[发明专利]一种基于PLC与工业相机的无人机视觉引导系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于PLC与工业相机的无人机视觉引导系统及方法，将无人机与视觉技术相结合，并参考精准农业的相关要求，可代替人力提供农作物日常养护与保障服务。以无人机为飞行基础，通过支架将工业相机、PLC和POE交换机安装于无人机上，通过外接电源为设备供电，视觉部分的识别算法通过工业相机自带软件完成，工业相机输出的像素坐标数据反馈给PLC，PLC对工业相机传入的数据进行判断、处理，生成决策指令后通过电磁阀和单片机传输至妙算计算机，通过无人机的飞控单元控制无人机做出相应的机动，实现了真正意义上的无人机的纯视觉引导。并且，工业相机和PLC凭借各自的优势能够符合精准农业的严苛要求。

技术领域

本发明涉及可编程逻辑控制器及视觉导航技术领域，尤其涉及一种基于PLC与工业相机的无人机视觉引导系统及方法。

背景技术

精准农业是经济发达国家在20世纪80年代末期继LISA(低投入可持续农业)后，为适应信息化社会发展要求对农业发展提出的一个新的课题。精准农业又称精细农业、精确农业、精准农作，是基于信息和知识管理的现代农业生产系统。精准农业采用3S即GPS(Global Positioning System)、GIS(Geographic Information System)和RS(RemoteSensing)高新技术与现代农业技术相结合，对农资、农作实施精确定时、定位、定量控制的现代化农业生产技术，可最大限度地提高农业生产力，是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径。

目前，无人机在精准农业中已经得到广泛应用，例如，在超低空领域进行喷洒、施肥、灌溉等作业。该类应用一部分依靠手动飞行，这对于飞手的操作技术要求严格，且工作效率不高；另一部分则依靠差分GPS进行轨迹跟随作业，差分GPS是利用地面站与无人机GPS信号做差分，可以保证无人机飞行时的定位精度，可靠性较高，然而，仅仅使用差分GPS会使无人机的飞行丧失自我决策性，单纯地按照预先设定好的固定航路点飞行，不能够满足复杂多变的实际应用场景。

在如今的无人机应用领域，更多需要的是无人机本身发现问题、解决问题的能力，而非机械地完成固定的任务，然而，目前在无人机的纯视觉导航领域尚无有效的解决方法。以早期的大疆无人机为例，采用光流和超声波进行姿态控制和无人机自主避障，并无精确的视觉引导功能，机身定位完全依靠GPS。新推出的大疆无人机，虽然增加了指点飞行功能，该功能利用GPS和一定的视觉技术，允许无人机在一定高度围绕定点进行环绕拍摄，用户需要提前设定环绕速度、环绕半径等参数，但这并非真正意义上的纯视觉引导。

并且，实际应用的农业场景的条件较为严苛，设备在工作期间会遭遇复杂环境因素的冲击，这对于设备的抗尘、抗电磁、防水、耐高温、耐久性等性能要求严格，目前尚未出现能够应用于精准农业领域的无人机视觉引导技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于PLC与工业相机的无人机视觉引导系统及方法，用以提供一种能够应用于精准农业领域的无人机视觉引导技术。

因此，本发明提供了一种基于PLC与工业相机的无人机视觉引导系统，包括：POE交换机、工业相机、PLC、电磁阀、单片机、外接电源以及支架；其中，

所述POE交换机分别与所述工业相机和所述PLC连接，用于实现所述工业相机与所述PLC之间的数据传输；

所述工业相机，用于实时采集图像信息，并根据预先标定的拟识别的特征，将实时采集的图像信息中各所述特征的几何中心的像素坐标实时传输给所述PLC；

所述PLC通过所述电磁阀与所述单片机连接，用于根据接收的各所述特征的几何中心的像素坐标，进行计算与决算，并将决策指令传输给所述电磁阀；

所述电磁阀，用于对接收的决策指令进行降压处理后传输给所述单片机；

所述单片机与无人机的妙算计算机连接，用于将接收的决策指令传输给所述妙算计算机；其中，所述妙算计算机通过飞控单元控制无人机执行所述决策指令；