知、定量决策、智能控制、精准投入、个性化服务等全新农业生产方式，是农业信息化发展从数字化到网络化再到智能化的高级阶段。
3.目前，无人机已逐渐融入到作物播撒领域中，为了更好地实现空中精密播撒的要求，播撒过程中对物料箱内料位高度的实时测量可谓是关键技术之一，一旦物料箱中的物料用尽，就会发生漏撒现象，体现在播撒作业中就是会出现播撒断条问题，从而造成人力物力的浪费，因而需要在播撒无人机上集成料位实时监测系统，但市面上现有的料位实时监测系统往往都存在物料余量反馈不准确、可移植性差、购置成本较高等问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于：提供一种基于多传感器融合的无人机料位可视化实时监测系统，以解决以上缺陷。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种基于多传感器融合的无人机料位可视化实时监测系统，包括播撒无人机、物料余量检测模块、声光报警系统，所述播撒无人机上设置有物料箱，所述物料箱的顶部设有盖板，所述盖板旁边的物料箱的箱体上设置有进料口，所述物料余量检测模块设置在盖板上，所述物料余量检测模块包括中央检测单元和环境补偿单元，所述中央检测单元设置在盖板的上端面上，所述中央检测单元包括超声波测距传感器、激光测距传感器、stm32单片机、电源，所述超声波测距传感器和激光测距传感器均设置有两个且在盖板上同种传感器彼此之间呈对角线分布，所述stm32单片机和电源设置在盖板上端面的中间，所述stm32单片机与电源、超声波测距传感器、激光测距传感器等周边其他部件之间均通过接线连通，所述环境补偿单元设置在盖板的下端面上，所述环境补偿单元包括温度传感器、光敏传感器，所述盖板的下端面上设置有安装座，所述温度传感器和光敏传感器均设置在安装座上，所述声光报警系统包括微触动式压力传感器和接线，所述微触动式压力传感器设置在物料箱内侧的底部，所述接线连通微触动式压力传感器与安装座。
7.优选的，所述盖板上设有若干个开孔，所述超声波测距传感器和激光测距传感器的检测探头均通过开孔伸入到物料箱的内部。
8.优选的，所述安装座底部的盖板的板体上设有接线开孔，所述接线开孔内设有将温度传感器和光敏传感器与stm32单片机相互连通的传输线。
9.优选的，所述物料余量检测模块额外包括一个显示终端，由所述超声波测距传感器和激光测距传感器与环境补偿单元协调配合所测量计算出的物料箱内的余料位置将会通过串口通信或无线传输反馈至显示终端进行监测，所述声光报警系统额外包括led灯和蜂鸣器，所述led灯和蜂鸣器均设置在显示终端上，当物料箱内的余料位置低于所述微触动式压力传感器的触动面时，所述led灯和蜂鸣器会发出声光提醒。
10.优选的，所述微触动式压力传感器在物料箱内侧的底部呈倾斜状态设置。
11.本实用新型的有益效果在于：
12.本实用新型一种基于多传感器融合的无人机料位可视化实时监测系统，可实现对农业生产环节中常见颗粒料剂剩余料位的实时监测与反馈功能，解决了农业生产过程中因无人机播撒物料监测困难、反馈装料不及时而造成的播撒断条等问题，采用多传感器融合的物料监测系统，辅以环境修正，极大地减小了测量误差，提高探测精度，系统监测的结果可通过串口实时反馈至显示终端，当物料剩余量过低时，系统会触发蜂鸣器进行报警，同时点亮led灯，提醒操作人员及时装料，防止出现空撒等情况，同时监测系统相对独立，安装方便，可移植性强，只需将物料箱盖板做简单改造即可将监测系统安装到不同规格的无人机播撒装置上，整体上具有结构简单、操作方便、监测结果准确等特点，能及时高效地对物料箱中的余料位置进行实时反馈，有着极高的实用性和推广意义。
附图说明
13.图1：本实用新型的结构示意图；
14.图2：本实用新型的物料余量检测系统结构示意图；
15.图3：本实用新型的盖板结构示意图；
16.图4：本实用新型的微触动式压力传感器结构示意图。
具体实施方式
17.结合附图1-4，对本实用新型的具体实施方式作如下说明：
18.如图1-4所示，一种基于多传感器融合的无人机料位可视化实时监测系统，包括播撒无人机1、物料余量检测模块2、声光报警系统，播撒无人机1上设置有物料箱11，物料箱11内装有作物种子或其他颗粒状物料，物料箱11的顶部设有盖板13，盖板13旁边的物料箱 11的箱体上设置有进料口12，设置进料口12是为了便于添料操作，物料余量检测模块2设置在盖板13上，具体实施时需要在物料余量检测模块2的外围增加防尘护罩，物料余量检测模块2包括中央检测单元和环境补偿单元，中央检测单元设置在盖板13的上端面上，中央检测单元包括超声波测距传感器21、激光测距传感器22、stm32 单片机23、电源24，超声波测距传感器21和激光测距传感器22均设置有两个且在盖板13上同种传感器彼此之间呈对角线分布，同类传感器设置两个是为了减小测量误差，对角线分布还能起到让传感器可在内腔形状不规则的物料箱11中高效地完成监测工作，stm32单片机23和电源24设置在盖板13上端
