無人機噴灑農藥控制系統設計

陳愛國

（泰州學院，江蘇 泰州225300）

0 引言

我國是農業大國，其農藥噴灑主要由人工完成，這種方式已經嚴重威脅到工作人員的身心健康，且對農藥的利用率低。無人駕駛飛機UAV（Unmanned Aerial Vehicle）是近年來發展比較快、在很多領域都有應用的一種新技術裝備，在農業生產中使用多旋翼無人機技術進行農藥噴灑作業有獨特的優點，比如作業高度低、定點定向噴灑、解放人力、效率高、維修成本低等，特別是旋翼產生的渦流，可以使農藥噴霧更好地附著在農作物上，提高農藥防治病蟲害的效率。

1 總體設計

無人機結構簡單、維修方便，其控制系統一般采用模塊化設計，總體結構如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

2 硬件設計

硬件的選擇較為關鍵，在系統設計時需充分考慮微處理器的數據處理精度和浮點運算能力、傳感器型號、各類芯片級聯電平的匹配等問題。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）方式對控制系統進行信號的控制，為了更好地控制無人機姿態，還需采用超聲波測距模塊，用來鎖定無人機的高度。

硬件系統結構設計如圖2所示，無人機運行時，旋翼電機產生的電流較大，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，需要進行電平轉換，如圖3所示。

圖2 硬件系統結構圖

圖3 電平轉換電路

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系，特別是各種姿態控制量發生變化時，無人機能及時響應，若發生通訊異常，一般采用中斷程序來判斷，執行中斷后，無人機能執行既定程序并報警；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換脈寬數據，通過DMA將數據輸出到寄存器。其程序流程如圖5所示。

圖5 程序流程圖

4 結語

無人機噴灑農藥有一定的優勢，在充分考慮各種控制量后，選用合適的傳感器，實現無人機的飛行和噴灑控制，有效地解放了人力，提高了農藥噴灑的效率和農藥利用率。

［1］黃水長，栗盼，趙偉雄．農藥噴灑多旋翼無人機控制系統研究［J］．自動化與儀表，2015（5）：9－12．

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