植保無人機動態(tài)變量施藥系統(tǒng)設計與試驗

王大帥 張俊雄 李 偉 熊 斌 張順路 張文強

(中國農業(yè)大學工學院， 北京 100083)

植保無人機動態(tài)變量施藥系統(tǒng)設計與試驗

王大帥 張俊雄 李 偉 熊 斌 張順路 張文強

(中國農業(yè)大學工學院， 北京 100083)

針對我國植保無人機施藥系統(tǒng)控制方式單一，施藥流量無法根據飛行參數自動調整造成的霧滴分布不均勻、重噴、漏噴等問題，設計了基于ARM架構單片機的施藥控制系統(tǒng)，提出基于PWM(脈寬調制)的施藥流量控制方法，采用多傳感器融合技術，實現(xiàn)施藥參數的實時動態(tài)監(jiān)測。設計了基于LabVIEW的地面站控制軟件，實現(xiàn)對施藥系統(tǒng)的遠程控制和作業(yè)數據存儲?；?CD-15型單旋翼無人機平臺對動態(tài)變量施藥系統(tǒng)實際作業(yè)性能及施藥效果進行了測試。試驗結果表明，在飛行速度為0.8～5.8 m/s時，該動態(tài)變量施藥系統(tǒng)可實現(xiàn)施藥流量與飛行速度自動匹配，實際流量與理論流量之間平均偏差為1.9%，實際施藥作業(yè)優(yōu)選飛行速度為3.91～5.10 m/s，此時有效噴幅為5 m，霧滴覆蓋密度為18～41個/cm2，變異系數為34%～75%，霧滴沉積量為42.1～52.4 μg/cm2。

無人機； 變量施藥； 飛行速度； 脈寬調制； 流量

引言

影響植保無人機施藥效果的因素具有多樣性，集中在施藥系統(tǒng)參數、飛行參數和環(huán)境參數等[1-2]方面，國內外學者對此進行了相關研究。FRITZ等[3-4]研究了氣象條件和噴頭類型對航空施藥霧滴沉積和霧滴飄移的影響，指出風速是影響兩者最顯著的因素。BOUSE[5]用氣流模擬飛機噴霧作業(yè)環(huán)境，針對不同類型的噴嘴進行了霧滴沉積效果測試，結果顯示噴嘴噴霧壓力、噴霧角度及飛機飛行速度對施藥效果影響顯著。HUANG等[6]設計了一種針對全自主飛行無人機的低容量噴霧系統(tǒng)，測試了4種不同噴嘴的噴霧效果。KRIK[7]建立了噴嘴口徑、噴射角度、噴霧壓力和飛行速度與施藥質量之間的模型，對霧滴沉積和霧滴飄移的影響因素進行了研究。胡煉等[8-10]設計了無人直升機風場無線傳感器網絡，并研究了單旋翼和多旋翼無人機輔助授粉時不同作業(yè)參數下作物冠層風場分布規(guī)律，為無人機輔助授粉技術的發(fā)展提供參考。王昌陵等[11]提出了一種無人機施藥霧滴空間質量平衡測試試驗方法，通過機載GPS和北斗定位系統(tǒng)有效獲取飛行參數，并可獲取無人機施藥霧滴空間分布情況及下旋氣流場分布情況。薛新宇等[12-14]采用流體力學仿真和實際實驗相結合的方式研究了無人直升機噴霧參數和施藥方式對作物病蟲害防治效果的影響。張京等[15]利用紅外熱像儀研究了無人駕駛直升機航空噴霧參數對霧滴沉積的影響，提出了針對特定機型的最優(yōu)作業(yè)參數。王玲等[16]利用脈寬調制技術實現(xiàn)了流量和霧滴直徑的變量控制，利用風洞測試了不同風速、不同霧滴直徑時霧滴沉積效果。蔣煥煜等[17]構建了一套動態(tài)PWM變量噴霧實驗平臺，通過自動控制高速電磁閥開度實現(xiàn)流量控制，利用霧滴覆蓋密度的變異系數評估了不同PWM控制信號頻率、占空比及不同噴霧壓力下單個噴嘴動態(tài)霧滴分布均勻度。鄧巍等[18-19]開發(fā)了基于脈寬調制連續(xù)式和非連續(xù)式變量噴霧裝置，研究了該噴霧裝置流量變化對平口扇形噴嘴噴霧特性的影響。