面的中间，stm32单片机23与电源24、超声波测距传感器21、激光测距传感器22等周边其他部件之间均通过接线26连通，盖板13上设有若干个开孔132，超声波测距传感器21和激光测距传感器22的检测探头均通过开孔132伸入到物料箱11的内部，这种设计可以极大地提高系统的可移植性，只需要对盖板13做简单的开孔操作就能将本系统安装到不同规格的播撒无人机上。
19.环境补偿单元设置在盖板13的下端面上，环境补偿单元包括温度传感器25、光敏传感器27，盖板13的下端面上设置有安装座131，温度传感器25和光敏传感器27均设置在安装座131上，当超声波测距传感器21和激光测距传感器22开始测量作业时，环境中的温度、自然光线等因素会对测量结果产生一定的影响，因而需要设置环境补偿单元对中央检测单元所得的测量数据进行补偿计算，从而提高针对物料箱11内余料位置的监测精度，安装座131底部的盖板13的板体上设有接线开孔，接线开孔内设有将温度传感器25和光敏传感器27 与stm32单片机相互连通的传输线。
20.声光报警系统包括微触动式压力传感器31和接线26，微触动式压力传感器31设置在物料箱11内侧的底部，且微触动式压力传感器 31在物料箱11内侧的底部呈倾斜状态设置，接线26连通微触动式压力传感器31与安装座131，当需要安装微触动式压力传感器31的物料箱11侧壁底部形状为自然倾斜时，直接将微触动式压力传感器 31固定在物料箱11底部的侧壁上即可，如果物料箱11侧壁底部为竖直状，则需加装一个垫块，防止物料在微触动式压力传感器31的后方聚集。
21.物料余量检测模块2额外包括一个显示终端，由超声波测距传感器21和激光测距传感器22与环境补偿单元协调配合所测量计算出的物料箱11内的余料位置将会通过串口通信或无线传输反馈至显示终端进行监测，声光报警系统额外包括led灯和蜂鸣器，led灯和蜂鸣器均设置在显示终端上，当物料箱11内的余料位置低于所述微触动式压力传感器31的触动面时，led灯和蜂鸣器会发出声光提醒。
22.本实用新型一种基于多传感器融合的无人机料位可视化实时监测系统，在实际运用过程中，超声波测距传感器21可选用hc-sr04 超声波模块，激光测距传感器22选用vl53l0x脉冲式激光测距传感器，温度传感器25选用ds18b20单线数字温度传感器，当播撒无人机1在进行播撒作业时，物料箱11内的物料不断减少，此时，安装在盖板13顶端的物料余量检测模块2开始工作。首先，由于在不同温度下，声音速度会有所差别，所以温度传感器25会测量环境温度，对超声波测距传感器22所测的结果进行温度补偿计算，减少其测量误差，同时，激光测距传感器22也开始工作，由于环境光照强度会影响到激光测距精度，因此需要用光敏传感器27对工作环境的光照强度进行测量，之后所有的测量结果会传输到stm32单片机23并被代入到预设好的数学模型中，从而得出最终的结果，最后通过显示终端显示测距结果，也可以把结果通过串口通信、蓝牙通信等手段输出给pc机、手机等终端设备做进一步的处理。当余料位置达到物料箱 11底部即低于微触动式压力传感器31的下端时，微触动式压力传感器31不受物料重力而改变自身状态，此时该传感器就会传递信息至单片机并控制蜂鸣器报警及led灯发光，从而对操作者进行提醒，在具体实施过程中，可在显示终端和播撒无人机1上均设置蜂鸣器和 led灯，从而对操作者和值守者同步发送声光提醒，也可仅在显示终端上设置蜂鸣器和led灯，防止播种无人机1在播种过程中因自身工作噪音和阳光炫目等因素而造成操作者无法及时接收到报警信息的问题。
23.本实用新型一种基于多传感器融合的无人机料位可视化实时监测系统，可实现对农业生产环节中常见颗粒料剂剩余料位的实时监测与反馈功能，解决了农业生产过程中因无人机播撒物料监测困难、反馈装料不及时而造成的播撒断条等问题，采用多传感器融合的物料监测系统，辅以环境修正，极大地减小了测量误差，提高探测精度，系统监测的结果可通过串口实时反馈至显示终端，当物料剩余量过低时，系统会触发蜂鸣器进行报警，同时点亮led灯，提醒操作人员及时装料，防止出现空撒等情况，同时监测系统相对独立，安装方便，可移植性强，只需将物料箱盖板做简单改造即可将监测系统安装到不同规格的无人机播撒装置上，整体上具有结构简单、操作方便、监测结果准确等特点，能及时高效地对物料箱中的余料位置进行实时反馈，有着极高的实用性和推广意义。
24.上述结合附图对实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将实用新型的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本实用新型的保护范围之内。