带农作物识别功能的无人机农药喷洒系统的研究

刘金浩 王春燕 王宇航 华彤天

摘要 目前“空中防治”技术初步发展，尚未成熟，农药喷洒无人机误喷事件多发。在免费开源的飞控Pixhawk基础上增加农药喷洒功能，节约成本。另外，通过采集无人机下方的颜色信息，识别出农作物，让无人机只在指定区域喷洒农药，有效避免误喷。本文开展了带农作物识别功能的无人机农药喷洒系统的研究，主要包括项目研究的方法和系统设计方案等。

关键词 无人机;药喷洒;颜色识别;A/D转换电路

中图分类号：V279;TP278 文献标识码：A 文章编号：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

近年来，旋翼型无人机开始受到越来越多的重视，其机械架构相对简单，电机转速是唯一的控制要点，起飞降落功能具有自主性和便捷性，同时具有显著的智能化，飞行姿势相对较多。旋翼型无人机在民用生活领域有着广泛的应用，特别是在农业领域，如农药喷洒、牧场监视等。

我国人口众多、地域广阔，农业在我国有着重要的地位。虫害有着较大的迁徙性和流动性，害虫的防治较为复杂。目前，农村人口逐年減少，专业农药喷洒人员缺乏，由于缺乏农药喷洒方面的相关知识，造成农药喷洒效果不理想，而且农民在农药喷洒后如不及时清洗，会对身体造成危害，存在安全隐患。目前，我国无人机农药喷洒逐步代替了人工喷洒，特别是在山区丘陵和一些不规则农作物生产地，利用小型无人机进行农药喷洒是最佳选择，节省大量人力和农药。

目前，农药喷洒无人机的价格都非常昂贵，一台10 kg的农药喷洒无人机价格一般在10～18万元，让农民、合作社都无法承受。如此昂贵的农药喷洒无人机也还存在很多不足之处：（1）在新闻报道中曾经披露过，无人机在农药喷洒过程中，因为把农药喷到河水里，导致河中生物全部被毒死;（2）农药漂移可能导致部分区域不能喷到，如本来要喷在玉米田的农药却喷到了大豆地里。

1 带农作物识别功能的无人机农药喷洒系统研究的开展

项目团队成员首先要熟悉Pixhawk飞控的工作原理，掌握Pixhawk飞控的控制方法，掌握单片机系统设计，通过创新项目研制出“带农作物识别功能的无人机农药喷洒系统”。熟悉颜色识别技术，掌握CS1W颜色感应光电传感器的应用，将颜色识别技术与无人机技术相结合，实现信息统一，控制的统一。熟悉电动喷雾器系统，设计制作电动喷雾器系统，实现以高压的形式喷洒农药。

此外，大学生通过创新项目可以锻炼自身基于专业基础之上研究开发新的产品，并主动学习新的知识，这有效发挥了大学生创新能力，为实现自我社会价值做出努力。

项目团队成员重点研究内容主要是：（1）Pixhawk飞控的工作原理、控制方法、灵敏度的调制;（2）熟悉颜色识别技术，掌握CS1W颜色感应光电传感器的应用;（3）熟悉电动喷雾器系统，设计制作电动喷雾器系统，实现以高压的形式喷洒农药;（4）将颜色识别技术、无人机技术和电动喷雾器系统相结合，实现统一控制;（5）单片机系统的硬件电路的设计方法和单片机系统软件的编程方法;（6）A/D转换器ADC0809的工作原理，掌握A/D转换器程序设计方法及与8051单片机连接的接口电路设计方法;（7）“带农作物识别功能的无人机农药喷洒系统”的PCB电路的设计制作、元器件选择购置、传感器安装设计等[1-2]。

2 带农作物识别功能的无人机农药喷洒系统的功能

项目组开展了“带农作物识别功能的无人机农药喷洒系统的研制”，为了节约成本、降低价格，在免费开源的飞行控制系统Pixhawk基础上，增加农药喷洒功能，进而控制农药开关、控制流速。另外，增加颜色识别功能，根据无人机经过下方的颜色信息，判断出下方是绿色的玉米田、黄色的大豆田还是清清的小河等，让无人机在指定的区域喷洒农药，避免误喷。