目前，我國航空植保產業(yè)尚處于起步階段，在無人機精準施藥控制方面研究不足，缺乏對不同作業(yè)參數、不同環(huán)境條件下小型無人機施藥霧滴覆蓋密度、霧滴分布均勻度、霧滴沉積及霧滴飄移規(guī)律等方面的研究[20-21]。為此，本文設計地面站控制軟件，實現(xiàn)施藥系統(tǒng)遠程控制、數據監(jiān)測及存儲，通過CAN總線實時采集無人機飛行參數，實現(xiàn)施藥流量與飛行速度的自動匹配，為植保無人機變量施藥技術的發(fā)展提供理論依據和數據參考。

1 無人機動態(tài)變量施藥系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)整體設計

設計的無人機動態(tài)變量施藥系統(tǒng)如圖1所示，主要由氣象站、地面站、植保無人機和無線數據傳輸模塊組成，其中植保無人機又包括無人機平臺、飛行控制器和施藥系統(tǒng)。氣象站設置于試驗區(qū)域，用于檢測環(huán)境信息；地面站運行獨立設計的植保無人機智能施藥控制軟件；無線數據傳輸模塊分為地面端和機載端，頻率915 MHz，最大功率100 mW，最遠傳輸距離500 m；無人機平臺采用3CD-15型油動單旋翼無人機，最大載藥量15 L，飛行速度0～8 m/s，飛行高度0～5 m；采用一飛智控Finix300型飛行控制器，用于無人機飛行參數采集。

圖1 無人機動態(tài)變量施藥系統(tǒng)Fig.1 Dynamic variable spraying system of UAV1.氣象站 2.地面站 3.施藥系統(tǒng) 4.無人機平臺 5.飛行控制器 6.無線數據傳輸模塊機載端 7.無線數據傳輸模塊地面端

基于LabVIEW設計了植保無人機智能施藥控制軟件，如圖2所示?？刂栖浖ㄟ^無線數據傳輸模塊與機載施藥控制器進行通信，實現(xiàn)對植保無人機的遠程控制和飛行參數(速度、高度和姿態(tài))、施藥參數(流量、壓力、藥液余量、電池電量)等數據可視化呈現(xiàn)及存儲。通過控制軟件還可實現(xiàn)動態(tài)變量噴霧系統(tǒng)工作模式的遠程切換。

圖2 植保無人機智能施藥控制軟件界面Fig.2 Intelligent spraying control software interface of plant protection UAV

1.2 施藥系統(tǒng)設計

施藥系統(tǒng)主要由藥箱、微型隔膜泵、壓力傳感器、流量傳感器、電動離心噴頭和施藥控制器等組成，如圖3所示。微型隔膜泵負責將藥液由藥箱輸送至電動離心噴頭，電動離心噴頭通過高速轉動產生的離心力將藥液霧化，施藥控制器用于控制微型隔膜泵和電動離心噴頭轉速，壓力傳感器和流量傳感器用于檢測系統(tǒng)壓力和流量。 6S鋰電池為整個施藥系統(tǒng)提供電源，采用基于ARM Cortex-M4內核的STM32F407VET6單片機作為施藥控制器核心處理器；微型隔膜泵采用PLD-1206，額定電壓12 V，最大壓力1 MPa，最大流量4 L/min；壓力傳感器型號KY-3，量程0～1 MPa，精度±0.25%；流量傳感器型號MJ-HW41C，量程0.25～2.5 L/min，精度±5%；電動離心噴頭型號LXPT-03，額定電壓12 V，最高轉速16 000 r/min，霧滴直徑可小于100 μm，左右電動離心噴頭安裝間距為135 cm。

圖3 施藥系統(tǒng)實物圖Fig.3 Picture of spraying system1.飛行控制器 2.施藥控制器 3.藥箱 4.電動離心噴頭 5.噴桿 6.水管 7.微型隔膜泵

