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基于STM32四轴飞行器农药喷洒机
一、题目筛选
一次暑假我和我父亲去我家玉米地看到玉米秸秆有很多虫子，第二天我和父亲去喷洒农药，当天喷完农药，父亲的手和脸部都变紫，我父亲说这是药物中毒。于是我边有个想法，这要有一个不用我们人身体接触就能实现给玉米及其他植物喷洒农药该多好！当玉米或其他叶子植物长到半熟期都会出现大量虫灾，由于玉米或其他植物长到一定高度，人为喷洒农药不是一个理想的办法，第一农药对人有害损害我们的呼吸道；第二，高大的植物覆盖田地会让人感觉缺氧。所以我想到用四轴飞行器进行喷洒农药。现有的直升机通常采用一台发动机，一旦发生故障，直升机将坠毁，不能空中维修。我本次设计的项目是利用四轴飞行器，飞行器能垂直起飞、降落并可以平行飞行前进及转弯，驾驶简单。是我们给田地喷洒农药的好工具。
二、方案设计
2.1四轴旋翼模型设计及运动方式
本次设计四轴飞行器旋翼模型入图2.1所示，F前，F右，F后，F左，分别代表前右后左四个桨翼产生的升力，M前，
M右，M后，M左，分别代表前右后左四个桨翼所产生的力矩；控制飞行器四个桨翼产生的升力和力矩即可产生各种飞行姿态，实现各种飞行任务；
图2.1四轴旋翼模型图
具体的运动有：
(a)上下运动
包括四轴飞行器的垂直升降和悬停。如图2.3所示，当飞行器四个桨翼以相等的速度旋转时，各个桨翼所产生的升力大小相等，总的升力大小大于或者小于飞行器自身重力时，飞行器即可以实现上下垂直升降；而等于自身重力时，即可实现水平悬停。
图2.2垂直升降与悬停示意图
(b) 俯仰与横滚
包括四轴飞行器的左右侧移和俯仰运动。如图2.3所示，右边两个桨翼的转速低于左边两个桨翼转速时，右边两桨翼所产生的总升力大小低于左边两桨翼产生的总升力，机身将向右侧移动；同理，相应的可以使机体向左侧移以及产生俯仰运动。
图2.3 俯仰与横滚是一部
(c) 偏航运动
偏航运动也即四轴飞行器的旋转运动。如如图2.4所示，当同一对角线上的一组螺旋桨的转速相同，而不同对角线上的螺旋桨转速不同时，由于产生的反扭矩不能被相互抵消，因而会导致飞行器的发生转向。
图2.4偏航示意图
2.2总体设计
飞行器的整个控制系统包括电源功能模块、遥控接收模块、惯性测量模块（姿态传感器）、电机驱动模块、主控制器及接口与扩展等部分。系统如图2.5所示。
  
图2.5 系统总体设计结构图
三、设计指标
本次设计才用STM32作为主控板分上下两层，四个无刷电机及电调，四个3.3V扇叶。MPU6050传感器计算出四元数，再转换成欧拉角作为PID输入，同时在板子还设计了NRF24L01+2.4G通信芯片与遥控器通讯。在四轴飞行器能承受的重量前提下，为了保持飞行时间足够长可以配备大容量的电池。支架长宽高160mm*160mm*65mm左右（具体要根据装农药的重量来扩大扇叶及支架大小），再设计STM32主控板时可考虑预留地磁及气压芯片位置，方便扩展设计，增加新功能。
三、实现功能
主要实现四轴飞行器原地起飞及原地降落，在空中飞行时开始喷药，喷药的过程中可以转弯。
四、扩展空能
如果在规定时间内上述要求全部实现，对本次设计进行扩展。在此基础上加上航拍摄像头，通过四轴无线通信可以将摄像头采集玉米出虫子是否密集图像传输到户主PC机上或随身携带的平板电脑及手机均可实现远距离控制虫子密集、稀疏药物喷洒情况。在此基础上面还可以不断的扩展，最终能达到在家里实现几千米通信，坐在家里电脑前控制田地喷洒农药情况，完全避免药物中毒和缺氧及暴晒在太阳下，完全实现自动化控制喷洒农药。
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发表于 2015-8-6 03:23 PM
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