引言就農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，由于疾病和蟲害的發(fā)生，作物的產(chǎn)量往往大幅下降或根本沒有收成。因此，有效的植物保護至關(guān)重要，這對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、促進精細農(nóng)業(yè)和有機農(nóng)業(yè)的發(fā)展有很大幫助。2018年1月15日，農(nóng)業(yè)部網(wǎng)站發(fā)布了七項具體資金管理辦法，包括《蟲害和嚙齒動物疫情監(jiān)測和控制資金管理辦法》。《管理辦法》指出，防治手段特別是主要病蟲害植物的監(jiān)測，防治主要病蟲害植物的主要技術(shù)手段的整合，應(yīng)監(jiān)測主要熱帶植物病害和昆蟲，并噴藥殺蟲劑。由此可見，快速有效地監(jiān)測和噴藥植物病蟲害是非常重要的。農(nóng)業(yè)噴藥設(shè)備已被引入中國市場的大部分。目前，國內(nèi)許多公司正致力于生產(chǎn)和研發(fā)中大型農(nóng)業(yè)噴藥設(shè)備。邯鄲農(nóng)機廠生產(chǎn)的噴藥器可根據(jù)棉株形狀調(diào)整工作范圍，根據(jù)系統(tǒng)尺寸調(diào)整噴嘴高度。國外先進的大型噴藥機也不斷進入中國市場，但在一定程度上破壞了土地，與航空噴藥相比，效率較低。例如，荷蘭農(nóng)業(yè)飛機的噴藥效率比人造飛機高一百倍，比陸地行走式農(nóng)用機械高幾十倍。無人機的需求特征也因使用情況而異。多旋翼無人機的出現(xiàn)等于直升機捕獲量。多旋翼無人機是一種通過旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生氣動力的無人機。飛行無人機可實現(xiàn)垂直起降和空中懸停。它具有良好的機動性，適用于各種復(fù)雜環(huán)境。多旋翼無人機主要是四旋翼飛機和八旋翼飛機，通過改變每個旋翼的驅(qū)動來實現(xiàn)不同的設(shè)置。與直升機相比，多旋翼無人機具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、抗風能力強、可低速飛行等優(yōu)點。它的穩(wěn)定性和安全性優(yōu)勢是其他無人機無法比擬的。多旋翼無人機在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的適應(yīng)性增強使其更受歡迎。我國農(nóng)藥有效使用水平遠低于發(fā)達國家平均水平的主要原因是我國農(nóng)業(yè)無人機裝備不斷下降，農(nóng)業(yè)無人機仍處于大容量、大霧滴技術(shù)水平。國外發(fā)達國家對農(nóng)業(yè)無人機的研究起步較早，美國、法國、德國、意大利、丹麥、日本等發(fā)達國家已經(jīng)開發(fā)出更先進的農(nóng)業(yè)無人機，特別是引進了可變噴射技術(shù)，這對提高農(nóng)藥的有效使用、節(jié)約資源、降低成本、減少環(huán)境污染起到了重要作用。變量噴藥是一種根據(jù)土壤濕度，結(jié)合當前機具速度和耕地位置，自動調(diào)整農(nóng)藥投入率的技術(shù)。是精準農(nóng)業(yè)的重要研究內(nèi)容。據(jù)估計，使用精確農(nóng)業(yè)技術(shù)可以節(jié)省30%以上的農(nóng)藥使用，并將作物生產(chǎn)成本至少降低20%。因此，結(jié)合時代背景，旨在減少農(nóng)藥使用并實現(xiàn)準確預(yù)防和控制的可變噴藥系統(tǒng)產(chǎn)品將通過機電-液壓集成等科技手段使用，研究計算機科學和控制科學，將改變我國現(xiàn)有農(nóng)業(yè)VAV重機械化、輕智能化的現(xiàn)狀，提高農(nóng)業(yè)VAV的運行效率和農(nóng)藥利用率，具有十分重要的意義，減少農(nóng)藥對環(huán)境的污染，推動我國農(nóng)業(yè)無人機產(chǎn)業(yè)達到全球水平，提高我國農(nóng)業(yè)無人機的競爭力，加快國產(chǎn)品牌自主創(chuàng)新步伐都有著非常重要的意義。