1.3 施藥系統(tǒng)控制原理

施藥系統(tǒng)控制原理如圖4所示。對施藥系統(tǒng)各組件功率消耗進行校核分析后，采用2個獨立UBEC (Ultra battery elimination circuit)模塊對6S鋰電池進行穩(wěn)壓。其中一個UBEC模塊穩(wěn)壓輸出5 V/4 A和12 V/4 A電源， 5 V/4 A電源為飛行控制器、施藥控制器、無線數據傳輸模塊、壓力傳感器、流量傳感器及液位傳感器供電，12 V/4 A電源為電動離心噴頭供電；另一個UBEC模塊穩(wěn)壓輸出12 V/4 A電源，為微型隔膜泵供電。施藥控制器通過CAN總線與無人機飛行控制器通信，實時采集飛行參數，并通過無線數據傳輸模塊與地面站控制軟件通信，獲取氣象站采集的環(huán)境參數。施藥控制器輸出端為3路相互獨立且占空比可調的PWM波，有刷電動機電子調速器根據輸入PWM波的占空比對微型隔膜泵和電動離心噴頭進行調速，進而實現(xiàn)對施藥流量、霧滴直徑和有效噴幅的控制。植保無人機施藥試驗過程中，施藥系統(tǒng)工作模式分為遙控控制模式和自動控制模式兩種，施藥控制器通過無線數據傳輸模塊接收地面站控制指令，進行不同作業(yè)模式切換，同時將飛行參數、施藥參數等數據發(fā)送至地面站控制軟件。

圖4 施藥系統(tǒng)控制原理圖Fig.4 Principle diagram of spraying system

1.4 變量施藥控制方法

施藥作業(yè)對象、病蟲害類型及所用農藥種類確定后，微型隔膜泵施藥流量與飛行速度成正比關系。植保無人機在不同飛行速度時所需施藥流量計算式為

(1)

式中Q——理論流量，L/minD——農藥單位面積使用量，L/hm2W——噴幅，mv——飛行速度，m/s

電子調速器輸入的PWM波控制信號周期為20 ms，PWM波占空比有效調節(jié)范圍為5%～9%，此時電子調速器對應輸出0～12 V線性變化電壓。植保無人機施藥系統(tǒng)硬件搭建完成后，需要用流量傳感器對不同PWM波占空比時微型隔膜泵的施藥流量進行標定。以PWM波5%占空比為起點，步長為0.1%，檢測總計40個樣本對應的施藥流量，得出施藥流量與PWM波占空比的關系曲線，如圖5所示，隨后用4次多項式對圖中曲線進行擬合，得到施藥流量與PWM波占空比之間的關系表達式為

PDuty_Ratio=(-0.213 9Q4+1.436 1Q3-2.670 1Q2+3.284 5Q+4.787 7)×100%(R2=0.999 7)

(2)

式中PDuty_Ratio——PWM波占空比，%

圖5 微型隔膜泵流量標定曲線Fig.5 Flow calibration curve of micro diaphragm pump

施藥控制器通過無線數據傳輸模塊獲取地面站控制指令，判斷施藥系統(tǒng)工作模式。當施藥系統(tǒng)工作在遙控控制模式時，微型隔膜泵PWM占空比由地面站遠程控制；施藥系統(tǒng)工作在自動控制模式時，PWM占空比由施藥控制器自動控制，此時施藥控制器通過CAN總線獲取飛行控制器采集的無人機實時飛行速度v，并對飛行速度v進行判斷，當飛行速度v為0.8～5.8 m/s時，代入式(1)計算出當前飛行速度所需要施藥流量Q，隨后將施藥流量Q代入式(2)中，計算滿足當前施藥流量所需PWM波占空比，最終實現(xiàn)微型隔膜泵施藥流量與當前飛行速度的匹配；當藥液余量及電池電壓低于設定臨界值時，微型隔膜泵和電動離心噴頭停止工作，施藥控制器向無人機飛控系統(tǒng)發(fā)送返航指令?？刂屏鞒倘鐖D6所示。

圖6 控制流程圖Fig.6 Flow chart of control program

2 試驗

2.1 試驗方案

選取長50 m、寬10 m的場地作為試驗區(qū)域，周圍設置寬10 m隔離帶，保證試驗安全。配置濃度為0.1%的Rhodamine-B(熒光染色劑)水溶液代替農藥進行噴霧測試。采用26 mm ×76 mm的水敏試紙檢測霧滴覆蓋密度及分布均勻度，采用11 cm×10 cm的聚酯薄膜收集霧滴沉積量。試驗方案如圖7所示，沿X軸正向間隔0.5 m均勻布置21個采樣點，在每個采樣點距離地面0.5 m高處分別固定一片水敏試紙和聚脂薄膜。在霧滴采樣點前方均勻布置4個間隔1 m的風速儀，用于檢測每次試驗時植保無人機下旋氣流最大風速，風速儀距離地面0.5 m水平安裝。試驗過程中，植保無人機飛行前向為Y軸正向且與采樣點中心線重合，保持噴頭距離地面目標高度為2 m，環(huán)境風向沿X軸反向。每次試驗后收集各個采樣點水敏試紙和聚酯薄膜，分別標記并封存，以便后續(xù)檢測分析。

