【本科双创项目】植保无人机基站
摘要
本作品是面向农业无人机的充电供能需求，基于光伏发电基站设计的一款采用了清洁供能技术、并可实现对无人机的统一调度和自动充电的农业无人机自主无线充电装置。产品由无人机充电基站平台、平台上可追踪阳光的光伏发电装置、农药供给系统三部分组成。本作品适用于在野外对农业无人机供电，相比频繁更换电池或采用汽油发电机供电等传统供电方式，可极大减少因制造无人机电池所造成的资源浪费与环境污染，以及因燃烧化石燃料造成的碳排放增加等问题。此外，本作品采用了自主无线充电方式，可有效解决目前农业无人机充电需要手动拆装和更换电池的问题，为今后发展无人值守型充电基站提供了参考；最后，采用本作品设计的可移动式充电基站建设成为基站网络、共享基站可有效节约无人机的电能消耗、增大无人机的滞空时间和作业面积。本作品所设计的基于光伏发电基站的农业无人机自主无线充电装置可以为未来可能发展的远程无人值守型农业无人机充电基站提供发展思路。
研制背景及意义
高载重、大体积造成了农业植保无人机的作业半径很大程度地受到了电量的限制，而野外又缺少充电地点，这造成了无人机的使用者需要驾车跟随无人机进行作业，并需要频繁更换电池，在野外甚至需要使用汽油发电机对无人机进行充电。农业无人机的充电问题为使用者带来了诸多不便的同时也造成了大量的碳排放。
设计方案
主控系统
监测无人机电池电量、控制基站各部件运行。
操作界面
操作界面使用Qt开发。系统开始后运行自检，检查所有模块是否在位；左下方调节农药和水的配比、显示农药加注进程和飞机入库进程；右下方显示机械臂在基站中的相对位置。
太阳能控制器及电源管理
光伏发电充足时给系统供电并向蓄电池充电，光伏发电不足时使用蓄电池供电，蓄电池电量耗尽时使用市电供电。
无人机无线充电
由于无人机电池接口较小，难以有线连接，因此设计无线充电系统，系统设计如如上图所示。
农药自动加注
农药自动加注系统如图所示，使用目标检测算法检测农药接口位置，控制机械臂将插头插入接口并加注农药。
无人机自主降落
无人机自主降落系统如图所示，使用目标检测算法识别降落平台位置。因为实机较大，未获飞行许可，因此在上图中使用飞机模型进行自主降落方案验证。
电池电量监测
电池电量监测板如图所示，采集电池各电芯的电压、输出电流，通过测量电压以及积分运算计算电池剩余电量。当电量不足时发送无人机返回命令。
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