2動力系統(tǒng)設(shè)計動力系統(tǒng)在無人機工作負載過程中起著至關(guān)重要的作用，可用作為無人機性能的衡量標準。電力系統(tǒng)的過功率會減少無人機單架次噴藥作業(yè)的面積，增加無人機返回供應(yīng)點的數(shù)量，從而增加無人機不噴藥作業(yè)的時間和能源浪費。當動力系統(tǒng)不足以支持無人機在微風中飛行或噴藥任務(wù)時，無人機將無法完成噴藥任務(wù)，甚至有墜毀的危險。因此，電力系統(tǒng)設(shè)計是重型噴藥任務(wù)設(shè)計的重要組成部分。2.1電機選型的設(shè)計無人機的牽引設(shè)計用于最大負載，因為無人機的最大允許起飛負載是電力系統(tǒng)設(shè)計的核心。讓無人機的空載重量（包括電池）為Mk，農(nóng)藥重量為My，無人機的滿載重量為Mmax。每臺電機的平均拉力為F，電機數(shù)為N，無人機在微風條件下穩(wěn)定噴濺。單個電機的拉力是Fm的最小值。兩者的關(guān)系如下：（2-1）（2-2）（2-3）單個無人機提供的升力Fm設(shè)計如下：無人機的重量為Mk=12kg，載藥量My=l0kg，裝載藥劑重量為My=l0kg,電機數(shù)量N=6,為安全因子，一般取安全值的30%，根據(jù)公式(2-1)、(2-2)、(2-3)所示，可以計算出無人機裝滿藥劑進行噴藥任務(wù)的過程中，單個電機受到的最小拉力為4.77kg；當無人機空載時，單個電機最下拉力為2.6kg。從上面的分析可以看出，無人機要達到lOkg的負載農(nóng)藥的穩(wěn)定噴藥，單個電機受到的最小拉力為4.77kg。如表2-1所示，噴藥過程中受到的的拉力是螺旋槳引擎決定的，通過資料研究可知，電機的kv值越小，電機的效率越高，每增加發(fā)動機1V，發(fā)動機在單位時間內(nèi)增加170轉(zhuǎn)的速度；在速度，扭矩增加和螺旋槳增加相同的條件下，扭力也就增大。因此，無人機使用具有較低kv電機值的Q6LKV170電機。通過表2-1，選擇大型2255螺旋槳以獲得最佳性能。如表2-2所示，Q6LKV170和22555螺旋槳可提供7.862kg的最大抗拉強度，符合設(shè)計標準。無人機最大電機電流為35A，電子調(diào)節(jié)器的電子電流必須大于35A。出于安全考慮，最大電機電流的30%通常用作危險值。因此，電子調(diào)節(jié)器的最大電流必須大于45.5A。XRotor80A是目前無人機電子調(diào)節(jié)器的設(shè)計要求。表2-1Q6LKV170電機參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)電機重量346g轉(zhuǎn)子直徑68.8mm電機KV值170(r/min)/V空載電流0.9A最大電流35A最大功率1660W最大電池節(jié)數(shù)6S-12S推薦螺旋槳規(guī)格2055,2255表2-2Q6LKV170電機與2255螺旋槳性能參數(shù)電流（A）拉力（g）功率（W）力效（g/w）418781929.781829643847.7191239385766.8371648217686.2772055319605.76128710513445.28633782615844.9412.2電池的設(shè)計無人機的電池壽命一直限制了無人機的發(fā)展。如果電池容量過高，經(jīng)濟效率的損失伴隨著高質(zhì)量電池的能量損失。如果容量小，則由于噴射時間短，無人駕駛無人機無法完成噴射操作。因此，電池設(shè)計應(yīng)成為重點。