基 于 无 线 传 感 网 的 无 人 机 精 准 喷 药 系 统 研 究
郭 意
( 成都工贸职业技术学院, 成都 610000)
摘 要: 喷药无人机由飞行平台、飞行控制系统和喷药系统组成,主要用于农药的喷洒。 无线传感网络是一种 结
合了计算、通信和传感器 3 种技术的产物,可实现对无人机的控制。 为此,基于无 线传 感网 络设 计了喷药无 人机
以较低的能量遍历农作物区域的航 线控 制 系 统,通 过 GDOP 算法 对 无 人 机 的 航线 进 行 规 划 和 控 制,从 而 达 到 无
人机精准喷药的目的。 试验结果表明:基于无线传感网络的无人机航线规 划 能够 使无 人机 以较 低 的能 量消 耗遍
历农作物区域,从而达到精准喷药的目的。
关键词: 无人机; 精准喷药; 无线传感网; GDOP 算法
中图分类号: S252
+
.3 文献标识码: A 文章编号: 1003
-
188X(2020)03
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0134
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04
0 引言
无人机是一种具有远程操作或者自主飞行的无人
驾驶航空器, 能够在无人驾 驶的情况下执行多种任
务,且可以重复使用,主要构成为动力装置和导航模
块
[ 1]
。 目前,无人机的航空器平台主要分为固定翼平
台和旋翼平台。 相较于固定翼飞机,旋翼飞机由于其
具有负载能力方面的优势,且机动性强,可以实现垂
直升降、大幅度转弯等灵活性强的动作,因此在农业
领域的应用较广,如获取农田信息及农药喷洒等
[ 2]
。
由于传统喷药技术不安全且效率低下,远远不能
满足行业需求,航空直保无人机应运而生。 喷药无人
机主要由飞行平台、GPS 飞控和喷洒机构组成,其喷
洒作业由地面遥控或者 GPS 飞控控制实现。 由于航
空直保无人机具有空中作业效率高、不受地理因素制
约的优点,经测算,在麦田除草作业过程中,其工作效
率比地面机械除草效率高 5 ~7 倍,更是人工喷雾除草
效率的 200 ~250 倍
[ 3]
;同时具有环境污染少、操作安
全、劳动强度低,以及人工成本少等优点。 然而,航空
直保无人机的使用仍受到很多限制,存在很多技术难
题,如对不能遍历农作物区域、航线偏离导致农药的
浪费和环境的污染问题,还有人工控制无人机导致航
线控制不理想等问题。
无线传感网络(WSN)是结合了计算机、通信和传
感器 3 种技术的产物,在军事、环境和工农业方面应
收稿日期 : 2018-11-19
基金项目 : 四川省教育厅科研项目( 18ZB0024)
作者简 介: 郭 意 ( 1981 -) , 女, 四 川 自 贡 人, 副 高, ( E
-
mail )
lian590751xiashao@163.com。
用非常广泛
[ 4]
。 是在监控区域内安装了大量的职能
监控器节点,采用单跳或者多跳的通信方式,使用无
线通道通过自组织网络拓扑结构实现节点间的自动
组网。 其具有使用方便和组织简单的优点,有效避免
了传统有限网络布线繁琐、质量大的问题。 因此,在
无人机上采用无线传感网络具有很大的优势
[ 5]
。
针对传统航空直保无人机喷药技术的缺陷,提出
了一种基于无线传感网络的无人机精准喷药技术,这
种技术可以遍历农作物种植区域,并通过控制和调整
飞机航线达到精准喷药的目的。
1 总体框架及组成
1.1 总体框架
基于无线传感网络的精准喷药系统主要包括飞行
控制系统、无刷电机驱动模块、导航控制系统和喷药
系统 4 部分。 无线传感器节点作为飞行控制系统,负
责采集位置信息并发送汇聚节点,汇聚节点作为导航
控制系统,将位置信息经软件分析后发送结果,即是
否需要调整飞行航线的指令传送至控制中心。 其中,
汇聚节点是整个无线网络的核心,负责主动扫描并接
受传感器节点接收到的位置信息,处理后发送航线是
否偏离的结果给地面控制中心。 图 1 为系统总体控制
图。
1.2 无人机
无人机采用大疆精灵 4 旋翼无人机,机内配备了
无刷电机、各种传感器、飞行控制器、自驾仪,以及控
制飞行姿态的方向舵、副翼舵和升降舵。 通过软件的
算法适时调整飞机航线,使其按照预设航线飞行。
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2020 年 3 月 农 机 化 研 究 第 3 期
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