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基于A(yíng)RM9的無(wú)人機農業(yè)植保作業(yè)系統
摘要：介紹了一個(gè)以ARM9為控制核心，遙控器或PC計算機為交互設備的無(wú)人機農業(yè)值保系統的主要設計思想。著(zhù)重對系統的組成、硬件配置、軟件設計及主要功能進(jìn)行了詳細的描述，并給出了ARM9控制程序的流程圖，文章還對系統的通信程序設計做了簡(jiǎn)要闡述。
關(guān)鍵詞：無(wú)人機;ARM9;測控系統;遙控器;數據采集
1、概述
主要應用多旋翼智能無(wú)人進(jìn)行液體物質(zhì)的自動(dòng)添加，加滿(mǎn)后自動(dòng)停止加注。能夠自動(dòng)巡航，在飛行狀態(tài)下，該控制系統應具有利用慣性測量單元配合機載衛星定位系統測得當前飛行方向及飛行姿態(tài)數據并根據系統設計要求提供相關(guān)數據的提取與傳輸的功能。該系統采用PC機、ARM9及遙控器對無(wú)人機進(jìn)行控制，實(shí)現試驗數據的自動(dòng)采集、分析及處理。
2、系統組成
該系統由無(wú)人機、ARM9、遙控器、計算機以及相應的軟件系統組成。系統組成情況見(jiàn)圖1所示。其中，智能無(wú)人機和ARM9為系統基本配置，其余為可選部分，用戶(hù)可根據需求選擇遙控器或計算機，也可兩者都選。
2.1多旋翼無(wú)人機
該機是垂直起降、自主導航的無(wú)人飛行器系統，具備人工遙控、定點(diǎn)懸停、航線(xiàn)飛行等多種飛行模式，統集成了三軸加速度計、三軸陀螺儀、磁力計、氣壓高度計等多種高精度傳感器和先進(jìn)的控制算法設計，操控因而變得非常簡(jiǎn)單，對于毫無(wú)遙控飛行經(jīng)驗，也能夠在很短的時(shí)間內學(xué)會(huì )它的操控飛行。在這款旋翼機上還加裝了無(wú)線(xiàn)數字圖傳，可以實(shí)時(shí)的將監視到的圖像信息，傳到地面控制中心。
2.2 ARM9
智能無(wú)人機是一個(gè)比較復雜的集成系統，需要飛行器的設計、空間定位、路徑規劃、飛行控制、圖像識別等各方面技術(shù)的支持。為了能夠充分利用這些技術(shù)，我們通過(guò)ARM9將各個(gè)功能模塊化，通過(guò)合理的架構設計將其整合，達到智能控制的目的。
2.3遙控器
用于向ARM9發(fā)送控制命令，接受ARM發(fā)送的試驗數據;完成各種試驗參數的設置。
2.4計算機
用于向ARM發(fā)送控制命令，接受、顯示并存儲ARM發(fā)送的各種數據;完成各種試驗參數的設置;對試驗數據進(jìn)行評估;在聯(lián)網(wǎng)運行時(shí)接受上位計算機的試驗指令，并將其返回的數據傳送給上位計算機。
3、系統硬件配置
根據系統的組成情況及功能要求，硬件配置選擇如下：
(1)計算機：PC兼容機或品牌計算機，CPU 1.0GHz以上，128M以上內存，30G以上硬盤(pán)，52倍光驅?zhuān)?7H-RS232C串口。
(2)ARM9：最高頻率200MHz;16KB指令高速緩存，8KB數據高速緩存，硬件JAVA加速，擴展多媒體指令集結構。
(3)遙控器：進(jìn)行無(wú)人機升降，護航等控制。
(4)傳感器：磁傳感器：最主要的就是要遠離電動(dòng)馬達，由于電動(dòng)馬達產(chǎn)生的磁場(chǎng)強度遠大于地球的磁場(chǎng)強度，所以馬達接近傳感器會(huì )產(chǎn)生硬磁的失真。還有用到加速度傳感器、陀螺儀、磁傳感器、壓力傳感器等。
4、系統軟件設計
本系統的軟件設計包括ARM、遙控器及PC計
算機軟件三部分。
4.1 ARM軟件設計
