本發(fā)明屬于無人機技術領域，尤其涉及一種無人機管理系統(tǒng)。

背景技術：

飛防是通過通用飛機噴灑農藥的一種大面積、短時期壓低蟲口密度的有效方法，具有其它常規(guī)措施難以比擬的優(yōu)越性。

飛防經(jīng)濟、高效，同時兼治其它害蟲，一法多效，一舉多得。

(1)飛防速度快、效率高、持續(xù)效果好、能及時實現(xiàn)與地面防治的同步除治，在短時間內迅速降低蟲口密度，有效期能達到60天左右。

(2)可有效解決因樹木高大、防治設備落后、防治力量不足、防治效率低等難題。

(3)防治費用低。飛防藥劑使用量僅為40-50克/畝，是傳統(tǒng)防治方法用藥量的四分之一，大大節(jié)約了藥劑使用量。

(4)節(jié)約用水。一般地面噴霧用水量是5公斤/畝，飛機防治使用的是超低量噴霧，用水量平均只有1公斤/畝。

隨著無人機技術的發(fā)展，無人機已經(jīng)在軍事、工業(yè)、農業(yè)、交通、安防等領域獲得大力發(fā)展。但目前無人機基本是以鋰電池、蓄電池、燃料電池等作為燃料。受限于無人機的設計尺寸，無人機所攜帶的能源是有限的，這就限制了無人機的留空時間、航程等，影響無人機有限載荷和任務要求。太陽能作為一種全新的能源，其清潔無污染、來源永不枯竭、維護措施簡單等特點，使其越來越受到廣泛關注，這也促使了太陽能無人機產(chǎn)生和發(fā)展。太陽能無人機作為未來無人機的發(fā)展方向，如果單純采用太陽能供能，則會受光照、外界環(huán)境等影響，會降低太陽能無人機的適應性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種無人機飛防管理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術中缺少既能夠改善無人機能源利用效率，又能夠方便進行飛防任務的無人機飛防管理系統(tǒng)的技術問題。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種無人機飛防管理系統(tǒng)，包括

遠程控制終端，用于發(fā)送控制指令，以控制無人機動作；

云端服務器，用于向無人機發(fā)送遠程控制終端的控制指令以及傳遞無人機反饋的信息；

無人機，用于根據(jù)遠程控制終端經(jīng)云端服務器發(fā)送過來的控制指令執(zhí)行農藥噴灑的操作；包括

能源管理系統(tǒng)，用于采用太陽能電池組件和鋰電池組件共同對無人機供能。

進一步的，無人機還包括主控芯片，主控芯片電連接有重量檢測傳感器、TOF避障傳感器、定位系統(tǒng)、飛行記憶器、攝像頭、聲光報警器以及藥物搭載噴灑裝置。

進一步的，能源管理系統(tǒng)包括能源管理控制器和鋰電池組件，能源管理控制器電連接有電池狀態(tài)檢測模塊、智能充放電模塊和電連接于機載控制端的無人機供電單元；鋰電池組件電連接有鋰電池保護電路，并通過鋰電池保護電路電連接于電池狀態(tài)檢測模塊和智能充放電模塊；還包括依次連接的太陽能電池組件、DC-DC變換器和最大功率跟蹤模塊，最大功率跟蹤模塊電連接于能源管理控制器；依次連接的太陽能電池組件和DC-DC變換器還與電池狀態(tài)檢測模塊電連接；太陽能電池組件向鋰電池組件充電模式、太陽能電池組件直接向無人機供電單元供電模式、太陽能電池組件同時向鋰電池組件和無人機供電單元供電模式、太陽能電池組件和鋰電池組件聯(lián)合向無人機供電單元供電模式、鋰電池組件向無人機供電單元供電模式。

進一步的，能源管理系統(tǒng)的選擇流程包括如下步驟：

(1)根據(jù)無人機供電單元供電狀態(tài)，判斷無人機供電單元是否運行，若無人機供電單元運行，則執(zhí)行步驟2；若無人機供電單元沒有運行，則執(zhí)行步驟3；

(2)根據(jù)太陽能電池組件輸出狀態(tài)，判斷太陽能電池組件是否有功率輸出，若太陽能電池組件有功率輸出，則執(zhí)行步驟4；若太陽能電池組件沒有功率輸出，則執(zhí)行步驟5；

(3)根據(jù)鋰電池組件電量狀態(tài)，判斷鋰電池組件電量是否為滿，若鋰電池組件電量為滿，則無人機能源管理系統(tǒng)執(zhí)行待機狀態(tài)；若鋰電池組件電量不滿，則執(zhí)行步驟6；

