帶農作物識別功能的無人機農藥噴灑系統的研究

劉金浩 王春燕 王宇航 華彤天

摘要 目前“空中防治”技術初步發展，尚未成熟，農藥噴灑無人機誤噴事件多發。在免費開源的飛控Pixhawk基礎上增加農藥噴灑功能，節約成本。另外，通過采集無人機下方的顏色信息，識別出農作物，讓無人機只在指定區域噴灑農藥，有效避免誤噴。本文開展了帶農作物識別功能的無人機農藥噴灑系統的研究，主要包括項目研究的方法和系統設計方案等。

關鍵詞 無人機;藥噴灑;顏色識別;A/D轉換電路

中圖分類號：V279;TP278 文獻標識碼：A 文章編號：2095–3305（2020）07–0–02

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.078

Research on UAV Pesticide Spraying System with Crop Designation Function

LIU Jin-hao et al （Nanjing Railway Vocational and Technical College， Nanjin， Jiangsu 210031）

Abstract At present， the "airborne prevention and control" technology has been initially developed and is not yet mature， and accidents of pesticide spraying drones frequently occur. On the basis of the free and open source flight control Pixhawk， the pesticide spraying function is added to save costs. In addition， by collecting color information under the drone， crops can be identified， so that the drone can only spray pesticides in designated areas， effectively avoiding accidental spraying. This paper has carried out research on the drone pesticide spraying system with crop identification function， which mainly includes the method of project research and system design scheme.

Key words UAV; medicine spraying; color setting; A/D conversion circuit

近年來，旋翼型無人機開始受到越來越多的重視，其機械架構相對簡單，電機轉速是唯一的控制要點，起飛降落功能具有自主性和便捷性，同時具有顯著的智能化，飛行姿勢相對較多。旋翼型無人機在民用生活領域有著廣泛的應用，特別是在農業領域，如農藥噴灑、牧場監視等。

我國人口眾多、地域廣闊，農業在我國有著重要的地位。蟲害有著較大的遷徙性和流動性，害蟲的防治較為復雜。目前，農村人口逐年減少，專業農藥噴灑人員缺乏，由于缺乏農藥噴灑方面的相關知識，造成農藥噴灑效果不理想，而且農民在農藥噴灑后如不及時清洗，會對身體造成危害，存在安全隱患。目前，我國無人機農藥噴灑逐步代替了人工噴灑，特別是在山區丘陵和一些不規則農作物生產地，利用小型無人機進行農藥噴灑是最佳選擇，節省大量人力和農藥。

目前，農藥噴灑無人機的價格都非常昂貴，一臺10 kg的農藥噴灑無人機價格一般在10～18萬元，讓農民、合作社都無法承受。如此昂貴的農藥噴灑無人機也還存在很多不足之處：（1）在新聞報道中曾經披露過，無人機在農藥噴灑過程中，因為把農藥噴到河水里，導致河中生物全部被毒死;（2）農藥漂移可能導致部分區域不能噴到，如本來要噴在玉米田的農藥卻噴到了大豆地里。

1 帶農作物識別功能的無人機農藥噴灑系統研究的開展

項目團隊成員首先要熟悉Pixhawk飛控的工作原理，掌握Pixhawk飛控的控制方法，掌握單片機系統設計，通過創新項目研制出“帶農作物識別功能的無人機農藥噴灑系統”。熟悉顏色識別技術，掌握CS1W顏色感應光電傳感器的應用，將顏色識別技術與無人機技術相結合，實現信息統一，控制的統一。熟悉電動噴霧器系統，設計制作電動噴霧器系統，實現以高壓的形式噴灑農藥。

此外，大學生通過創新項目可以鍛煉自身基于專業基礎之上研究開發新的產品，并主動學習新的知識，這有效發揮了大學生創新能力，為實現自我社會價值做出努力。

項目團隊成員重點研究內容主要是：（1）Pixhawk飛控的工作原理、控制方法、靈敏度的調制;（2）熟悉顏色識別技術，掌握CS1W顏色感應光電傳感器的應用;（3）熟悉電動噴霧器系統，設計制作電動噴霧器系統，實現以高壓的形式噴灑農藥;（4）將顏色識別技術、無人機技術和電動噴霧器系統相結合，實現統一控制;（5）單片機系統的硬件電路的設計方法和單片機系統軟件的編程方法;（6）A/D轉換器ADC0809的工作原理，掌握A/D轉換器程序設計方法及與8051單片機連接的接口電路設計方法;（7）“帶農作物識別功能的無人機農藥噴灑系統”的PCB電路的設計制作、元器件選擇購置、傳感器安裝設計等[1-2]。

2 帶農作物識別功能的無人機農藥噴灑系統的功能

項目組開展了“帶農作物識別功能的無人機農藥噴灑系統的研制”，為了節約成本、降低價格，在免費開源的飛行控制系統Pixhawk基礎上，增加農藥噴灑功能，進而控制農藥開關、控制流速。另外，增加顏色識別功能，根據無人機經過下方的顏色信息，判斷出下方是綠色的玉米田、黃色的大豆田還是清清的小河等，讓無人機在指定的區域噴灑農藥，避免誤噴。