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基于四旋翼飞行器设施空间环境信息监测关键技术研究

孙志佳  
【摘要】:温室环境信息测量调控在生产中至关重要,单一测量点反映温室整体环境已不能满足需求,经常出现作物生长不一致、局部病虫害滋生等问题,因此测量并了解温室空间环境信息分布情况对温室性能评估、精细环境调控、病虫害预警至关重要。为作物提供均一、适宜的物理环境,提高农作产量是现代化设施农业的终极目标。传统测量不能反映温室环境整体情况,而布设大量有线/无线传感器测量方式,对成本及生产提出很高的要求。鉴于目前温室环境监测技术手段的不足,本文设计了一款微型四旋翼飞行器用于温室空间环境信息的快速无损监测。首先,查阅国内外相关参考文献分析目前微型四旋翼飞行器技术的成熟度及其在农业领域的应用情况,给出微型四旋翼飞行器用于温室空间环境监测需要解决的关键技术难点与相应技术指标。其次,给出微型四旋翼飞行器的硬件技术解决方案,运用KLH-100激光测距传感器、MS5611气压计及MB1242超声波传感器,解决微型四旋翼飞行器在温室空间内的自主定位导航问题,同时利用KLH-100解决飞行器的避障问题,利用MPU6000姿态测量传感器解决飞行姿态检测问题,并阐述了飞行器低压报警电路的硬件设计及无线数据传输模块的选取过程。再次,给出微型四旋翼飞行器的软件设计方案,主要包括自主定位导航程序设计、自主避障程序设计、飞行姿态程序控制设计,并对设计运用的数据融合算法、飞行姿态控制算法及相应的参数整定方法进行了详细介绍。最后,开展了飞行器温湿度采集可行性评估、平面空间温湿度监测试验,探索微型四旋翼飞行器在温室空间环境监测的可行性。实验结果表明:飞行器测量结果与真实值相比有一定偏差,但偏差很小,温度偏差最大不超过1℃,因此微型飞行器用于温室空间环境快速监测是可行的。根据试验结果分析,指出了微型四旋翼飞行器在温室内应用存在的缺点和不足,给出了下一步研究工作的重点和方向。


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