無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳愛(ài)國(guó)

（泰州學(xué)院，江蘇 泰州225300）

0 引言

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，其農(nóng)藥噴灑主要由人工完成，這種方式已經(jīng)嚴(yán)重威脅到工作人員的身心健康，且對(duì)農(nóng)藥的利用率低。無(wú)人駕駛飛機(jī)UAV（Unmanned Aerial Vehicle）是近年來(lái)發(fā)展比較快、在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用的一種新技術(shù)裝備，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用多旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑作業(yè)有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如作業(yè)高度低、定點(diǎn)定向噴灑、解放人力、效率高、維修成本低等，特別是旋翼產(chǎn)生的渦流，可以使農(nóng)藥噴霧更好地附著在農(nóng)作物上，提高農(nóng)藥防治病蟲害的效率。

1 總體設(shè)計(jì)

無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便，其控制系統(tǒng)一般采用模塊化設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件的選擇較為關(guān)鍵，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮微處理器的數(shù)據(jù)處理精度和浮點(diǎn)運(yùn)算能力、傳感器型號(hào)、各類芯片級(jí)聯(lián)電平的匹配等問(wèn)題。比如微處理器采用STM32F427VIT6，集成加速度和三軸陀螺儀的MPU6000芯片，電子羅盤采用HMC5843芯片，氣壓傳感器采用MS5611芯片。在無(wú)線通訊時(shí)，直接采用PPM（Pulse Position Modulation）方式對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)的控制，為了更好地控制無(wú)人機(jī)姿態(tài)，還需采用超聲波測(cè)距模塊，用來(lái)鎖定無(wú)人機(jī)的高度。

硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，無(wú)人機(jī)運(yùn)行時(shí)，旋翼電機(jī)產(chǎn)生的電流較大，且無(wú)人機(jī)姿勢(shì)不斷變化，其控制電流隨之變化，會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，造成通訊控制信號(hào)出錯(cuò)，特別是超聲波測(cè)距模塊與控制芯片不能直接級(jí)聯(lián)，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，如圖3所示。

圖2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 電平轉(zhuǎn)換電路

圖4 隔離電路

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件程序設(shè)計(jì)，必須滿足無(wú)人機(jī)噴灑各種控制要求，主要包含三大部分：第一，需要考慮無(wú)人機(jī)與遙控器之間的通訊聯(lián)系，特別是各種姿態(tài)控制量發(fā)生變化時(shí)，無(wú)人機(jī)能及時(shí)響應(yīng)，若發(fā)生通訊異常，一般采用中斷程序來(lái)判斷，執(zhí)行中斷后，無(wú)人機(jī)能執(zhí)行既定程序并報(bào)警；第二，輸入信號(hào)捕獲，能夠完成遙控信號(hào)的確認(rèn)，并交予主程序處理；第三，主程序部分，啟動(dòng)后初始化各模塊，當(dāng)有控制信號(hào)進(jìn)來(lái)后，通過(guò)PID算法取得相應(yīng)的控制量轉(zhuǎn)換脈寬數(shù)據(jù)，通過(guò)DMA將數(shù)據(jù)輸出到寄存器。其程序流程如圖5所示。

圖5 程序流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥有一定的優(yōu)勢(shì)，在充分考慮各種控制量后，選用合適的傳感器，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的飛行和噴灑控制，有效地解放了人力，提高了農(nóng)藥噴灑的效率和農(nóng)藥利用率。

［1］黃水長(zhǎng)，栗盼，趙偉雄．農(nóng)藥噴灑多旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)研究［J］．自動(dòng)化與儀表，2015（5）：9－12．

［2］徐興，徐勝，劉永鑫，等．小型無(wú)人機(jī)機(jī)載農(nóng)藥變量噴灑系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（9）：207－210．