將電池的放電電流設(shè)置為Im（mA），單個無人機電流為In（mA），電池容量CI（mAh）和噴藥持續(xù)時間H（h）。由于電池必須與分線板（2-4）并聯(lián)，因此可以獲得具有安全系數(shù)（通常為1.4）。由容量計算得到公式（2-5）。（2-4）（2-5）從公式（2-1）、（2-2）和（2-3）可以看出，當無人機空載時，發(fā)動機的拉力為2.6kg。從表3-2可以看出，一個電動機的電流為8A。無負載的噴藥時間為0.31h，根據(jù)等式（2-4）和（2-5）計算出CI為20832mA.h。類似地，等式（2-1）、（2-2）和（2-3）表明當無人機滿載時發(fā)動機的推力為4.77kg。在表3-2中，一個電機的電流為16A。滿載時的預(yù)期噴藥時間為0.16h。根據(jù)式（2-4）和（2-5）中計算出CI為21504mA.h。兩種類型的22000mA.h容量的格氏電池串聯(lián)連接，以便在計算后為無人機提供動力。串聯(lián)后，電壓為50V，容量為22000mA.h，大于無人機滿載和空載時所需的電池容量。電池的放電率為25C，連續(xù)放電電流為550A，最大電動機電流為240A[3]。這符合無人機電流和電池設(shè)計標準要求。3機械結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1無人機機體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖3-1顯示了無人機主軸結(jié)構(gòu)的3D模型。無人機的六個電動機以六邊形頂點的形式均勻地分布在環(huán)周圍。無人機的螺旋槳直徑為22英寸，長度為1英寸。根據(jù)公式3-1，無人機的軸距至少為117.6毫米。對于無人機安全，安全系數(shù)設(shè)置為1.5，無人機軸距為1676.4毫米。為了最大限度地提高螺旋槳的效率，相鄰葉片之間應(yīng)留有間隙。無人機相鄰兩臂夾角為60度，兩臂長度相等，手臂的長度為658.8毫米。為了實現(xiàn)折疊臂操作，無人機的落架高度必須大于軸的長度。無人機在著陸過程中，起落架高度為814毫米。起落架底部應(yīng)安裝海綿套，可以起到緩沖作用。（3-1）圖3-1無人機機體結(jié)構(gòu)設(shè)計注：1.電池組，2.螺旋槳，3.機體機架，4.轉(zhuǎn)子臂，5.無刷直流電機，6.電機支架，7.轉(zhuǎn)子臂聯(lián)軸器，8.中心架支撐板，9.噴藥桿,10.噴藥頭，11.噴藥桿鎖緊裝置，12.起落架，13.輔助泵，14.藥箱藥液出口，15.藥劑箱，16.無人機機罩，17.可折疊轉(zhuǎn)子臂，18.滑動門，19.鎖止彈簧，20.轉(zhuǎn)子臂組件，21.轉(zhuǎn)向桿，22.轉(zhuǎn)盤，23.支撐板，24.橫梁支架，25.薄壁件3.2機架中心板設(shè)計中心板是無人機承重部位，由輕質(zhì)和硬質(zhì)碳纖維制成。結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)模如圖3-2所示，單位是毫米。中央板由上下中央板組成。中央部分是一個空的設(shè)計，用于存儲空氣單元，管道和電子控制。頂部有三個大孔，用于連接電池，GPS和飛行控制單元。上部和下部中央板具有24個螺釘孔，螺釘擰入轉(zhuǎn)子臂的折疊部中。中心板的六個端部具有兩個細長孔，其與中央板支撐板接合以形成整個外殼。圖3-2機架中心板結(jié)構(gòu)圖3.3機臂的設(shè)計要執(zhí)行無人機載重飛行，需要強度結(jié)構(gòu)，由于機臂承受最大負載，需要對其進行強度校核，碳纖維材料的應(yīng)力大小為7Gpa。機械臂上的最大載荷必須小于7Gpa。機臂采用直徑28mm的軸和中空管的直徑d是碳纖維管的2mm圓形橫截面，圓形橫截面情況下的碳管，水平彎矩，選擇點和危險點。