农用无人机的系统研究

1农用无人机优势

无人机（unmanned aerial vehicleuav）是一种机上无人驾驶的航空器，其具有动力装置和导航模块，在必定范围内靠无线电遥控设备或计算机预编程序自主操控飞翔[1]。20世纪初，无人机最早呈现在美国，并被运用在军事上，经过近百年的开展，无人机技能越来越老练，并且被广泛运用在各个领域，尤其是农业方面越来越多的呈现无人机的踪迹。农用无人机按结构能够分为固定翼无人机、多旋翼无人机和无人直升机。按动力分，分为电动、油动混合动力无人机。跟着科学技能的开展，劳作本钱的进步，无人机越来越多的被用在农药喷洒、灌溉作业、森林救活、电力寻线、水质监测等农业方面。

我国是一个农业大国，开展安全、节约、高效的精准农业是农业现代化的重要标志，也是我国农业开展的一个方针。无人机在精准农业开展中具有十分重要的运用价值，因而也成为当时我国现代化农业开展中的火急需求[2]。与固定翼、无人直升机比较，多旋翼农用无人机在喷洒农药，液体肥料等方面有更大优势。其长处首要表现在以下几点：

1.1高效安全

与纯手工比较，无人机喷洒功率提高近30倍，无人机洒药均匀每667m2只需2min，每天可喷洒20hm2，而人工每人每天仅能完结0.67hm2[3]。人工打药劳作强度大、功率低、天热还简略中毒，无人机作业使人无需与药物直接触摸，能够有用处理安全问题。

1.2雾化作用好

无人机飞翔高度低、旋翼向下的巨大旋力推进农药雾流对作物从上到下穿透、漂移少、雾化作用较好。与地上惯例大容量喷雾比较，无人机低量喷雾的药剂稀释倍数减少了40倍，也即雾滴中的药剂浓度进步了40倍[4]，药物用量大大减少了，而雾化作用大大进步了。

1.3操作简略灵敏

多旋翼的最大特点是，操作简略，易上手。多旋翼无人机的飞机结构十分对称，飞机的重心在机身的几许中心点，再加之，其有智能化飞翔体系，所以飞机在空中姿势特别平稳。多旋翼无人机因为能够笔直起降、自在悬停，可适应于各种速度及各种飞翔剖面航路的飞翔状况[5]，具有很好的灵敏性。

2喷洒体系原理介绍

喷洒体系首要包含液位丈量体系与无线电遥控体系。液位检测体系检测机载端液位高度，无线电遥控体系传输实时液位高度数据，在低液位时进行低液位报警，并对水泵开闭进行相关的操控[5]。当飞机在远处进行喷洒作业时，人的肉眼无法看到药箱中药物剩余量以及药物是否喷尽。这时能够在药箱中设置一个电容式液位丈量传感器，来实时检测液位高度。被丈量经过传感器的检测，把液位高度数据传送给处理器，处理器将机载端的液位数据经过数据发射端传送到地上端数据接纳端，数据接纳端与地上遥控体系有线衔接，地上体系经过无线电波操控履行机构的开闭，然后到达对丈量的操控。原理图如图1所示：

3喷洒体系硬件规划

3.1喷洒体系液位丈量操控

喷洒体系液选用8031处理器进行操控，液位丈量选用电容式液位传感器。电容式传感器是将被测非电量的改变转化为电容量改变的一种传感器[6]。首要包含1个丈量电路，包含以下几个模块：信号发作模块、接纳采样模块、dsp处理模块和时钟模块。丈量的原理是：电容灵敏元件的南北极浸没在被测液体，跟着液面高度的改变而改变，然后引起对应电容量的改变，最终将电容量改变转化为对应液位高度即可。

喷头是带有防滴功能的硬管和软管悉数兼容的内走水喷头，主体选用高强度尼龙，喷嘴选用铜制成，强度和耐性更好，一起可装备50目或80目高质量不锈钢过滤网，不易堵、雾粒细、雾化均匀，大大进步农药的利用率。

主体组成：该种喷头由喷头体、快接嘴、防隔阂、防滴帽、过滤网、密封垫、快拆帽、喷嘴等组成。更换或清洗喷嘴、过滤网时十分便利，只需将快拆帽拧动1/4圈即可；喷嘴还能够恣意调整喷洒视点。主体由高强度尼龙与铜组成，制造精巧，经久耐用。

雾化：因为喷嘴由铜制成，不只经久耐用不变形，并且铜喷嘴的制造工艺比传统塑料喷头能够做的愈加精密，所以使得雾化作用更好。

流量：因为快接嘴运用的管径6mm的铜制成，而传统喷头运用的管径10mm尼龙制成。这样的情况下，相同容量的水，运用相同的压力，该喷头的压力更大，流量更小。

3.2数据传输操控

飞翔数据处理选用叠加模块（iosd），与飞控体系合作运用，对飞翔数据进行叠加，也可将喷洒体系的实时数据进行叠加与传送。

数据长途传送模块包含2部分，图传发射极和图传接纳极。发射极处于机载端，传送飞翔数据及喷洒体系液位高度数据，接纳极处于地上端，两者是经过无线电波进行实时数据传送的。

无线遥控模块包含遥控发射极和遥控接纳极，经过无线电的来操控电子开关的导通与关断，进而操控水泵的通与断，最终到达操控液位的意图。

4体系软件规划

喷洒体系首要包含液位丈量体系与无线电遥控体系。液位丈量体系软件以arduino为开发环境，以c/c++为基础言语。体系软件总流程图如图3所示，第1条句子if（millis（）-fast_looptimer>29）中的millis（）函数是在程序开端运行进入体系初始化时开端中止等候，如果等候时刻超越30ms时就会履行下面悉数程序，不满足条件就会一直等候。初始化完结今后，然后体系会进入体系参数检测的子程序，对数据进行处理、读取。如果体系体系的数据读取不成功或许有误，将会从头回来，进行参数检测，直至数据读取成功停止。读取的数据一方面经过无线电长途传送，在显现器上显现液位高度，另一方面将读取的数据进行参数修改、储存在flash中，回来到“中止等候”，预备下一次液位高度的读取。其间，无线遥控体系首要是依据液位丈量体系获取的液位高度，对履行机构进行操控，即对水泵的长途操控，到达操控液位高度的意图。

5定论与展望

实际作业中标明体系喷洒作用好，功率高。中国是一个农业大国，农业机械化生产方式还未遍及，再加之劳作力的缺少，给无人机在农业方面的运用与推广带来了史无前例的时机。多轴无人机因其智能化程度高，飞翔安稳、操作简略，在喷洒农药方面，遭到人们的广泛喜欢。因为其动力的约束，运用锂电作为动力电池，所以续航时刻有限（15～20min）。希望能找到一种混合动力来代替纯电动动力，来突破续航时刻的约束。