陳愛國

（泰州學院，江蘇 泰州225300）

0 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，其農(nóng)藥噴灑主要由人工完成，這種方式已經(jīng)嚴重威脅到工作人員的身心健康，且對農(nóng)藥的利用率低。無人駕駛飛機UAV（Unmanned Aerial Vehicle）是近年來發(fā)展比較快、在很多領域都有應用的一種新技術裝備，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用多旋翼無人機技術進行農(nóng)藥噴灑作業(yè)有獨特的優(yōu)點，比如作業(yè)高度低、定點定向噴灑、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 總體設計

無人機結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，其控制系統(tǒng)一般采用模塊化設計，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2 硬件設計

硬件的選擇較為關鍵，在系統(tǒng)設計時需充分考慮微處理器的數(shù)據(jù)處理精度和浮點運算能力、傳感器型號、各類芯片級聯(lián)電平的匹配等問題。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。在無線通訊時，直接采用PPM（Pulse Position Modulation）方式對控制系統(tǒng)進行信號的控制，為了更好地控制無人機姿態(tài)，還需采用超聲波測距模塊，用來鎖定無人機的高度。

硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計如圖2所示，無人機運行時，旋翼電機產(chǎn)生的電流較大，且無人機姿勢不斷變化，其控制電流隨之變化，會產(chǎn)生電磁干擾，造成通訊控制信號出錯，特別是超聲波測距模塊與控制芯片不能直接級聯(lián)，需要進行電平轉(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 軟件設計

軟件程序設計，必須滿足無人機噴灑各種控制要求，主要包含三大部分：第一，需要考慮無人機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，無人機能及時響應，若發(fā)生通訊異常，一般采用中斷程序來判斷，執(zhí)行中斷后，無人機能執(zhí)行既定程序并報警；第二，輸入信號捕獲，能夠完成遙控信號的確認，并交予主程序處理；第三，主程序部分，啟動后初始化各模塊，當有控制信號進來后，通過PID算法取得相應的控制量轉(zhuǎn)換脈寬數(shù)據(jù)，通過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

無人機噴灑農(nóng)藥有一定的優(yōu)勢，在充分考慮各種控制量后，選用合適的傳感器，實現(xiàn)無人機的飛行和噴灑控制，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，栗盼，趙偉雄．農(nóng)藥噴灑多旋翼無人機控制系統(tǒng)研究［J］．自動化與儀表，2015（5）：9－12．

［2］徐興，徐勝，劉永鑫，等．小型無人機機載農(nóng)藥變量噴灑系統(tǒng)設計［J］．廣東農(nóng)業(yè)科學，2014（9）：207－210．