八旋翼植保无人机设计

八旋翼植保无人机设计
摘要：本次设计的课设题目为八旋翼植保无人机，就目前的情况来看我国的农作物喷洒农药主要依靠机械或者人工手动进行，而在绝大地区农民对于驱虫去病大部分选择的都为人工喷洒农药，据统计每年农民使用所需要补充的喷药器就达100万台。

并且人工进行驱虫喷药，无论是时间或安全性都极其低效，无法实现大面积的驱虫，防治的效果也并不理想，且人工喷洒农药无法达到均衡，直接导致农药残留在植物土壤，使作物的品质大大降低。

综上所述，若有一款可以操作简便，安全可靠性，使人们可以在远距离进行操控的自动控制设备就显得尤为重要。

一、课题概述
本次八旋翼植保无人机的课题，其主要用于农林作物的保护、驱虫和喷洒农药等方面，此款植保无人机能够喷洒农药、种子、粉剂、巡视等功能。

其结构主要是由八旋翼无人机主体、云台、GPS飞控、高清无人机专用相机、管夹、离心高雾化喷头、药桶等主要部分组成。

因为该款八旋翼植保无人机具有八个机臂，所以该无人机预期性能指标为最大可以负载15KG重的货物，并且在此前提下还具有3-8m/s飞行速度，其飞行高度距作物1.5m，最长持续作业时间20分钟，能够胜任我国大部分地区农业作业需求。

在此基础上，可以更好满足不同环境、不同地形，为使用者提供更多选择。

二、植保无人机的系统控制
2.1 MultiWii Copter飞行控制系统
MultiWii Copter飞行控制系统可以简称为MWC飞控，MWC飞控在近几年来经过不同的程序爱好者的参与改进，开发的程度越来越高。

现在MWC飞控的使用效果已经得到大幅提升，不仅可以支持多平台、多种开发板并且具有的外设方面也十分可观。

MWC的程序完全开源免费，在控制方面十分稳定可靠，并且MWC所
针对的对象不仅为四旋翼，还可以支持六旋翼、八旋翼甚至是十旋翼无人机。

所
以对于此次试验项目，采用MWC飞控无疑是最好的选择。

2.2 HMC5883L三轴磁力计
HMC5883L三轴磁力计使用了高灵敏度的计数模块，其内部使用了高质量低磁
传感器作为系统中心，仅仅通过其数字接口就可以对其进行控制，十分简单便捷，并且HMC5883L还具备有一种带有高分辨率的磁阻传感器，该部分传感器使用了
霍尼韦尔公司的电路系统，其中包括放大器，自动消磁驱动器，出现偏差并进行
矫正，以及一个12位的A/D变换器。

它的罗盘控制方面十分精准，可以不用需
要使用者校准太多，HMC5883L模块上面有16个无铅表面的封装引脚，而且这些
不同的引脚的功能也并不相同，其引脚的尺寸基本都保持3.0×3.0×0.9mm3。

HMC5883L所使用的AMR技术是十分强大的，这项技术在其它的磁性传感器技
术中处于遥遥领先的地位。

该模块在轴向上具有相对较高的灵敏度和较高的线性
精度。

这大大提高了模块的准确性。

霍尼韦尔磁传感器可以说是整个低磁传感器
领域中最灵敏、最可靠的传感器之一，所以这也是本文为什么选择该型号的原因。

2.3 BMP280气压计
BMP280对于植保无人机在空中悬停的平稳起到至关重要的作用，其中的原因
是由于传感器上具有气压上的测量，这种精度对于此次植保无人机项目是十分合
适的。

作为BMP180气压计的继承者，BMP280早在2011就开始进行大量的装配应
用与移动设备的气压测量方面在，BMP280在气压测量方面相较其人同类型产品，
无论是准确性或灵敏性都是十分优异的。

