农药喷雾飞行器自动导航控制系统研究——基于单片机和双目视觉技术.pdfVIP

农药喷雾飞行器自动导航控制系统研究 —基于单片机和双目视觉技术 摘要：农药喷雾飞行器在作业过程中,容易受到外界环境因素的影响°为此,针对复杂多变的环境因素,采 用单片机和双目视觉技术,基于Q-learning机器学习方法,实现了农药喷雾飞行器的自动导航控制°实验结果 表明：农药喷雾飞行器在面对障碍物时能规划岀一条合理的规避威胁航迹,成功避开障碍威胁，顺利到达终点, 实现自动导航控制，证明了系统的可靠性和可行性° 关键词：农药喷雾飞行器；自动导航；单片机；双目视觉；Q-learning 作向飞行器发送控制指令 ,飞行器可以工作在自动和 0引言 手动两种模式下。 传统农药喷雾器打药时，农户与农药近距离接 3） 飞行控制指令解析模块: 飞行器在飞行过程中 触，人员中毒现象经常发生 。植保无人机采用远距离 需要接收5G遥控器的指令才能正常工作，控制指令 遥控操作的方式,不仅让喷洒作业人员避免了与农药 通过路由器的串口传输与5G接收器的PWM信号传 直接接触,且有效地实现了 “速度与时间”的赛跑 。为 输，飞行器收到飞控指令后，会由指令解析器对指令 此,基于单片机和双目视觉技术 ，设计了一种农药喷 进行解析，然后控制器才会制定飞行策略。 雾飞行器自动导航控制系统 ，实现了农药喷雾飞行器 4） 飞行位置控制模块：该模块包括GPS 、大气压 的自动飞行控制。 力计及超声波测距传感器，通过多个传感器的信息融 合，计算出飞行器的地球表面坐标，并将其反馈给位 1自动导航控制系统总体方案 置控制器进行控制 。同时，在三维坐标上反复修复相 1. 1总体架构 对地面的位置,使其相对地面静止,保证飞行器稳定, 基于单片机和双目视觉的农药喷雾飞行器自动 保证双目相机获取图像的稳定性。 导航控制系统包括USB双目相机、5G遥控器、飞行控 5） 飞行姿态控制模块 :通过获取飞行器上的三轴 制指令解析模块、飞行位置控制模块、飞行姿态控制 陀螺仪、三轴加速度计和电子罗盘的数据，采用多元 模块及电机控制模块等，如图1所示。 数姿的梯度下降法进行姿态融合,从而计算出飞行器 自动导航控制系统的各个功能说明如下： 的飞行姿态,并将数据信息发送给姿态控制模块，实 1） USB双目相机 :在OpenWrt路由器链路环境下 时进行姿态控制，使飞行器稳定飞行并保持一定的 采集USB双目相机的图像信号，在OpenCV环境下进 姿态° 行图像处理 ;识别农药喷雾飞行器前方障碍物的距离 1.2硬件设计 和坐标后,通过网络发送到主控芯片进行处理分析， 1）主控制器模块设计 :主控制器模块是农药喷雾 实现对飞行器的飞行控制° 飞行器的核心，采用ST （意法半导体）的 2） 5G遥控器 :采用5G通信技术,通过遥控杆操 STM32F103ZET6微处理器，芯片内部采用ARM 32位 的CortexTM-M3的CPU,芯片最大工作频率72M Hz, 电路设计如图2所示。