【摘要】：目前我國(guó)農(nóng)業(yè)方面在進(jìn)行植保作業(yè)時(shí)存在效率低、安全性差、針對(duì)性弱等問(wèn)題,無(wú)人機(jī)擁有的靈活性、穩(wěn)定性、安全性和易于操作性等特點(diǎn)能夠很好的解決植保作業(yè)時(shí)存在的問(wèn)題。無(wú)人機(jī)的核心是飛行控制系統(tǒng),簡(jiǎn)稱(chēng)飛控系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)主要是通過(guò)分析采集到的各種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)而控制無(wú)人機(jī)的工作以及異常處理。本文設(shè)計(jì)了一種基于STM32F429的植保無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng),最終實(shí)現(xiàn)裝載有該系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)在攜帶農(nóng)藥時(shí)能夠高效率的完成植保作業(yè)。本文所設(shè)計(jì)的飛控系統(tǒng)硬件部分主要由主控系統(tǒng)、慣性測(cè)量單元(IMU)、定位系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)和供電系統(tǒng)組成。供電系統(tǒng)為主控系統(tǒng)、慣性測(cè)量單元和定位系統(tǒng)等各個(gè)系統(tǒng)供電;主控系統(tǒng)通過(guò)獲取和分析慣性測(cè)量單元、定位系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)獲得無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)信息進(jìn)而對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行控制。主控系統(tǒng)在獲得飛行速度和飛行高度的前提下對(duì)噴灑系統(tǒng)進(jìn)行控制,從而完成植保作業(yè);慣性測(cè)量單元主要利用加速度計(jì)、氣壓傳感器、陀螺儀等傳感器獲取當(dāng)前無(wú)人機(jī)的姿態(tài)角;定位系統(tǒng)利用GPS獲取無(wú)人機(jī)方位信息;雷達(dá)系統(tǒng)包括避障雷達(dá)和對(duì)地測(cè)距雷達(dá)。避障雷達(dá)獲取飛行途中是否有障礙物信息,對(duì)地測(cè)距雷達(dá)獲取無(wú)人機(jī)的飛行高度信息;噴灑系統(tǒng)利用從定位系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)獲取的飛行高度和飛行速度等信息進(jìn)行流量可調(diào)節(jié)的農(nóng)藥噴灑。本文所設(shè)計(jì)的飛控系統(tǒng)軟件部分主要以硬件電路為基礎(chǔ),以滿(mǎn)足植保需求為目的進(jìn)行設(shè)計(jì)編寫(xiě)。各個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部相互之間的通信主要依靠CAN、SPI、I~2C和串口通訊等通信協(xié)議,這些通信協(xié)議保證了各個(gè)系統(tǒng)模塊間數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸;通過(guò)Mahony互補(bǔ)濾波算法對(duì)從慣性測(cè)量單元獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,計(jì)算出無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài);通過(guò)控制算法的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)飛行速度和飛行角度的控制,實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的持續(xù)穩(wěn)定飛行;無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中,對(duì)障礙物的識(shí)別通常有兩種情況,第一種情況是在區(qū)域探測(cè)過(guò)程中利用雷達(dá)系統(tǒng)識(shí)別障礙物,定位系統(tǒng)記錄障礙物位置從而在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中避開(kāi)障礙物。第二種情況是在飛行過(guò)程中能夠?qū)崟r(shí)躲避突然出現(xiàn)的障礙物。整個(gè)飛行過(guò)程中,無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)與地面站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,地面站進(jìn)行分析并規(guī)劃無(wú)人機(jī)飛行路徑;程序也對(duì)各種功能異常情況進(jìn)行了處理,保證植保無(wú)人機(jī)高效率穩(wěn)定完成作業(yè)。
【圖文】：

圖 2.1 四旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)翼示意圖3、M4 的旋轉(zhuǎn)方向如圖 2.1 所示，實(shí)現(xiàn)八種運(yùn)動(dòng)對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。垂直上升和垂直下降的運(yùn)動(dòng)原理很即可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)垂直上升運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速同時(shí)減小即可

圖 2.2 飛控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖本文對(duì)飛控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于數(shù)字化、小型化、低成本的思想。飛控系統(tǒng)指是以單片機(jī) STM32F429 作為 MCU，即飛控系統(tǒng)的核心，，在 MCU 的統(tǒng)一協(xié)分配下，控制各個(gè)不同的部分協(xié)調(diào)而穩(wěn)定的工作，包括機(jī)載傳感器和地面站監(jiān)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V279;V249.1

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8 呂迅z

本文編號(hào)：2708168