(4)根據(jù)無人機供電單元供電狀態(tài)和太陽能電池組件輸出狀態(tài)，判斷太陽能電池組件輸出功率是否滿足無人機供電單元正常運行，若太陽能電池組件輸出功率滿足無人機供電單元正常運行，則執(zhí)行步驟7；若太陽能電池組件輸出功率不能滿足無人機供電單元正常運行，則執(zhí)行太陽能電池組件和鋰電池組件聯(lián)合向無人機供電單元供電模式；

(5)根據(jù)鋰電池組件電量狀態(tài)，判斷鋰電池組件電量是否低于警戒值，若鋰電池組件電量低于警戒值，報警并啟動降落準備；若鋰電池組件電量沒有低于警戒值，則執(zhí)行鋰電池組件對無人機供電單元供電模式；

(6)根據(jù)太陽能電池組件輸出狀態(tài)，判斷太陽能電池組件是否有功率輸出，若太陽能電池組件有功率輸出，則執(zhí)行太陽能電池組件向鋰電池組件充電模式；若太陽能電池組件沒有功率輸出，則無人機能源管理系統(tǒng)執(zhí)行待機狀態(tài)；

(7)根據(jù)無人機供電單元供電狀態(tài)和太陽能電池組件輸出狀態(tài)，判斷太陽能電池組件輸出功率是否有余量，若太陽能電池組件輸出功率有余量，執(zhí)行太陽能電池組件同時向鋰電池組件和無人機供電單元供電模式；若太陽能電池組件輸出功率沒有余量，則執(zhí)行太陽能電池組件直接向無人機供電單元供電模式。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的能源管理系統(tǒng)作為無人機能源系統(tǒng)的控制調節(jié)中心，可以實現(xiàn)太陽能電池組件和鋰電池組件共同對無人機供能，可以實現(xiàn)太陽電池組件輸出功率調節(jié)，對鋰電池組件進行智能管理。在太陽能電池組件功率輸出充足的情況下，盡可能保留更多鋰電池組件的能量；在太陽能電池組件輸出功率不足的情況下，則由鋰電池組件進行補充。本發(fā)明還設計了完整的無人機能源控制流程，可以保證能源控制系統(tǒng)在不同情況下，均可以為無人機提供穩(wěn)定、充足的能量，結合太陽能電池和鋰電池的優(yōu)勢，合理控制和分配能源使用，提高無人機能源的利用率，從而實現(xiàn)無人機的長航飛行；同時，本發(fā)明可以最大化利用太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量，增加無人機的航程。本發(fā)明還具有易于實現(xiàn)、應用方便等優(yōu)點，解決了現(xiàn)有技術中缺少既能夠改善無人機能源利用效率，又能夠方便進行飛防任務的無人機飛防管理系統(tǒng)的技術問題。

附圖說明

圖1是系統(tǒng)整體結構示意圖；

圖2是無人機飛防管理系統(tǒng)與能源管理系統(tǒng)的結構關系示意圖；

圖3是能源管理系統(tǒng)控制模式選擇流程圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

下面結合圖1～3對本發(fā)明作詳細說明。

一種無人機飛防管理系統(tǒng)，包括

遠程控制終端，用于發(fā)送控制指令，以控制無人機動作；

云端服務器，用于向無人機發(fā)送遠程控制終端的控制指令以及傳遞無人機反饋的信息；

無人機，用于根據(jù)遠程控制終端經(jīng)云端服務器發(fā)送過來的控制指令執(zhí)行農藥噴灑的操作；無人機包括

能源管理系統(tǒng)，用于采用太陽能電池組件和鋰電池組件共同對無人機供能。

無人機還包括主控芯片，主控芯片電連接有重量檢測傳感器、TOF避障傳感器、定位系統(tǒng)、飛行記憶器、攝像頭、聲光報警器以及藥物搭載噴灑裝置(即一種智能噴灑液體的裝置，將之結合到無人機中，通過主控芯片進行控制，采用現(xiàn)有技術很容易實現(xiàn)，因此不再贅述)。

