陈爱国

（泰州学院，江苏 泰州225300）

0 引言

我国是农业大国，其农药喷洒主要由人工完成，这种方式已经严重威胁到工作人员的身心健康，且对农药的利用率低。无人驾驶飞机UAV（Unmanned Aerial Vehicle）是近年来发展比较快、在很多领域都有应用的一种新技术装备，在农业生产中使用多旋翼无人机技术进行农药喷洒作业有独特的优点，比如作业高度低、定点定向喷洒、解放人力、效率高、维修成本低等，特别是旋翼产生的涡流，可以使农药喷雾更好地附着在农作物上，提高农药防治病虫害的效率。

1 总体设计

无人机结构简单、维修方便，其控制系统一般采用模块化设计，总体结构如图1所示。

图1 系统组成框图

2 硬件设计

硬件的选择较为关键，在系统设计时需充分考虑微处理器的数据处理精度和浮点运算能力、传感器型号、各类芯片级联电平的匹配等问题。比如微处理器采用STM32F427VIT6，集成加速度和三轴陀螺仪的MPU6000芯片，电子罗盘采用HMC5843芯片，气压传感器采用MS5611芯片。在无线通讯时，直接采用PPM（Pulse Position Modulation）方式对控制系统进行信号的控制，为了更好地控制无人机姿态，还需采用超声波测距模块，用来锁定无人机的高度。

硬件系统结构设计如图2所示，无人机运行时，旋翼电机产生的电流较大，且无人机姿势不断变化，其控制电流随之变化，会产生电磁干扰，造成通讯控制信号出错，特别是超声波测距模块与控制芯片不能直接级联，需要进行电平转换，如图3所示。

图2 硬件系统结构图

图3 电平转换电路

图4 隔离电路

3 软件设计

软件程序设计，必须满足无人机喷洒各种控制要求，主要包含三大部分：第一，需要考虑无人机与遥控器之间的通讯联系，特别是各种姿态控制量发生变化时，无人机能及时响应，若发生通讯异常，一般采用中断程序来判断，执行中断后，无人机能执行既定程序并报警；第二，输入信号捕获，能够完成遥控信号的确认，并交予主程序处理；第三，主程序部分，启动后初始化各模块，当有控制信号进来后，通过PID算法取得相应的控制量转换脉宽数据，通过DMA将数据输出到寄存器。其程序流程如图5所示。

图5 程序流程图

4 结语

无人机喷洒农药有一定的优势，在充分考虑各种控制量后，选用合适的传感器，实现无人机的飞行和喷洒控制，有效地解放了人力，提高了农药喷洒的效率和农药利用率。

［1］黄水长，栗盼，赵伟雄．农药喷洒多旋翼无人机控制系统研究［J］．自动化与仪表，2015（5）：9－12．

［2］徐兴，徐胜，刘永鑫，等．小型无人机机载农药变量喷洒系统设计［J］．广东农业科学，2014（9）：207－210．