智能无人机喷洒农药新技术 目前，中国粮食作物生产过程中，大部分都是以手工、半机械的状态在操作，其中手动施药药械、背负式机动药械分别占国内植保机械保有量的93.07%和5.53%，拖拉机悬挂式植保机械约占0.57%，植保作业投入的劳力多、劳动强度大，施药人员中毒事件时有发生。 而农药用量越来越大，作业成本高，且浪费严重，资源有效利用率低下，作物产量和质量难以得到保障，同时带来严重的水土资源污染、生态系统失衡、农产品品质下降等问题，无法适应现代农业发展的要求。 使用智能无人机喷洒农药，效率高，可以解决农村劳动力短缺问题；农药与人分离，可以最大限度保护人身安全；不受地势限制，田间、山上均可喷洒，还可以喷洒到人够不到的果树；除了施药，还能根据需要实现施肥、播种、辅助授粉等多项作业。 智能无人机喷洒农药技术是采用喷雾喷洒方式，至少可以节约50%的农药使用量，节约90%的用水量，很大程度上降低了资源成本。智能无人机喷洒折旧率低、油量消耗小、单位作业人工成本不高、易维修。
智能无人机喷在农田里使用GPS信息采集到农作物的情况，并把航线规划好，输入到地面站的内部控制系统中，地面站对飞机下达指令，飞机就可以载着喷洒装置，自主将喷洒作业完成，完成之后自动飞回到起飞点。而在飞机喷洒作业的同时，还可通过地面站的显示界面做到实时观察喷洒作业的进展情况。 对于我国目前来说，现代农业需要现代植保，现代植保需要高效药械。随着智能无人机喷洒技术在农业方面的应用，未来将会弥补我国在农业无人飞机应用领域的空白，这也是中国农业重要无人机械和技术的一场革命，农用无人飞机技术的应用，将标志着我国农业真正走向了高科技农业时代。
设计与应用 计算机测量与控制.2009.17(7) Com puter Measurement &C ontrol 1387 中华测控网 https://www.doczj.com/doc/913108728.html, 收稿日期:2008 1216; 修回日期:200901 24。 基金项目:总装预研基金项目(9140A25040307HK0306)。作者简介:邓红德(1957),男,陕西重阳人,副教授,主要从事控制、制导与仿真方向的研究。 文章编号:1671 4598(2009)071387 03 中图分类号:T P13 文献标识码:A 一种无人机自主着陆视觉跟踪方法 邓红德1,王丽君1,金 波2 (1.西北工业大学无人机特种技术国家重点实验室,陕西西安 710065; 2.成都飞机工业公司,四川成都 610092) 摘要:视觉导航是利用图像信息进行飞机定位的,在无人机着陆过程中,为使机载传感器能始终追踪到机场跑道,提出了一种基于摄像机姿态与变焦控制的视觉跟踪方法;该方法通过调节摄像机姿态来追踪目标特征点,使目标特征点尽量位于成像平面的中心,然后根据无人机与机场跑道的距离,适时的调节焦距,以保证图像特征点完全位于图像平面内;实验结果表明,该法能很好地控制摄像机姿态角,使目标特征点位于图像中心附近,达到很好的跟踪效果;且该法操作简单,不需要增加图像处理的难度,实时响应速度快,可以满足工程需要。 关键词:特征点跟踪;变焦控制;视觉导航 UAV Autonomy Landing Visu al Tracking Algorithm Deng H o ng de 1,Wang Lijun 1,Jin Bo 2 (1.N ational L abor ator y of U AV Special T echnolo gy ,N o rthwester n P olytechnic U niv ersity ,Xi an 710065,China; 2.Cheng du A ir craft Industr y Company ,Cheng du 610092,China) Abstract:Vision n avigation uses the image in formation to evaluate the aircraft position,in the process of landing,for airborne sen sor can alw ays follow up to the airport runw ay,presen ts a vis ual tracking algorithm w hich b as ed on camera controlling.T he alg orith m by adju sting th e cam era to track th e target featu re makes the feature points as pos sible in the centre of imaging plan e,and then according to the dis tance from the airport runw ay,tim ely adjus t th e focal length to en sure the image feature poin ts in the image plane com pletely.Experimental resu lts show that the law can con trol the camera angle w ell th at made the target image feature points in the vicin ity.And that the method is simple,don't need to increas e the difficulty of image p roces sing,and the real-tim e res ponse s peed is quick,can meet the project n eed s. Key words :featu re points tracking;zoom control;visu al navigation 0 引言 计算机视觉由于其经济、无源、信息丰富等特性,已经成为无人机自主着陆中不可或缺的重要信息源,通过将视觉信息与惯性导航信息进行融合,可以得到精确的导航信息,如控制模型直升飞机完成自主着陆[1],或是固定翼模型飞机完成自主着舰任务[2]。