ARM軟件采用Linux的開(kāi)發(fā)平臺設計。軟件包括初始化、命令接收、設備控制、數據傳送、參數設置等模塊。命令接收模塊接受磁場(chǎng)強度、遙控器或PC計算機發(fā)送的啟動(dòng)、自動(dòng)、上升、下降、加速、護航、急停等操作命令;設備控制模塊按接受到的命令啟停相應的物理裝置，控制設備運行;數據傳送模塊完成數據的返回，如電量，加注藥量等數據的傳輸，并把這些數據及設備運行狀態(tài)信息傳送給PC計算機;參數設置模塊根據遙控器或PC機傳送的參數計算出其它參數，并把所有參數存儲到ARM的存儲器中。在研究的初始階段，由于機載處理器性能的限制，我們選擇將數據發(fā)送到地面基站進(jìn)行運算處理，然后傳回給無(wú)人機，指導無(wú)人機的運動(dòng)。由于在個(gè)過(guò)程中一般是沒(méi)有人工參與，所以也能算智能控制一種，但地面處理器和智能無(wú)人機之間通信性能對這種控制方式的自主性影響較大。實(shí)現讓無(wú)人機在一個(gè)未知環(huán)境中進(jìn)行探索，同時(shí)完成二維環(huán)境建模，并完成了部分三維建模工作。我們將搭載在無(wú)傳回地面站，用不同的算法模塊(建模、定位、避障)進(jìn)行數據處理，將處理好的數據結果發(fā)送給無(wú)人機。
4.2遙控器軟件設計
輕觸遙控器軟軟件設計包括農藥播撒、病蟲(chóng)害監測、水土保持觀(guān)察、作物產(chǎn)量評估等農業(yè)植保作業(yè)�？梢酝ㄟ^(guò)App上的幾個(gè)按鈕就能完成無(wú)人機高清航拍、自動(dòng)懸停、夜航功能、自動(dòng)返航、實(shí)時(shí)數據顯示等功能。
4.3 PC計算機軟件設計
PC計算機軟件采用Linux開(kāi)發(fā)平臺設計，試驗數據的存儲與管理采用My sql數據庫，ARM與PC計算機之間的通訊采用自由端口模式。
4.3.1結構及功能描述
功能描述如下：
(1)無(wú)人機農業(yè)植保作業(yè)飛行控制系統功能：1.該控制系統有與有效機載重量相適應的執行機構功率輸出零部件合理設計方案2.具有北斗(次選GPS)的精準機載定位系統及能夠鎖定高度、平穩懸停的控制功能3.在飛行狀態(tài)下，控制系統具有利用慣性測量單元配合機載衛星定位系統測得當前飛行方向及飛行姿態(tài)數據并根據系統設計要求提供相關(guān)數據的提取與傳輸的功能4.飛行器發(fā)生異常時(shí)，該控制系統有應急保護技術(shù)與系統如：失控保護、斷槳保護及遙控器觸發(fā)自動(dòng)返航等功能5.能夠實(shí)時(shí)提供機載電源系統中各類(lèi)電源電量量程及報警信息的電源管理系統6.設計有飛行姿態(tài)及其它控制硬件機構的減震系統7.該控制系統能在風(fēng)力<8m/s(小于5級)的環(huán)境下保持良好的飛行姿態(tài)8.該控制系統設計有較大的存儲空間，以便能夠接收地面大量的植保作業(yè)飛行計劃數據，并能夠根據地面定位系統提供的定位數據實(shí)時(shí)修正預定飛行計劃數據。
(2)飛行定位與位置修正功能：1.該飛控系統的遙控器通信部分能夠兼容常見(jiàn)不同類(lèi)型的遙控接收機2.該系統的地面端與飛行器端設計有對應的數傳模塊。
(3)無(wú)人機植保作業(yè)保障子系統功能：該系統能夠在無(wú)人值守條件下完成大量飛行器用鋰電池的充電工作。
5、結束語(yǔ)
本文介紹了無(wú)人機農業(yè)植保作業(yè)的具體功能及其實(shí)現。從系統的組成，硬件的配置，軟件設計及功能設計均做出了具體研究，提供了可實(shí)現設計的具體方案。
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