圖7 試驗方案示意圖Fig.7 Schematic diagram of test scheme

試驗在無錫漢和航空技術有限公司飛行測試場進行，如圖8所示。環(huán)境平均溫度25℃，平均相對濕度55%，風速小于1.5 m/s。試驗過程中，設定農藥用量12 L/hm2，有效噴幅5 m，電動離心噴頭工作電壓為額定電壓12 V。測試目標飛行高度為2 m，目標飛行速度分別為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 m/s時的霧滴覆蓋密度以及分布均勻度和沉積量，并通過上述參數評價動態(tài)變量施藥系統(tǒng)的穩(wěn)定性及控制方法的可靠性。由于受環(huán)境變化及人為操作誤差影響，無人機飛行高度和飛行速度暫時無法精準保證，試驗中進行多次試驗，并觀察試驗數據，當實測飛行高度和飛行速度數據與目標飛行高度和飛行速度之間的誤差不超過±0.2 m和±10%時視為有效試驗。

圖8 試驗現(xiàn)場圖Fig.8 Picture of test field

2.2 試驗數據處理方法

霧滴覆蓋密度通過圖像處理技術對每個采樣點的水敏試紙進行分析得到。霧滴分布均勻度用霧滴覆蓋密度的變異系數表示，并由各個采樣點的霧滴覆蓋密度計算得出，變異系數愈小，霧滴分布愈均勻，其計算方法為

(3)

其中

式中C——變異系數，%S——霧滴覆蓋密度標準差X——霧滴平均覆蓋密度，個/cm2

用80 mL蒸餾水對聚脂薄膜進行洗脫，取3～4 mL樣本溶液放入比色皿中，使用Cary Elipse熒光光度分光計(美國瓦里安中國有限公司)測定樣本溶液熒光強度，通過標準曲線可得樣本溶液熒光劑濃度，推算出試驗區(qū)域內每平方厘米霧滴沉積量為

(4)

式中βdep——霧滴沉積量，μg/cm2ρsampl——樣本溶液熒光計讀數ρblk——蒸餾水熒光計讀數Fcal——校準系數，μg/LVdil——用于洗脫采集樣本的溶液體積,L

ρspray——噴霧液濃度，%

Acol——收集器投影面積，cm2

3 結果分析

3.1 施藥流量偏差分析

利用式(1)計算不同速度下理論流量作為衡量標準，通過流量傳感器檢測不同飛行速度時微型隔膜泵實際流量，計算實際流量與理論流量之間的偏差，試驗部分數據見表1。試驗結果顯示，當飛行速度低于0.8 m/s時，PWM波占空比較小，電子調速器輸出電壓不足以克服微型隔膜泵電動機內阻及管路損耗，無法輸出流量；當飛行速度高于5.8 m/s時，微型隔膜泵輸出流量達到峰值，無法根據飛行速度增大而進一步加大輸出流量；飛行速度為0.8～5.8 m/s時，動態(tài)變量施藥系統(tǒng)能根據飛行速度有效控制微型隔膜泵實際流量，實際流量與理論流量之間的平均偏差為1.9%。

3.2 霧滴覆蓋密度及分布均勻度分析

分析目標飛行高度為2 m，目標飛行速度為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 m/s時各個采樣點水敏試紙每平方厘米霧滴個數，由式(3)計算可得動態(tài)變量施藥系統(tǒng)實際施藥試驗時霧滴覆蓋密度及分布均勻度，試驗數據見表2。當水敏試紙霧滴覆蓋密度小于5個/cm2時，視為無效采樣點，由表2數據可知，有效采樣點樣本編號區(qū)間為6～16，有效噴幅為5 m，且不同飛行速度下，平均霧滴覆蓋密度分別為93、80、43、41、18個/cm2，變異系數分別為128%、121%、81%、75%、34%，因此，飛行速度越高，霧滴覆蓋密度、變異系數越小。民航標準MH/T 1002—1995《農業(yè)航空作業(yè)質量技術指標》要求超低容量農藥噴灑時霧滴覆蓋密度為15～40個/cm2，霧滴分布均勻度小于等于70%。結合試驗數據可知，3CD-15型植保無人機優(yōu)選作業(yè)速度為3.91～5.10 m/s。

