[发明专利]一种生态监控和维护无人机

权利要求书

1.一种生态监控和维护无人机，其特征在于包括：磁悬浮支架（1）、杀虫装置（2）、摄像机（3）、红外检测装置（4）、空气进风通道（5）、培养基装置（6）、太阳能电池板（7）、载接体（8）、电控阀门、控制系统，杀虫装置（2）及培养基装置（6）设置在无人机上，杀虫装置（2）、摄像机（3）、红外检测装置（4）、培养基装置（6）均设置在载接体（8）上，杀虫装置（2）、摄像机（3）、红外检测装置（4）、培养基装置（6）、太阳能电池板（7）均与控制系统的单片机连接，电控阀门设置在机体上的杀虫装置（2）、空气进风通道（5）、培养基装置（6）处，是控制各部分的连通状态；通过设置在无人机上的摄像机（3）和红外检测装置（4）来检测地区段的害虫数据，将该害虫数据传送到控制系统，由控制系统来指引无人机的路径导航，由杀虫装置（2）来对害虫进行诱捕杀灭，并由杀虫装置（2）上的集虫器来对死亡害虫进行收集，由摄像机（3）来对死亡害虫进行计数和地区段的农作物生长情况进行拍照上传到控制系统的单片机，由单片机将采集信息通过无线通讯模块与PC数据端和手持数据接收端进行数据交流分析，空气中的花粉孢子尘粒将通过空气进风通道（5）进入到培养基装置（6）进行捕捉和短暂性的培养，进而来为农林植株培育研究和农作物生长提供一定的条件，由无人机上设置的磁悬浮支架（1）来完成无人机的安全降落；所述的杀虫装置（2）设置在无人机的载接体（8）上，杀虫装置（2）由遮光顶板（201）、汞灯（202）、电击杀虫网（203）、蚊虫尸体收集管道（204）、集虫器、电控阀门组成，该杀虫装置（2）设置为灯罩式的圆柱装置，上方的杀虫装置（2）通过蚊虫尸体收集管道（204）与下方集虫器连接，蚊虫尸体收集管道（204）和集虫器设置在载接体（8）的内部，电控阀门设置在集虫器的底部，也是整个杀虫装置（2）底部，电控阀门通过通断电实现阀门的开闭，整个杀虫装置（2）贯穿载接体（8），当下方电控阀门打开时杀虫装置（2）上下贯通，蚊虫尸体落入下方地面，蚊虫尸体收集管道（204）与上方的顶板（201）直径大小相同且均大于环形设置的电击杀虫网（203）的直径，杀虫装置（2）采用汞灯（202）来进行灯光害虫诱捕，由于昆虫的复眼对紫外线辐射非常敏感，因此专门设置了黑光灯来对害虫进行诱捕，电击杀虫网（203）的设置采用高压电击设计，当蚊虫由于汞灯（202）的诱惑进入到电击杀虫网（203）会触及到电击杀虫网（203）而被杀灭，并进入下方的蚊虫尸体收集管道（204）进而储存在蚊虫尸体收集管道（204）的下方设置的集虫器内，该集虫器设置在载接体（8）的下底面，集虫器的下方设置了电控阀门，当集虫器内储存一定量的蚊虫后，电控阀门打开，尸体将由电控阀门落到对应尸体储集地面；

为了更好的适应不同地区段无人机的降落，无人机采用四根支架（1）设计，四根支架（1）采用磁悬浮组件来设计，设计采用的物理原理是“同名磁极相互排斥”，该磁悬浮支架（1）包括两块磁极大小相同的磁铁、套筒、连接推杆，在套筒的两个端口将两块同名磁极的磁铁对立放置，连接推杆的下端面与上方磁铁连接，连接推杆的上端面与无人机的机身连接，此时两块磁铁在套筒内形成了磁悬浮组件，四根支架（1）中的磁悬浮力刚好与机身同重，此时无人机机身通过连接推杆与磁悬浮组件的上方磁铁间接接触，而与下方磁铁并无接触，无人机机身处于悬浮状态，下方磁铁与套筒相连，不会在套筒内移动，而上方磁铁与连接推杆间接相连在套筒内移动，在无人机降落时，无人机的四根支架（1）会接触到地面，四根支架（1）会因降落时的受力不平衡性而促使支架（1）的磁悬浮组件的连接推杆在套筒内发生移动，四根磁悬浮组件组成的支架（1）均能根据具体降落受力情况相互作用，若无人机产生向右的倾斜，四根支架（1）的右边两支支架（1）会产生一个缓冲力来使机身保持平衡，同理其它情况的受力不平衡性，支架（1）均能根据受力产生相应的磁力来使机身保持平衡，使无人机平稳降落地面，无人机根据摄像机（3）和红外检测装置（4）检测到的地区段的害虫数据并传送到控制系统的单片机来控制自身路径转移进而去进行害虫捕杀和空气采集，无人机的内部工作系统与一般无人机相同，其转向系统、动力系统各项飞行系统均与单片机连接，工作系统由单片机来控制；