臂長L為658.8mm。由應(yīng)力計算公式(3-2)、(3-3)、(3-4)可計算出應(yīng)力大小。（3-2）（3-3）（3-4）其中L為臂長(mm),G為最大載荷所受的力(N)，由公式(3-2)、(3-3)、(3-4)可得（3-5)。（3-5）為0.268Gpa小于7Gpa且強度符合要求，因此用于臂長的碳纖維管設(shè)計合理。4硬件系統(tǒng)設(shè)計4.1飛控系統(tǒng)軟件設(shè)計為了完成飛行監(jiān)控，選擇一種計算能力強、控制性能好、外圍資源豐富、信息處理速度快、應(yīng)用廣泛、流行主流的高性能控制器芯片至關(guān)重要。本文設(shè)計的病蟲害監(jiān)測無人機選用基于cortex-m4內(nèi)核的處理器stm32f429vi和世界著名半導(dǎo)體公司億發(fā)半導(dǎo)體公司強大的處理性能作為主控芯片。其工作頻率高達180mhz，處理速度高達225dmips。它還擁有豐富的外圍資源，如串行接口、定時器、SPI、IIC和ADC等，是廣泛流行的高性能處理器之一。圖4-1顯示了自彈出式無人機主板PCB的3D圖。圖4-1無人機主控板PCB的3D圖STM32F407是ST公司推出的一款基于ARM的32位增強型微處理芯片，該芯片是基于Cortex-M4CPU內(nèi)核開發(fā)的，芯片自帶1M的FLASH，豐富的GPIO資源，其復(fù)用引腳功能有USB,CAN,IIC,SPI,14個定時器等眾多資源。4.2遙操作控制器設(shè)計執(zhí)行監(jiān)控任務(wù)時，需要手動控制無人機完成飛行監(jiān)控，因此需要手持遙控器。本文所使用的遙控器的主控芯片是STM32F103vet6。處理器的主頻為72mhz，處理速度快。它是一種廣泛使用的高性能處理器。遙控器與無人機通信部分使用的芯片為nRF24L01，頻帶為2.4GHz。通過nRF24L01實現(xiàn)與無人機的雙向通信，通過功率放大器和外部收發(fā)天線實現(xiàn)遙控，完成對無人機的遙控。圖4-2是無人機遙控的物理圖。圖4-2遙操作控制器4.3病蟲害檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計病蟲害視覺檢測系統(tǒng)主要由圖像傳感器、主控處理器和無線WiFi模塊等三部分組成。該微處理器取代了世界領(lǐng)先的顯卡芯片制造商NVIDIA開發(fā)的TegraK1。它是數(shù)據(jù)顯示領(lǐng)域功能最強大的移動處理器之一。該處理器支持Ubuntu操作系統(tǒng)，擁有192-CUDA內(nèi)核和5個操作內(nèi)核，完全支持DirectX11和OpenGL4.4，并具有超級圖形操作。圖像傳感器可接受10倍變焦（即圖像大小可從1到10倍調(diào)整），支持多分辨率（320*240；640*480；1280*720；高達1920*1080，即高清1080p），焦距為5mm-50mm可調(diào)。支持Linux的USBHDZoomcamera系統(tǒng)可以輕松安裝在機架上。安裝在主板上的WLAN模塊是世界著名Intel公司的無線ac7260無線通信模塊。該模塊具有雙磁帶屬性，支持802.11AC/A/B/g/N協(xié)議，并通過PCIe半接口連接到主控制處理器，用作主控制處理器和地面監(jiān)控系統(tǒng)之間的圖像傳輸介質(zhì)。圖4-3視覺檢測系統(tǒng)硬件組成圖圖4-3顯示了由NVIDIA由JetsonTK1開發(fā)的開發(fā)板、支持Linux操作系統(tǒng)的圖像傳感器（10倍變焦鏡頭、支持多分辨率和5mm-50mm可調(diào)射程的高清變焦攝像頭）和Intelwirelessac7260的WLAN模塊型號。4.4噴藥系統(tǒng)硬件設(shè)計無人機噴藥系統(tǒng)由藥箱、水泵、噴藥桿、灑水器、軟管等組成。當泵打開時，藥物從軟管出口從藥箱出口流向泵的入口。