攝像頭，用于拍攝需要進行飛防(無人機噴灑農藥)的區(qū)域圖像或拍攝無人機航行路線上的區(qū)域圖像，以供遠端控制終端查看和操作；

飛行記憶器，無人機在飛行過程中，與云端服務器有數(shù)據(jù)交互，當無人機意外與云端服務器斷開連接時，可用于記錄無人機航行的路線信息，以便于無人機返航；

定位系統(tǒng)，即用于導航、定位；

重量檢測傳感器，用于檢測無人機重量，以供判斷主控芯片判斷藥物是否噴灑完畢；

TOF避障傳感器，用于發(fā)出經(jīng)調制的近紅外光，遇物體后反射，TOF避障傳感器通過計算光線發(fā)射和反射時間差或相位差，來換算被拍攝景物的距離。如此，即可使得無人機在飛行過程中精確避障，減小無人機損壞的幾率。

聲光報警器，用于在無人機起飛或降落的時候發(fā)出聲光警報，類似于警燈的聲光警報。也可以用于在飛行過程中發(fā)出聲光警報以提醒他人注意，防止無人機傷人事件的發(fā)生。

能源管理系統(tǒng)包括太陽能電池組件、DC-DC變換器、鋰電池組件、鋰電池保護電路、能源管理控制器、系統(tǒng)控制模塊、無人機供電單元，能源管理控制器包括能源管理控制器、電池狀態(tài)檢測模塊、智能充放電模塊、最大功率跟蹤模塊；太陽能電池組件與DC-DC變換器相連，DC-DC變換器分別與最大功率跟蹤模塊和電池狀態(tài)檢測模塊相連，鋰電池組件與鋰電池保護電路相連，鋰電池保護電路分別與智能充放電模塊和電池狀態(tài)檢測模塊相連，能源管理控制器分別與電池狀態(tài)檢測模塊、智能充放電模塊、最大功率跟蹤模塊、系統(tǒng)控制模塊、無人機供電單元相連，系統(tǒng)控制模塊與無人機供電單元相連。

所述太陽能電池組件一般為柔性薄膜太陽能片，可根據(jù)無人機的機型合理鋪設在無人機的機翼、機身等地方；所述鋰電池組件為無人機的儲能元件，其能量密度應滿足無人機的任務需要；所述最大功率跟蹤模塊可使太陽能電池組件以最大功率輸出，可提高太陽能電池組件的利用效率；所述智能充放電模塊可以根據(jù)能源管理控制器的指令完成對鋰電池組件的充電和放電任務，可具備快速充電、保護鋰電池、安全放電等功能；所述電池狀態(tài)檢測模塊實時監(jiān)測太陽能電池組件和鋰電池組件的電壓、電流等參數(shù)，準確、實時傳送給能源管理控制器；所述能源管理控制器綜合能源管理控制器各部分的信息、無人機供電單元的運行信息及系統(tǒng)控制模塊的相關信息和指令，完成對太陽能電池組件和鋰電池組件的能源管理、分配和利用，保證無人機供電單元正常運行；所述系統(tǒng)控制模塊控制無人機的動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及其他的無人機相關模塊，將無人機的相關運行狀態(tài)實時傳送給能源管理控制器，并根據(jù)需要將控制指令送至能源管理控制器；所述無人機供電單元包括動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及其他無人機所需的供電單元。

能源管理控制器接收能源管理系統(tǒng)中各部分的信息，包括太陽能電池組件運行狀態(tài)、鋰電池組件運行狀態(tài)、無人機供電單元的運行信息、以及無人主控制模塊的信號和指令，在綜合各種信息后，按照預定工作模式，完成能源分配；其中，太陽能電池組件的運行狀態(tài)，可由與太陽能電池組件相連的DC-DC變換器輸出狀態(tài)檢測，鋰電池組件的運行狀態(tài)，可由與鋰電池組件相連的鋰電池保護電路中檢測。

太陽能電池組件的輸出能量在該能源管理系統(tǒng)中具有兩個流向，一是充入鋰電池組件作為儲備能量，二是直接供給無人機供電單元。能源管理控制器采用動態(tài)電源路徑管理技術(Dynamic Power Path Management，DPPM)，將太陽能電池組件所獲取的電能在充入鋰電池組件和供向無人機供電單元之間進行動態(tài)調度，以最大化利用太陽能電池的輸出功率。

能源管理系統(tǒng)在不同運行狀態(tài)下，實現(xiàn)不同的能源控制模式，包括：太陽能電池組件向鋰電池組件充電模式、太陽能電池組件直接向無人機供電單元供電模式、太陽能電池組件同時向鋰電池組件和無人機供電單元供電模式、太陽能電池組件和鋰電池組件聯(lián)合向無人機供電單元供電模式、鋰電池組件向無人機供電單元供電模式。

