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      農用無人機的系統研究

      2017-11-01 11:02:36 ZhiFeiUAV 380

      1農用無人機優勢

      無人機(unmanned aerial vehicleuav)是一種機上無人駕駛的航空器,其具有動力裝置和導航模塊,在必定范圍內靠無線電遙控設備或計算機預編程序自主操控飛翔[1]。20世紀初,無人機最早呈現在美國,并被運用在軍事上,經過近百年的開展,無人機技能越來越老練,并且被廣泛運用在各個領域,尤其是農業方面越來越多的呈現無人機的蹤跡。農用無人機按結構能夠分為固定翼無人機、多旋翼無人機和無人直升機。按動力分,分為電動、油動混合動力無人機。跟著科學技能的開展,勞作本錢的進步,無人機越來越多的被用在農藥噴灑、灌溉作業、森林救活、電力尋線、水質監測等農業方面。

       

      我國是一個農業大國,開展安全、節約、高效的精準農業是農業現代化的重要標志,也是我國農業開展的一個方針。無人機在精準農業開展中具有十分重要的運用價值,因而也成為當時我國現代化農業開展中的火急需求[2]。與固定翼、無人直升機比較,多旋翼農用無人機在噴灑農藥,液體肥料等方面有更大優勢。其長處首要表現在以下幾點:

       

      1.1高效安全

      與純手工比較,無人機噴灑功率提高近30倍,無人機灑藥均勻每667m2只需2min,每天可噴灑20hm2,而人工每人每天僅能完結0.67hm2[3]。人工打藥勞作強度大、功率低、天熱還簡略中毒,無人機作業使人無需與藥物直接觸摸,能夠有用處理安全問題。

       

      1.2霧化作用好

      無人機飛翔高度低、旋翼向下的巨大旋力推進農藥霧流對作物從上到下穿透、漂移少、霧化作用較好。與地上慣例大容量噴霧比較,無人機低量噴霧的藥劑稀釋倍數減少了40倍,也即霧滴中的藥劑濃度進步了40[4],藥物用量大大減少了,而霧化作用大大進步了。

       

      1.3操作簡略靈敏

      多旋翼的最大特點是,操作簡略,易上手。多旋翼無人機的飛機結構十分對稱,飛機的重心在機身的幾許中心點,再加之,其有智能化飛翔體系,所以飛機在空中姿勢特別平穩。多旋翼無人機因為能夠筆直起降、自在懸停,可適應于各種速度及各種飛翔剖面航路的飛翔狀況[5],具有很好的靈敏性。

       

      2噴灑體系原理介紹

      噴灑體系首要包含液位丈量體系與無線電遙控體系。液位檢測體系檢測機載端液位高度,無線電遙控體系傳輸實時液位高度數據,在低液位時進行低液位報警,并對水泵開閉進行相關的操控[5]。當飛機在遠處進行噴灑作業時,人的肉眼無法看到藥箱中藥物剩余量以及藥物是否噴盡。這時能夠在藥箱中設置一個電容式液位丈量傳感器,來實時檢測液位高度。被丈量經過傳感器的檢測,把液位高度數據傳送給處理器,處理器將機載端的液位數據經過數據發射端傳送到地上端數據接納端,數據接納端與地上遙控體系有線銜接,地上體系經過無線電波操控履行機構的開閉,然后到達對丈量的操控。原理圖如圖1所示:

      3噴灑體系硬件規劃

       

      3.1噴灑體系液位丈量操控

      噴灑體系液選用8031處理器進行操控,液位丈量選用電容式液位傳感器。電容式傳感器是將被測非電量的改變轉化為電容量改變的一種傳感器[6]。首要包含1個丈量電路,包含以下幾個模塊:信號發作模塊、接納采樣模塊、dsp處理模塊和時鐘模塊。丈量的原理是:電容靈敏元件的南北極浸沒在被測液體,跟著液面高度的改變而改變,然后引起對應電容量的改變,最終將電容量改變轉化為對應液位高度即可。

       

      噴頭是帶有防滴功能的硬管和軟管悉數兼容的內走水噴頭,主體選用高強度尼龍,噴嘴選用銅制成,強度和耐性更好,一起可裝備50目或80目高質量不銹鋼過濾網,不易堵、霧粒細、霧化均勻,大大進步農藥的利用率。

       

      主體組成:該種噴頭由噴頭體、快接嘴、防隔閡、防滴帽、過濾網、密封墊、快拆帽、噴嘴等組成。更換或清洗噴嘴、過濾網時十分便利,只需將快拆帽擰動1/4圈即可;噴嘴還能夠恣意調整噴灑視點。主體由高強度尼龍與銅組成,制造精巧,經久耐用。

      霧化:因為噴嘴由銅制成,不只經久耐用不變形,并且銅噴嘴的制造工藝比傳統塑料噴頭能夠做的愈加精密,所以使得霧化作用更好。

       

      流量:因為快接嘴運用的管徑6mm的銅制成,而傳統噴頭運用的管徑10mm尼龍制成。這樣的情況下,相同容量的水,運用相同的壓力,該噴頭的壓力更大,流量更小。

       

      3.2數據傳輸操控

      飛翔數據處理選用疊加模塊(iosd),與飛控體系合作運用,對飛翔數據進行疊加,也可將噴灑體系的實時數據進行疊加與傳送。

       

      數據長途傳送模塊包含2部分,圖傳發射極和圖傳接納極。發射極處于機載端,傳送飛翔數據及噴灑體系液位高度數據,接納極處于地上端,兩者是經過無線電波進行實時數據傳送的。

      無線遙控模塊包含遙控發射極和遙控接納極,經過無線電的來操控電子開關的導通與關斷,進而操控水泵的通與斷,最終到達操控液位的意圖。

       

      4體系軟件規劃

      噴灑體系首要包含液位丈量體系與無線電遙控體系。液位丈量體系軟件以arduino為開發環境,以c/c++為基礎言語。體系軟件總流程圖如圖3所示,第1條句子ifmillis()-fast_looptimer>29)中的millis()函數是在程序開端運行進入體系初始化時開端中止等候,如果等候時刻超越30ms時就會履行下面悉數程序,不滿足條件就會一直等候。初始化完結今后,然后體系會進入體系參數檢測的子程序,對數據進行處理、讀取。如果體系體系的數據讀取不成功或許有誤,將會從頭回來,進行參數檢測,直至數據讀取成功停止。讀取的數據一方面經過無線電長途傳送,在顯現器上顯現液位高度,另一方面將讀取的數據進行參數修改、儲存在flash中,回來到“中止等候”,預備下一次液位高度的讀取。其間,無線遙控體系首要是依據液位丈量體系獲取的液位高度,對履行機構進行操控,即對水泵的長途操控,到達操控液位高度的意圖。

       

      5定論與展望

      實際作業中標明體系噴灑作用好,功率高。中國是一個農業大國,農業機械化生產方式還未遍及,再加之勞作力的缺少,給無人機在農業方面的運用與推廣帶來了史無前例的時機。多軸無人機因其智能化程度高,飛翔安穩、操作簡略,在噴灑農藥方面,遭到人們的廣泛喜歡。因為其動力的約束,運用鋰電作為動力電池,所以續航時刻有限(1520min)。希望能找到一種混合動力來代替純電動動力,來突破續航時刻的約束。


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