视觉导航主要是通过对视觉传感器获得的图像进行处理,从而得到无人机导航定位的一种技术,因此,视觉传感器能否很好地追踪目标是无人机完成自主着陆一个必要环节。 1 视觉跟踪方法 基于计算机视觉的无人机自主着陆过程中对图像的处理,无外乎两种情况,一种是提取图像特征点[1];另外一种就是识别图像边缘线或是特征线。但是对大多数视觉算法来说最终还是要归结到点的运算[3],因此图像上的特征点能否始终位于图像平面内,是我们亟待解决的问题。但是只是保证特征点位于图像平面内是远远不够的,例如当特征点比较靠近图像边缘时,如果此时飞机受到小的扰动则就会很容易造成特征点的丢失,使视觉系统失效。因此视觉跟踪方法需要解决的问题就是使特征点都尽量靠近图像成像平面的中央。 1 1 条件假设 无人机在整个视觉着陆过程中,采用基于特征点的运动估计,且特征点通过图像处理算法已经正确获得。在进入着陆段时,会对机载设备进行一次对准,使其基本对准机场跑道,根据获得的特征点利用视觉算法,可以解算出无人机的位置与姿态。1 2 特征点布局 为使摄像机全程都可以跟踪到特征点,特征点的布局方案如图1所示。即在机场跑道的着陆区域以及机场终端区域布置特征点,这样不仅保证了无人机远离机场时能够很好地区分特征点,而且无人机在滑跑时,可以跟踪机场终端设置的特征点,估计其滑行航向。为了更好地完成特征点的追踪,可将特征点布置成一定的形状,突出所要跟踪的特征点,此处采用三角形的特征点布局方法。 图1 特征点布局 1 3 跟踪方法 在整个无人机着陆过程中,摄像机的安装方式采用可变安
无人机喷洒农药控制系统设计 陈爱国 （泰州学院，江苏泰州２２５３００） 摘 要：农药喷洒采用无人机技术能减少环境污染、提高喷洒效率。现对无人机的控制量进行重点设计，使无人机能够精确跟踪无线指令，满足现代农业对农药喷洒的需求。 关键词：多旋翼无人机；农药喷洒；控制系统；设计 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（ＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｉａｌＶｅｈｉｃｌｅ）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 多旋翼无人机的结构比较复杂，它需控制６个自由度，需 要利用精度高的传感器和精确的姿态数据。与无人机通讯采用无线方式，主要控制旋翼电机，控制电机的信号一般采用ＰＷＭ波形即可，输出给电子调速器。 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（ＰｕｌｓｅＰｏｓｉｔｉｏｎＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）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 为了防止旋翼电机在姿态变化时，反向电压通过电子调速 器反馈给微处理器，可能造成电压过大烧毁器件，需要加接隔离电路。同时为了有效控制电机转速，采用高频ＰＷＭ 信号控制电机转速，更需要隔离电路，如图４所示。 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，（下转第１１５页）
本技术新型提供一种结构设计新颖、工作可靠、工作效率高的基于植保无人机的药物喷洒装置，包括无人机本体，还包括与无人机本体可拆卸连接的药物喷洒系统，所述药物喷洒系统设置于无人机本体的下方。本技术新型其结构设计新颖，通过无人机与药物喷洒系统结合，提高了农作物药物喷洒的效率与喷洒质量，增大了药雾、烟雾的弥漫性与附着性，有利于烟雾浮落在植被表面从而实现高效率和高质量的完成施药过程。并且采用无人机技术实施药物的喷洒，其使用过程可远离操作者本身，减少药物和噪音对人的损害。 技术要求 1.一种基于植保无人机的药物喷洒装置，包括无人机本体，其特征在于：还包括与无人机本体可拆卸连接的药物喷洒系统，所述药物喷洒系统设置于无人机本体的下方，所述药 物喷洒系统由大颗粒喷雾机构和小颗粒喷雾机构组成。 2.如权利要求1所述的基于植保无人机的药物喷洒装置，其特征在于：所述小颗粒喷雾机构包括壳体、涡轮风机、隔温管、轴流风机、加热片、导热管和加热器；所述壳体内设 置有涡轮风机和隔温管，所述隔温管两端为开口，内部同心设置有导热管，所述导热管 外部套设有加热器，内部设置有轴流风机和加热片。 3.如权利要求1所述的基于植保无人机的药物喷洒装置，其特征在于：所述大颗粒喷雾机构包括环形喷管，所述环形喷管同心设置于隔温管的端部，且与壳体连接。
4.如权利要求2或3所述的基于植保无人机的药物喷洒装置，其特征在于：还包括用于盛装药液的药箱、与该药箱连通的两个药管，两个药管并联连通，且其中一个药管的出口端设置有药液送给喷头，所述药液送给喷头位于导热管的中部，另一个药管的输出端与环形喷管连接。 5.如权利要求2所述的基于植保无人机的药物喷洒装置，其特征在于：在所述导热管上设有一个用于监测温度的温度传感器。 6.如权利要求4所述的基于植保无人机的药物喷洒装置，其特征在于：在两个所述药管上设置有电磁阀，并在药管上还设置有流量计。 技术说明书 一种基于植保无人机的药物喷洒装置 技术领域 本技术新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种基于植保无人机的药物喷洒装置。 背景技术 近年来，我国无人机行业发展迅速，特别是民用无人机的应用，更是远超他国。其中植保无人机早已悄然进入我国农林业，并默默地改变着我们的传统生产方式。 植保无人机，是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机由飞行平台(固定翼、单旋翼、多旋翼)、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等。如今，植保无人机在药剂喷洒时又出现了新的问题，在对叶片较大且厚，植株较高，密度较大的农作物进行施药时，由于喷洒系统喷洒的药雾穿透能力较低，农作物叶面、躯干药剂附着不充分，造成病虫害防治成效较低，且引发后期二次防治频率高。 技术内容