BMP280在实际使用中也是十分的可靠，
而且相对于BMP180，其所占的面积缩小了近63％。

既节省空间，又可靠性高，
这无疑是最好的选择。

三、植保无人机的工作流程
植保无人机的工作流程大致可以分为四个部分：
第一部分：由于植保无人机体积过于大，占用过于大的空间，所以植保无人
机是可以拆卸为很多部分的，并且如果在使用无人机后未把螺旋桨拆除，可能发
生无人机的机翼被外界因素碰断的事故。

所以使用植保无人机之前要先将无人机
进行组装，打开折叠机臂并且安装好无人机机翼。

最好将装好农药的药箱连接好
离心高雾化喷头整体安装在植保无人机的下方。

第二部分：在组装好植保无人机后，将电源连接在植保无人机的主线上，植
保无人机通电主控板上的LED指示灯开始闪烁并且电调会发出提示音一次，用以
提示我们植保无人机已经准备完毕。

在此之后云台相机会进行有规律旋转，用来
检测云台相机是否故障。

使用者打开遥控器，遥控器上的发射机会与植保无人机
上的接收机进行自动匹配，匹配成功后遥控器会发出提示音一次，提示使用者植
保无人机已经可以运行。

云台相机启动，遥控器下方屏幕开始显示相机获取的画面。

第三部分：植保无人机初始化完毕后。

植保无人机记录起飞点，使用者站到
安全距离后控制植保无人机飞行到初始高度，初始高度为距离农作物1.5m，对于
不同农作物使用者可以设定不同的高度进行初始启动。

植保无人机达到预定高度后，使用者通过遥控器将植保无人机使到初始点位，按下遥控器上的定点键，植
保无人机记录起始点，以此类推分别记录起始点、纵路点、横路点和终点后，无
人机开始按照使用者的标记区域飞行。

执行完毕后，植保无人机自动返回到起飞点，更换电池、补充药箱或者拆卸收纳。

第四部分：据调查所知，田地间的田垄宽度约为30cm，离心高雾化喷头的喷
洒农药范围约为3.6m2，所以植保无人机喷洒土地的面积约为2~3垄。

植保无人
机的飞行速度约为6m/s、喷洒农药的面积约为3.6m2并且电池可以支持的时间约
为20分钟，故植保无人机执行一次工作大约可以向4320m2的土地上喷洒农药。

四、选用植保无人机的原因
据调查了解到由于农作物株高和密度的限制，机械难以进入地块喷施农药，
即使选用先进的农药喷施机械也会对农作物植株造成一定面积的损伤，影响产量。

人工手动喷洒农药存在很多不足，效率也十分不理想，不仅工作的劳动强度大，
工作时间缓慢，并且长时间处在充满农药的环境中，容易间接引起使用者的药物
中毒，工作质量降低，身体造成伤害。

喷洒农药的范伟并不统一，往往达不到使
用者的预期效果，在对于密度较大的作物时更是无能为力，最直接导致的原因就
是驱虫失败。

由于机械不能在繁杂的田地进行有效的喷洒农药，而采用人力去
进行喷洒农药，不仅工作效率会大大降低，而且对于喷洒农药的农民，身体伤害
才是最关键的问题据，权威数据显示，我国每年因为农药中毒人数高达十万，其
致死率也在恐怖的20%。

农药残留的问题也并没有过多记录，可能真正的问题远
远超乎我们的想象。

故采用机械化去代替人工进行喷洒农药不仅可以题高效率，
还可以保证农民的人身安全，可谓是一举两得。

五、结语：
通过国外研究现状可知述，农业航空技术是一个农业大国离不开的技术之一，近几年来对于农业航空技术的需求也在不断增大。

根据农田飞行作业环境的适宜
程度，在国外显得尤为重要。

西方国家的农业航空技术发展、普及，应用也变得
越来越频繁。

所以我们也要尽快实现机械化、自动化用以提高人民的工作效率与
身体健康。

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项目类型：创新训练A类（省级指导项目）
项目来源：2017年黑龙江省大学生创新创业训练计划项目，项目名称：八旋翼植保无人机设计，项目编号：201713301027，指导教师：姜德涛。