在无人机的机身下部设置有载接体（8），该载接体（8）的尺寸小于无人机的机身，载接体（8）设置为长方体的盒装，该载接体（8）通过四根连接柱来与无人机的机身连接，在与无人机的机身连接处设置有橡胶减震胶垫，通过橡胶减震胶垫来减少机身与载接体（8）之间的振动性，此外在载接体（8）的内底部设置有橡胶减震垫片用于平衡振动，橡胶减震垫片的上面放置培养基装置（6），载接体（8）的上顶部用于载接杀虫装置（2）、摄像机（3）、红外检测装置（4），且杀虫装置（2）、摄像机（3）、红外检测装置（4）均通过连接件与载接体（8）之间实现了牢固的连接；

设置在无人机的载接体（8）上的摄像机（3）通过云台和连接装置与载接体（8）连接，且摄像机（3）放置在无人机的最前端来进行摄像拍照，摄像机（3）采用360度全方位监控，该摄像机（3）有三种作用，其一对飞到电击杀虫网（203）的昆虫进行拍照记录并上传到控制系统来分析捕杀害虫的数据情况，其二对农林地区段的动植物情况进行拍照采集，包括对整片地区段的动物的检测拍照，对植被的生长情况进行采集，摄像机（3）将这些数据传送到单片机，由单片机来完成信息数据的采集和与PC数据端的信息交流，进而更好的来对本地区段的物种研究和病虫害防治提供条件，其三与红外检测装置（4）一起对农林地区段的害虫数据进行检测，通过检测地区段的大致害虫数量并将数据传输到控制系统，由控制系统来完成无人机的路径移动；

在无人机的机身的上方设置了一块对蓄电池充电的太阳能电池板（7），太阳能电池板（7）通过将太阳能转换为电能来为该生态监控和维护无人机提供部分电能，与无人机自身所带电源一起为无人机的工作提供电能；

该生态监控和维护无人机的控制系统包括无线通讯模块、单片机、手持数据接收端、PC数据端，无线通讯模块采用的是现有技术来实现，单片机设置有通信串口，通信串口与计算机连接，该装置的摄像机（3）、红外检测装置（4）、培养基装置（6）以及电控阀门均与单片机连接，单片机将接收摄像机（3）和红外检测装置（4）检测到的地区段害虫数据，接收摄像机（3）采集的害虫捕杀数据以及农林生长图像数据，单片机通过通信串口来将接收到的信息数据传输到计算机，计算机进行数据处理之后通过通信串口传递给单片机，单片机将通过接收到的计算机的数据信息来控制无人机的路径移动，通过接收到的计算机信息来控制电控阀门的打开和关闭来控制装置的杀虫装置（2）和培养基装置（6）的工作实现；单片机接收到的信号数据将通过无线通讯模块进行数据信息交换并传输到手持数据接收端，通过通信串口与PC数据端进行数据交流，进一步促使单片机和手持数据接收端以及PC数据端之间进行数据交换，手持数据接收端与PC数据端的设置将有效提高控制系统数据处理的效率；

所述的培养基装置（6）包括：玻璃盖板（601）、风道（602）、过滤空气通道（603）、载玻片（604）、培养基（605）、培养盒（606）、出风口（607）、电控门（608），培养基装置（6）的上部设置玻璃盖板（601），玻璃盖板（601）是对培养基（605）进行一定的保护措施，在玻璃盖板（601）的下部设置了一定数量的多行多列的培养基（605），而每个培养基（605）和所放置培养基（605）的培养盒（606）均是进行过灭菌设置处理过的，培养基（605）的上部采用电控门（608）将培养基（605）和上部的载玻片（604）进行相隔，该电控门（608）由两扇门结构组成，电控门（608）上放置有载玻片（604），采用电控阀门来控制电控门（608）的打开和关闭进而控制载玻片（604）落入到下方的培养基（605）进行空气花粉孢子微尘培养；

