我国丘陵山区果园植保喷药作业设备还很缺乏,现有的喷药设备多以人工手动操作进行粗放式喷药为主,由于需要人工近距离的直接操作,不仅劳动强度大,操作者的身体健康也受到严重威胁。因此本文针对以上问题,通过对丘陵山区现有植保喷药作业方式的研究,结合丘陵山区果园的实际种植情况,将全景可视技术、遥控控制技术、对靶喷药技术等进行集成,设计出一套可视化远程遥控双向自动对靶喷药系统。系统以本团队自主研发的自走式履带电动转运平台为载体,以全景摄像头和4G网络传输构成全景可视模块,以超声波探头探测果树位置进行对靶喷药,以STM32C8T6为控制核心,NRF24L01为无线通信模块构成控制系统,实现了100m远程可视化对靶喷药作业,并且为适应不同喷药作业需求,提供了3种喷药模式,可通过远程遥控切换,主要进行了以下工作:(1)提出一种将全景可视、远程遥控以及自动对靶喷药这3者相结合的可视化远程遥控自动对靶喷药作业方式,利用全景可视为操作者提供喷药系统周围作业环境,喷药作业采用自动对靶的方式,通过远程遥控下达喷药命令,使得操作者能够在远离农药覆盖范围的位置遥控喷药系统进行自动对靶喷药作业,为解决手动作业劳动强度大以及操作者近距离喷药身体健康受到农药危害的问题奠定了基础。(2)喷药系统搭载在本团队自主研发的自走式履带电动转运平台上,搭载喷药系统后整体长宽高为1.6×1.3×3m,整机尺寸较小,能够在丘陵山区果园内进行灵活作业,为实现喷药系统的自动作业提供了条件。采用4G网络传输与全景摄像头组成本文全景可视系统,为实现远距离遥控作业提供了条件。单侧采用4个超声波探头以0.65m的安装间距竖直安装进行靶标探测,为实现对靶喷药提供了条件。(3)为适应丘陵山区果园喷药作业的需求,本文喷药系统采用扇形喷头,由电磁阀控制,喷射幅宽为2.8m,水平射程为1.2m,并提出了手动遥控喷药、自动大药量喷药和自动精量喷药3种喷药模式,保证了喷药系统的适应性。(4)根据系统整体方案,完成了全景摄像头、4G网络传输模块、超声波探头、喷头、电磁阀、喷药泵的硬件选型以及喷药系统机架和对靶执行机构的设计,并以STM32C8T6微控制器为控制核心,NRF24L01模块为无线通信模块构成控制系统硬件,通过对各用电器的用电需求进行分析计算,完成了电源模块的设计。(5)以FreeRTOS实时操作系统为软件程序架构,结合STM32固件库函数编写软件程序。包括无线模块采用的SPI通信方式的配置,收发数据的处理;OLED显示模块采用的I~2C通信方式的配置,文字库的建立;超声波模块采用的UART通信方式的配置,接收到的距离数据的处理,以及矩阵按键、电机驱动、电磁阀驱动程序的编写,为实现系统的远程遥控作业奠定了基础。(6)在西南大学校内以及西南大学柑桔研究所对喷药系统的关键参数以及作业性能进行了试验测试,喷药系统的水平射程、喷幅均达到设计要求,喷药流量为3.07L/min。田间实验的结果表明,全景摄像头通过4G网络传回的图像清晰,摄像头前方可视区域平均长度为5.26m,后方可视区域平均长度为1.56m,可视区域平均总长为6.81m,可视区域平均宽度为1.99m,能够满足操作者对果树以及障碍物等进行判别的需求。在果园中对远程遥控测试结果表明,在35m内,遥控喷药系统切换作业模式以及喷药功能正常,遥控响应灵敏,几乎不存在滞后,满足作业需求。对超声波测距结果表明,探头测距的平均准确率为80%以上,能够满足本文对靶作业的需求。对3种喷药模式的测试结果表明,喷药模式2和3相对于连续喷药均减少了50%以上的喷药量,说明本文对靶喷药系统达到了通过对靶喷药以减少药液浪费的目的。