然后藥物通過泵的壓力從泵出口泵出。水流過軟管進入分流器。分流器將水流分成兩股連接兩個噴桿的股線。最后，噴頭到達作物噴藥。噴藥系統(tǒng)的原理圖結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。圖4-4噴藥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖藥箱采用光柵擋板，減少了液體晃動，提高了無人機飛行中的自穩(wěn)定能力。擋板的形狀大約是長方體。擋板長0.27m，寬0.27m，高0.15m。藥箱側(cè)面有兩個凹槽。起落架的凹槽部分連接到長螺絲刀，并且輥子停在起落架的中間。泵使用微型泵，微型泵具有低壓和高效率。它配備了節(jié)能和小軟管。雖然壓力低，但可以進行藥劑噴藥。兩個噴藥器對稱地安裝在起落架上。每個噴頭有兩個噴嘴。無人機噴藥系統(tǒng)采用德國萊赫勒的風扇噴藥器。通過調(diào)整風扇噴嘴的角度并更換噴嘴下方形成的霧氣來噴藥整個農(nóng)作物。噴藥工藝方便靈活，可根據(jù)不同噴藥要求調(diào)整噴藥角度。自動噴水滅火系統(tǒng)的開關(guān)由電子開關(guān)實現(xiàn)，原理如圖4-5所示。它需要三個外部部件。開關(guān)的一端連接到接收器的通道，接收器接收信號，另一端連接到12V電池，另一端連接到泵。它通過處理接收器發(fā)送的電信號來控制泵的開關(guān)，以決定電池是否連接。圖4-5噴藥系統(tǒng)開關(guān)原理圖5軟件系統(tǒng)設(shè)計5.1飛控系統(tǒng)軟件設(shè)計無人機姿態(tài)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計接管了UC/os-iii實時操作系統(tǒng)。UC/osiii是一種廣泛使用的實時內(nèi)核，具有很強的可擴展性、可修復(fù)性和預(yù)防性。與UC/OS-II相比，UC/OSiii中的任務(wù)管理數(shù)量已從256個增加到無限。作為第三代改進版的UC/OS操作系統(tǒng)，它不僅提供了UC/OS-II的所有功能，而且還具有其他獨特的功能和特性。一般來說，它主要包括自檢操作功能、向任務(wù)直接發(fā)送信號量或消息隊列功能、時間軸旋轉(zhuǎn)調(diào)度功能等。這就是為什么它在多任務(wù)實時規(guī)劃中具有巨大優(yōu)勢的原因。飛控系統(tǒng)利用UC/os-iii的多任務(wù)調(diào)度機制和多任務(wù)通信機制，確保任務(wù)之間的實時同步。任務(wù)之間的實時通信通過信號量和消息隊列完成，確保多個任務(wù)的協(xié)調(diào)執(zhí)行。通信機制用于遠程控制、傳感器數(shù)據(jù)采集（IMU、磁強計、氣壓計、GPS等）和姿態(tài)調(diào)整任務(wù)等均是采用了該通信機制。在對無人機姿態(tài)控制系統(tǒng)軟件的具體設(shè)計中，共將系統(tǒng)分為六大任務(wù)，分別為創(chuàng)建任務(wù)、遙控器指令接收任務(wù)、遙控器指令處理任務(wù)、姿態(tài)估計任務(wù)、傳感器數(shù)據(jù)獲取任務(wù)和姿態(tài)調(diào)整任務(wù)等六大任務(wù)，當飛控系統(tǒng)中遙控器指令接收任務(wù)接收到遙控器發(fā)送過來的指令數(shù)據(jù)時（PID設(shè)定數(shù)據(jù)、油門、姿態(tài)調(diào)節(jié)等數(shù)據(jù)），會發(fā)布消息隊列給遙控器指令處理任務(wù)并開始等待回傳給遙控器的回復(fù)信息數(shù)據(jù)，當遙控器指令接收任務(wù)等待到回復(fù)給遙控器的信息數(shù)據(jù)時便將該數(shù)據(jù)發(fā)送給遙操作控制器；當遙控器指令處理任務(wù)等待到指令數(shù)