帶農(nóng)作物識(shí)別功能的無人機(jī)農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)的研究

劉金浩 王春燕 王宇航 華彤天

摘要 目前“空中防治”技術(shù)初步發(fā)展，尚未成熟，農(nóng)藥噴灑無人機(jī)誤噴事件多發(fā)。在免費(fèi)開源的飛控Pixhawk基礎(chǔ)上增加農(nóng)藥噴灑功能，節(jié)約成本。另外，通過采集無人機(jī)下方的顏色信息，識(shí)別出農(nóng)作物，讓無人機(jī)只在指定區(qū)域噴灑農(nóng)藥，有效避免誤噴。本文開展了帶農(nóng)作物識(shí)別功能的無人機(jī)農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)的研究，主要包括項(xiàng)目研究的方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案等。

關(guān)鍵詞 無人機(jī);藥噴灑;顏色識(shí)別;A/D轉(zhuǎn)換電路

中圖分類號(hào)：V279;TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095–3305（2020）07–0–02

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.078

Research on UAV Pesticide Spraying System with Crop Designation Function

LIU Jin-hao et al （Nanjing Railway Vocational and Technical College， Nanjin， Jiangsu 210031）

Abstract At present， the "airborne prevention and control" technology has been initially developed and is not yet mature， and accidents of pesticide spraying drones frequently occur. On the basis of the free and open source flight control Pixhawk， the pesticide spraying function is added to save costs. In addition， by collecting color information under the drone， crops can be identified， so that the drone can only spray pesticides in designated areas， effectively avoiding accidental spraying. This paper has carried out research on the drone pesticide spraying system with crop identification function， which mainly includes the method of project research and system design scheme.

Key words UAV; medicine spraying; color setting; A/D conversion circuit

近年來，旋翼型無人機(jī)開始受到越來越多的重視，其機(jī)械架構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，電機(jī)轉(zhuǎn)速是唯一的控制要點(diǎn)，起飛降落功能具有自主性和便捷性，同時(shí)具有顯著的智能化，飛行姿勢(shì)相對(duì)較多。旋翼型無人機(jī)在民用生活領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，特別是在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，如農(nóng)藥噴灑、牧場(chǎng)監(jiān)視等。

我國(guó)人口眾多、地域廣闊，農(nóng)業(yè)在我國(guó)有著重要的地位。蟲害有著較大的遷徙性和流動(dòng)性，害蟲的防治較為復(fù)雜。目前，農(nóng)村人口逐年減少，專業(yè)農(nóng)藥噴灑人員缺乏，由于缺乏農(nóng)藥噴灑方面的相關(guān)知識(shí)，造成農(nóng)藥噴灑效果不理想，而且農(nóng)民在農(nóng)藥噴灑后如不及時(shí)清洗，會(huì)對(duì)身體造成危害，存在安全隱患。目前，我國(guó)無人機(jī)農(nóng)藥噴灑逐步代替了人工噴灑，特別是在山區(qū)丘陵和一些不規(guī)則農(nóng)作物生產(chǎn)地，利用小型無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑是最佳選擇，節(jié)省大量人力和農(nóng)藥。

目前，農(nóng)藥噴灑無人機(jī)的價(jià)格都非常昂貴，一臺(tái)10 kg的農(nóng)藥噴灑無人機(jī)價(jià)格一般在10～18萬元，讓農(nóng)民、合作社都無法承受。如此昂貴的農(nóng)藥噴灑無人機(jī)也還存在很多不足之處：（1）在新聞報(bào)道中曾經(jīng)披露過，無人機(jī)在農(nóng)藥噴灑過程中，因?yàn)榘艳r(nóng)藥噴到河水里，導(dǎo)致河中生物全部被毒死;（2）農(nóng)藥漂移可能導(dǎo)致部分區(qū)域不能噴到，如本來要噴在玉米田的農(nóng)藥卻噴到了大豆地里。

1 帶農(nóng)作物識(shí)別功能的無人機(jī)農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)研究的開展

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員首先要熟悉Pixhawk飛控的工作原理，掌握Pixhawk飛控的控制方法，掌握單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過創(chuàng)新項(xiàng)目研制出“帶農(nóng)作物識(shí)別功能的無人機(jī)農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)”。熟悉顏色識(shí)別技術(shù)，掌握CS1W顏色感應(yīng)光電傳感器的應(yīng)用，將顏色識(shí)別技術(shù)與無人機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息統(tǒng)一，控制的統(tǒng)一。熟悉電動(dòng)噴霧器系統(tǒng)，設(shè)計(jì)制作電動(dòng)噴霧器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以高壓的形式噴灑農(nóng)藥。

此外，大學(xué)生通過創(chuàng)新項(xiàng)目可以鍛煉自身基于專業(yè)基礎(chǔ)之上研究開發(fā)新的產(chǎn)品，并主動(dòng)學(xué)習(xí)新的知識(shí)，這有效發(fā)揮了大學(xué)生創(chuàng)新能力，為實(shí)現(xiàn)自我社會(huì)價(jià)值做出努力。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容主要是：（1）Pixhawk飛控的工作原理、控制方法、靈敏度的調(diào)制;（2）熟悉顏色識(shí)別技術(shù)，掌握CS1W顏色感應(yīng)光電傳感器的應(yīng)用;（3）熟悉電動(dòng)噴霧器系統(tǒng)，設(shè)計(jì)制作電動(dòng)噴霧器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以高壓的形式噴灑農(nóng)藥;（4）將顏色識(shí)別技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)和電動(dòng)噴霧器系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制;（5）單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)方法和單片機(jī)系統(tǒng)軟件的編程方法;（6）A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的工作原理，掌握A/D轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計(jì)方法及與8051單片機(jī)連接的接口電路設(shè)計(jì)方法;（7）“帶農(nóng)作物識(shí)別功能的無人機(jī)農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)”的PCB電路的設(shè)計(jì)制作、元器件選擇購(gòu)置、傳感器安裝設(shè)計(jì)等[1-2]。

2 帶農(nóng)作物識(shí)別功能的無人機(jī)農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)的功能

項(xiàng)目組開展了“帶農(nóng)作物識(shí)別功能的無人機(jī)農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)的研制”，為了節(jié)約成本、降低價(jià)格，在免費(fèi)開源的飛行控制系統(tǒng)Pixhawk基礎(chǔ)上，增加農(nóng)藥噴灑功能，進(jìn)而控制農(nóng)藥開關(guān)、控制流速。另外，增加顏色識(shí)別功能，根據(jù)無人機(jī)經(jīng)過下方的顏色信息，判斷出下方是綠色的玉米田、黃色的大豆田還是清清的小河等，讓無人機(jī)在指定的區(qū)域噴灑農(nóng)藥，避免誤噴。