在载接体（8）上还设置了空气进风通道（5），空气进风通道（5）与所有设置在培养盒（606）壁面的风道（602）是连通的，空气进风通道（5）用于接收空气，当红外检测装置检测到该地区段动植物情况与PC数据端的数据不符合或者发生病虫害情况时，空气进风通道（5）的电控阀门打开，此时该地区段外界的空气中的花粉孢子微小尘粒进入空气进风通道（5），进而进入到特定的培养基装置（6），在每个培养盒（606）的壁面设置有风道（602），此外，每个培养盒（606）的风道（602）均是与无人机载接体（8）上部设置的空气进风通道（5）是连通的，当无人机到达一个地区段位置进行害虫杀灭时，空气进风通道（5）打开，此时单片机控制一个培养基装置（6）的开闭风道（602）的电控阀门打开，每个培养基（605）都设置有一段独立通向空气进风通道（5）的风道（602），且每个培养基（605）的风道（602）与空气进风通道（5）用电控阀门来控制它们的连接状态，当一个培养基（605）的电控阀门打开使它的风道（602）与空气进风通道（5）接通时，其它的培养基（605）风道（602）上的电控阀门不受影响保持关闭状态使得该段风道（602）不与空气进风通道（5）接通，空气进入培养基装置（6），此时空气中的尘粒将落到表面涂有凡士林的载玻片（604）上，之后电控阀门控制电控门（608）打开，载有空气微尘的载玻片（604）落入液体培养基（605）内进行短暂性的培育，而所培养的载玻片（604）上的空气微粒在培养基（605）上只是作为一个简单的空气成分的观测研究对象，以方便于为研究该地区段的空气情况和物种提供一定的条件；

培养基装置（6）还设置有过滤空气通道（603）和出风口（607），当载玻片（604）没有落入培养基（605）内时，培养基（605）内的气压为一个稳定数值，在载玻片（604）落入液体培养基（605）进行培养时，电控门（608）关闭，整个培养基（605）与外界环境进行了隔离，此时培养基（605）内部的空气只有跟随载玻片（604）进入到培养基（605）上的空气，此时过滤空气通道（603）和出风口（607）关闭，当培养基（605）被观测人员拿出进行观测时，培养基装置（6）内部原来培养过程中的空气由出风口（607）的抽气泵进行抽出，而此时过滤空气通道（603）将向内部通入无菌空气来维持内部气压的平衡；

其控制方法包括如下步骤：

步骤1：设置在无人机的载接体上部红外检测装置通过红外热感来检测地区段内的病虫害的大致数据，此外，摄像机也将通过拍照来采集一个地区段的害虫数据，两者将检测到的害虫数据传输到控制系统，由控制系统来指引无人机的飞行系统进行路径移动；

步骤2：无人机飞到特定地区段进行固定工作，此时设置在无人机的载接体上的杀虫装置将开始工作，杀虫装置的汞灯发光，外界的害虫由于灯光的引诱，飞向了杀虫装置，在触及到杀虫装置的电击杀虫网后被击落捕杀；

步骤3：捕杀的害虫尸体将通过蚊虫尸体收集管道进入到集虫器，当集虫器的集虫数量达到一定时，由单片机控制电控阀门将尸体从下方通道运输到无人机的机体外部的特定地面；

步骤4：在无人机进行工作时，当摄像机以及红外检测装置检测到该地区段的动植物的生长情况与PC数据端不相符合时，载接体上设置的空气进风通道将通过电控阀门打开，空气会进入空气进风通道，此时单片机会控制培养盒上控制风道开闭的电控阀门打开或者关闭，空气中的微粒由空气进风通道进入到培养盒内部的载玻片上进行该地区段的空气微粒采集；

步骤5：在无人机完成了该地区段的装置工作时，载玻片将完成空气微粒采集，单片机控制关闭该培养盒的风道，此时电控门打开，培养盒内部的载玻片将落入到下方设置的液体培养基内进行该地区段的空气微粒短暂性培养；

步骤6：在整个培养过程中，为保证培养不受影响，装置的通风口和进风口关闭，在一段时间后，工作人员通过控制系统的控制使无人机降落地面，由工作人员来打开培养盒取出培养基，此时设置在培养基上的通风口将由抽气泵将内部空气抽出，再由过滤空气通道向内部通入过滤空气来保证装置的气压平衡和方便下一个培养基的设置和空气微粒培养；

步骤7：该生态监控和维护无人机在整个工作过程中，由无人机上设置的太阳能电池板以及无人机自身充电电源来提供电能，而控制系统将根据无人机上的装置工作来对该生态监控和维护无人机采集的信息进行储存实时分析处理。