太陽能無人機能源管理系統(tǒng)控制模式的選擇判斷單元包括，無人機供電單元供電狀態(tài)判斷單元、太陽能電池組件輸出狀態(tài)判斷單元、鋰電池組件電量狀態(tài)判斷單元；

太陽能無人機能源管理系統(tǒng)各種模式的選擇，首先需要滿足無人機供電單元的能源供給，特別是無人機動力系統(tǒng)負載的安全平穩(wěn)運行和控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；同時，不同能源控制模式的切換應滿足快速、平穩(wěn)，不能影響無人機的正常運行；不同控制模式的選擇應該以最大化利用太陽能電池功率輸出和鋰電池安全高效的利用為基礎。

在無人機無運行時，即不需要向無人機供電單元供電，太陽能電池組件應及時對鋰電池組件充電；無人機正常運行時，當光照充足、太陽能電池組件的輸出功率可以滿足無人機供電單元需求的情況下，可以直接向無人機供電單元提供能量，由于太陽能電池組件的輸出功率并不穩(wěn)定，需要根據(jù)無人機供電單元的能量需要，動態(tài)調節(jié)輸出功率；無人機正常運行時，當光照充足、太陽能電池組件輸出功率可以滿足無人機供電單元能量需求的情況下，當檢測到鋰電池組件的電量不滿時，在保證無人機供電單元正常運行的情況下，可以通過動態(tài)電源路徑管理技術，對鋰電池組件的進行充電；無人機正常運行時，當光照不足、太陽能電池組件輸出功率不能完全滿足無人機供電單元的能量需求時，需要通過鋰電池組件補充輸出能量，滿足無人機供電單元正常運行；當無人機正常運行時，太陽能電池組件無輸出功率時，啟動鋰電池組件單獨對無人機供電單元供電；無人機正常運行時，鋰電池組件單獨供電的情況下，當鋰電池組件電量低于預設電量值，啟動警報。

一種太陽能無人機能源管理系統(tǒng)，控制模式的選擇流程包括如下步驟：

(1)根據(jù)無人機供電單元供電狀態(tài)，判斷無人機供電單元是否運行，若無人機供電單元運行，則執(zhí)行步驟2；若無人機供電單元沒有運行，則執(zhí)行步驟3；

(2)根據(jù)太陽能電池組件輸出狀態(tài)，判斷太陽能電池組件是否有功率輸出，若太陽能電池組件有功率輸出，則執(zhí)行步驟4；若太陽能電池組件沒有功率輸出，則執(zhí)行步驟5；

(3)根據(jù)鋰電池組件電量狀態(tài)，判斷鋰電池組件電量是否為滿，若鋰電池組件電量為滿，則無人機能源管理系統(tǒng)執(zhí)行待機狀態(tài)；若鋰電池組件電量不滿，則執(zhí)行步驟6；

(4)根據(jù)無人機供電單元供電狀態(tài)和太陽能電池組件輸出狀態(tài)，判斷太陽能電池組件輸出功率是否滿足無人機供電單元正常運行，若太陽能電池組件輸出功率滿足無人機供電單元正常運行，則執(zhí)行步驟7；若太陽能電池組件輸出功率不能滿足無人機供電單元正常運行，則執(zhí)行太陽能電池組件和鋰電池組件聯(lián)合向無人機供電單元供電模式；

(5)根據(jù)鋰電池組件電量狀態(tài)，判斷鋰電池組件電量是否低于警戒值，若鋰電池組件電量低于警戒值，報警并啟動降落準備；若鋰電池組件電量沒有低于警戒值，則執(zhí)行鋰電池組件對無人機供電單元供電模式；

(6)根據(jù)太陽能電池組件輸出狀態(tài)，判斷太陽能電池組件是否有功率輸出，若太陽能電池組件有功率輸出，則執(zhí)行太陽能電池組件向鋰電池組件充電模式；若太陽能電池組件沒有功率輸出，則無人機能源管理系統(tǒng)執(zhí)行待機狀態(tài)；

(7)根據(jù)無人機供電單元供電狀態(tài)和太陽能電池組件輸出狀態(tài)，判斷太陽能電池組件輸出功率是否有余量，若太陽能電池組件輸出功率有余量，執(zhí)行太陽能電池組件同時向鋰電池組件和無人機供電單元供電模式；若太陽能電池組件輸出功率沒有余量，則執(zhí)行太陽能電池組件直接向無人機供電單元供電模式。

本發(fā)明未詳細闡述的部分屬于本領域公知技術，本領域技術人員根據(jù)已有的描述已能夠在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下進行實施，因此，不再贅述。