表1 施藥流量偏差統(tǒng)計Tab.1 Deviation statistics of flow

表2 霧滴覆蓋密度統(tǒng)計Tab.2 Statistics of droplet coverage density 個/cm2

3.3 霧滴沉積量分析

由式(4)計算目標飛行高度為2 m，目標飛行速度分別為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 m/s時各個采樣點聚脂薄膜每平方厘米霧滴沉積量，分析動態(tài)變量施藥系統(tǒng)實際施藥試驗時霧滴沉積效果，試驗數據見表3。試驗中設定藥液用量12 L/hm2，試驗區(qū)域內霧滴沉積量理想值為120 μg/cm2，但實際試驗時，霧滴存在飄移和蒸發(fā)現(xiàn)象，因此實際霧滴沉積量應小于理想值。由表3中數據分析可知，不同飛行速度下，霧滴沉積量在采樣點編號8～12處達到峰值，且當飛行速度低于3.91 m/s時，霧滴沉積量峰值均高于理想值。有效樣本編號6～16區(qū)間內，不同飛行速度時霧滴沉積量平均值分別為90.0、73.0、56.8、52.4、42.1 μg/cm2，飛行速度越高，霧滴沉積量越小，霧滴飄移及蒸發(fā)現(xiàn)象越嚴重。

表3 霧滴沉積量統(tǒng)計

Tab.3 Statistics of droplet deposition μg/cm2

3.4 風場測試數據分析

由表1和表2試驗數據分析發(fā)現(xiàn)，不同飛行速度下，霧滴覆蓋密度和霧滴沉積量均在采樣點中心線附近達到峰值，且明顯高于兩側。分析原因如下：電動離心噴頭安裝間距偏小，左、右電動離心噴頭噴幅重合度偏大；中心線附近采樣點靠近植保無人機正下方，受下旋氣流影響顯著。試驗過程中風場測試數據見表4，不同飛行速度時B、C兩點下旋氣流最大風速明顯高于A、D兩點，且飛行速度越高，下旋氣流最大風速越小。另外，由表1和表2數據分析可知，采樣點中心線左側霧滴覆蓋密度和霧滴沉積量高于采樣點右側，分析原因是霧滴受X軸反向環(huán)境風影響而產生飄移。

表4 風場測試數據Tab.4 Wind speed of test field m/s

3.5 無人機變量施藥系統(tǒng)施藥效果分析

由表1數據可知，動態(tài)變量控制效果較好，實測流量與理論流量的平均誤差為1.9%，能夠實現(xiàn)施藥流量與飛行速度的精準匹配，即飛行速度慢，施藥流量?。伙w行速度快，施藥流量大。結合表2和表3數據，實際的霧滴覆蓋密度和霧滴沉積量并不符合預期，即未能實現(xiàn)隨飛行速度變化而霧滴覆蓋密度和霧滴沉積量保持相對穩(wěn)定，分析原因如下：

(1)無人直升機飛行速度變化對下旋氣流風場分布影響顯著，其在表4中有直觀體現(xiàn)。此現(xiàn)象與直升機飛行原理有關，當直升機以一定速度向前飛行時，直升機主旋翼需要一定的俯仰角，且隨著飛行速度的增加，俯仰角增大。下旋氣流最大風速及空間分布對霧滴沉積和飄移影響顯著，隨著飛行速度的增加，下旋氣流最大風速減小，方向發(fā)生改變，霧滴飄移加劇，因此造成施藥流量雖然與飛行速度相匹配，但霧滴覆蓋密度及沉積量具有減小趨勢。分析表2、3數據可知，隨著飛行速度的增加，霧滴覆蓋密度由93個/cm2降至18個/cm2，霧滴沉積量由90.0 μg/cm2降至42.1 μg/cm2。

(2)隨著無人直升機飛行速度增大，施藥流量相應增加，電動離心噴頭負載增大，轉速下降，離心力降低，難以將所有的霧滴進行有效霧化，造成霧滴直徑增大，霧滴覆蓋密度減小。通過觀察水敏試紙上霧滴附著痕跡可知，飛行速度為0.93 m/s時，霧滴覆蓋密度較大，霧滴尺寸較??；飛行速度為5.10 m/s時，霧滴覆蓋密度較小，霧滴尺寸較大。