據(jù)到來時，將對指令數(shù)據(jù)進行解析并發(fā)送目標姿態(tài)給姿態(tài)調(diào)整任務(wù)；同時傳感器數(shù)據(jù)獲取任務(wù)將以4ms為周期向姿態(tài)估計任務(wù)發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)的消息隊列；姿態(tài)估計任務(wù)接收到傳感器數(shù)據(jù)后將進行基于四元數(shù)和互補濾波原理的姿態(tài)估計并將估計出來的姿態(tài)發(fā)送給姿態(tài)調(diào)整任務(wù)；姿態(tài)調(diào)整任務(wù)收齊目標姿態(tài)和估計姿態(tài)后采用串級PID算法完成對飛控姿態(tài)的調(diào)整，即調(diào)節(jié)四個電機的轉(zhuǎn)速。圖5-1為飛控程序設(shè)計流程框圖。圖5-1飛控程序設(shè)計流程框圖5.2病蟲害檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計檢測系統(tǒng)是以Ubuntu14.04操作系統(tǒng)和Opencv2.4.13為基礎(chǔ)開發(fā)和設(shè)計的。整個檢測系統(tǒng)共分為分類器樣本集訓(xùn)練和目標識別兩部分。⑴分類器樣本集訓(xùn)練部分具體流程。①病蟲害正負樣本集建立；②對已經(jīng)建立好的樣本集進行圖像預(yù)處理；③對預(yù)處理后的樣本進行Haar-like特征、HOG特征和紋理特征提取；④特征歸一化處理；⑤分類器學習，得到分類模型；⑥學習完畢。⑵分類器識別部分具體流程。①無人機飛行采集一幀農(nóng)作物圖像；②對采集到的圖像進行預(yù)處理；③采用滑動窗口及多尺度檢測的方式對預(yù)處理后的圖像進行Haar-like特征、HOG特征和紋理特征提取；④對步驟③中提取到的特征進行歸一化處理；⑤分類器加載分類模型對由第④步所得到的特征進行分類識別，若檢測到目標則用實框標出，否則返回步驟③直到該幀圖像處理完畢，該幀處理完畢后將檢測結(jié)果信息回傳至地面監(jiān)控系統(tǒng)；⑥返回步驟①直到監(jiān)測任務(wù)結(jié)束。視覺檢測軟件設(shè)計流程圖如下：圖5-2視覺檢測軟件設(shè)計流程示意圖5.3噴藥系統(tǒng)軟件設(shè)計5.3.1傳感器數(shù)據(jù)采集本文中的傳感器數(shù)據(jù)采集主要由三部分組成，即噴藥量、系統(tǒng)壓力和藥箱的流體數(shù)據(jù)。接著介紹了上述三部分的軟件設(shè)計原則。首先是噴藥量的數(shù)據(jù)收集。如上所述，系統(tǒng)選擇霍爾流量傳感器。傳感器發(fā)出脈沖平方波信號。有必要計算單位時間內(nèi)方波的數(shù)量，以獲得當時的注入量。將PB8IO端口連接到傳感器的信號輸出，調(diào)用庫函數(shù)，將PB8配置為中斷接口，寫入中斷服務(wù)函數(shù)并設(shè)置可變統(tǒng)計平方數(shù)。同時，調(diào)用計時器6并將計時時間設(shè)置為1秒。每隔一秒鐘，在定時器中斷功能中計算注入量。壓力傳感器接管西門子qbe2002-p10水壓傳感器，輸出信號為0-10V模擬量，信號口接PB9。安裝在STM32中的AD轉(zhuǎn)換器可確定相應(yīng)的數(shù)字量，并可根據(jù)傳感器的參數(shù)和公式計算當前系統(tǒng)壓力值。液位傳感器采用美國控制自動化公司的mik-p26液位傳感器，量程0-3m，輸出信號為4-20mA模擬量，信號輸出口接pb10線。圖5-3傳感器數(shù)據(jù)采集流程圖5.3.2電動閥調(diào)節(jié)在本文的設(shè)計中，電動閥是能夠直接調(diào)節(jié)噴油量的核心部件，也是控制的直接對象。電動閥通過改變其開口尺寸（即本文中的噴霧量）來改變流量。