(3)由于試驗中飛行速度和飛行高度暫時難以精準控制，且試驗環(huán)境不能保證完全一致，因此試驗數據存在誤差。

4 結論

(1)設計了基于ARM架構單片機的變量施藥控制系統(tǒng)和基于脈寬調制技術的施藥流量控制方法，通過CAN總線技術實時采集無人機飛行參數，實現(xiàn)了施藥流量與飛行速度的自動匹配，并對植保無人機變量施藥系統(tǒng)工作性能及施藥效果進行了測試，試驗結果表明變量施藥系統(tǒng)實際流量與理論流量之間平均偏差為1.9%，控制精度滿足試驗預期，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

(2)基于LabVIEW設計了植保無人機變量施藥控制軟件，通過無線數據傳輸模塊與施藥系統(tǒng)無線雙向通信，實現(xiàn)了無人機變量施藥系統(tǒng)遠程控制、作業(yè)參數實時監(jiān)測及數據存儲。

(3)根據試驗數據分析可知，隨著飛行速度的增加，霧滴覆蓋密度和霧滴沉積量減小，并未能保持相對均勻一致。單純采用脈寬調制技術實現(xiàn)施藥流量與飛行速度動態(tài)匹配可明顯改善施藥效果，但不能完全解決由于飛行速度變化導致的施藥不均勻現(xiàn)象，因此還需對環(huán)境風速、風向、下旋氣流等影響因素作進一步研究。

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20 張東彥，蘭玉彬，陳立平，等.中國農業(yè)航空施藥技術研究進展與展望[J/OL].農業(yè)機械學報，2014，45(10)：53-59. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20141009&flag=1.DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2014.10.009. ZHANG Dongyan, LAN Yubin, CHEN Liping, et al. Current status and future trends of agricultural aerial spraying technology in China[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2014,45(10):53-59. (in Chinese)

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Design and Test of Dynamic Variable Spraying System of Plant Protection UAV

WANG Dashuai ZHANG Junxiong LI Wei XIONG Bin ZHANG Shunlu ZHANG Wenqiang
(CollegeofEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China)

In order to improve the droplet distribution uniformity and avoid repeating and missing spraying, a spraying flow control method based on pulse width modulation (PWM) was designed, and based on the MCU of STM32F407VET6, a dynamic variable spraying system fused with multi-sensor was developed. Spraying system was controlled remotely and spraying parameters were detected and saved by ground measurement and control software which was developed by LabVIEW. The tests based on reality field environment were carried out under the condition of different flying speeds to test actual operation performance and spraying effect of dynamic variable spraying system of plant protection UAV. Operation performance was reflected by deviation between practical and theoretical flows. Practical flow of micro diaphragm pump was detected by a flow sensor and theoretical flow was calculated by a derivation formula. Spraying effect was characterized by droplet deposition, which was collected by water sensitive papers and polyester films at targeted flying speed of 1.0 m/s, 2.0 m/s, 3.0 m/s, 4.0 m/s and 5.0 m/s. Rhodamine-B water solution with concentration of 0.1% was used as a substitute for pesticides in the tests. Concentration of Rhodamine-B was measured by fluorescence intensity protractor, droplet coverage density and distribution uniformity were identified through image processing. The results showed that when flying speed was changed from 0.8 m/s to 5.8 m/s, spraying flow was able to match the speed accurately based on the spraying system and control method, and average deviation between practical and theoretical flows was 1.9%. The optimum flying speed of spraying operation based on 3CD-15 plant protection UAV was 3.91～5.10 m/s, during the variation range of speed, the effective sprinkling width was 5 m, droplet coverage density was 18～41 per square centimeter, coefficient of variation was 34%～75%, droplet deposition was 42.1～52.4 μg/cm2. The research result provided method for optimization of flying speed and also theoretical support to improve the quality of aviation operations.

UAV; variable spraying; flying speed; pulse width modulation; flow

2016-08-29

2016-09-20

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2015BAD23B02)、國家自然科學基金項目(31301232)、國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(2012AA041507)和高等學校博士學科點專項科研基金項目(20130008120020)

王大帥(1990—)，男，博士生，主要從事農業(yè)機器人及植保無人機精準施藥研究，E-mail: wdshc@cau.edu.cn

張俊雄(1979—)，男，副教授，博士，主要從事計算機視覺技術及農業(yè)機器人研究，E-mail: cau2007@cau.edu.cn

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.010

S252+.3

A

1000-1298(2017)05-0086-08