決策信息由上位機圖像處理系統(tǒng)進行分析和處理。信息通過WiFi傳輸?shù)较挛粰C的主控制器。根據(jù)雜草速度信息，將噴藥值分為五個級別，并逐步增加。因此，主控制器首先通過WLAN模塊接收上位機的噴藥命令，在串口中斷中對其進行分析，然后根據(jù)優(yōu)化的PID控制算法計算電流輸出電壓值，作用于電動閥并調(diào)整閥門連接的尺寸，達到可變噴藥的目的。在本文的設(shè)計中，電動閥是一個核心的部件，可直接調(diào)節(jié)噴藥量，也是控制器的直接作用對象。電動閥是通過改變其開口大小來改變流量的大小，即本文中的噴藥量。而決策信息是上位機機器視覺系統(tǒng)分析處理得出的，通過WIFI將該信息傳至下位機主控制器，本文根據(jù)雜草密度信息共分為五級噴藥量，逐級遞增。因此，首先主控制器首先通WIFI模塊獲取上位機的噴藥指令，在串口中斷里將其解析出來，再根據(jù)優(yōu)化后的PID控制算法計算當前應(yīng)輸出的電壓值，作用于電動閥，調(diào)整閥口的大小，從而達到變量噴藥的目的。圖5-4電動閥調(diào)節(jié)流程5.4系統(tǒng)主程序設(shè)計本文系統(tǒng)的主程序設(shè)計如下圖所示，首先上位機機器視覺系統(tǒng)獲取田間圖像，進行圖像處理與分析得出雜草密度分布信息，并依據(jù)該信息發(fā)出決策噴藥指令，下位機控制系統(tǒng)通過WIFI模塊接收噴藥指令并進行解析，根據(jù)當前噴藥指令，采用優(yōu)化后的PID算法控制執(zhí)行部件即電動閥的開口大小，以達到變量噴藥的目的。同時系統(tǒng)需要及時完成各種工作參數(shù)的監(jiān)測與顯示等工作。圖5-5主程序流程6結(jié)論在農(nóng)作物生長過程中，由于營養(yǎng)不良或作物種植的蟲害，導(dǎo)致數(shù)百作物甚至死亡。因此，當土壤養(yǎng)分不足以滿足植物日益增長的需求時，必須補充植物栽培所需營養(yǎng)液。因此，對病蟲害的檢測與噴藥農(nóng)藥是植物生長所必需的。隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來以及無人機領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，無人機作為一種新型的檢測與農(nóng)藥噴藥方式，在我國農(nóng)業(yè)噴藥領(lǐng)域得到了積極的應(yīng)用。為了讓無人機技術(shù)得以更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，在過去的幾年里，我國一直致力于無人機領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的研究。然而，由于飛行距離、技術(shù)、成本等方面的限制，目前在農(nóng)業(yè)特別是檢測與農(nóng)藥噴藥方面，無人機仍舊沒有得到大范圍應(yīng)用。本文針對農(nóng)業(yè)噴藥法農(nóng)藥效率低、農(nóng)藥殘留等問題，設(shè)計了一款多旋翼無人植保機。希望本文的設(shè)計能給農(nóng)藥智能噴藥問題研究提供一點參考借鑒。參考文獻[1]無.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的無人機:早期病蟲害監(jiān)測工具[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù),2018,38(9):1.[2]陳鵬、謝毓芬、劉少波、郭暉、何小紅.探究森林病蟲害無人機遙感實時監(jiān)測技術(shù)[J].科學技術(shù)創(chuàng)新,2020(34):2.[3]姜銳,周志艷,徐巖,等.植保無人機藥箱液量監(jiān)測裝置的設(shè)計與試驗簡[J].農(nóng)業(yè)工程