微型无人机低空变量喷药系统设计与雾滴沉积规律研究_王玲

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1、2016年1月农业机械学报第47卷第1期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2016．01．003微型无人机低空变量喷药系统设计与雾滴沉积规律研究123311王玲兰玉彬WClintHoffmannBradleyKFritz陈度王书茂(1．中国农业大学工学院，北京100083;2．华南农业大学工程学院，广州510642;3．美国农业部农业研究服务局，大学城TX77845)摘要:针对我国施药机械和农药使用技术严重落后带来的农药用量大、资源有效利用率低、农作物产量和品质下降等问题，设计了微型无

2、人机脉宽调制型变量喷药系统，并利用风洞的可控多风速环境，通过荧光粉测试方法对悬停无人机变量喷药的雾滴沉积规律进行了试验研究。变量喷药系统由地面测控单元和机载喷施系统两部分组成，基于LabWindows/CVI的地面测控软件，采用频率为10Hz、占空比可调的脉冲信号经无线数传模块远程控制机载喷施系统;机载喷施系统以AＲMCortex-M3系列的STM32F103VC微处理器为核心，接收地面控制信号实时调节电动隔膜泵电动机转速，以改变系统喷雾压力和喷药量，实现变量喷雾调节。悬停风洞试验中，选择了PWM占空比、喷孔

3、直径、电动离心喷头转速等变量，对不同距离和风速条件下雾滴沉积效果进行了试验研究。试验结果表明，风速是影响雾滴沉积效果的最显著因素，雾滴沉积以抛物线形式分布在采集区域，沉积高峰区随风速增加不仅远离喷头，且飘移沉积量逐渐减少;雾滴粒径在风速小于3m/s时对沉积效果影响不显著，当风速大于3m/s时，不同粒径的雾滴均发生飘移，飘移沉积量明显减少且沉积范围向远离喷头运动;粒径101.74μm的雾滴更易发生飘移，沉积高峰区集中在距离喷头4m以外，且飘移沉积量明显低于粒径164.00μm与228.16μm的雾滴。关键词:无

4、人机;变量喷药;系统设计;雾滴沉积+中图分类号:S252.3文献标识码:A文章编号:1000-1298(2016)01-0015-08DesignofVariableSprayingSystemandInfluencingFactorsonDropletsDepositionofSmallUAV123311WangLingLanYubinWClintHoffmannBradleyKFritzChenDuWangShumao(1．CollegeofEngineering，ChinaAgriculturalUni

5、versity，Beijing100083，China2．CollegeofEngineering，SouthChinaAgriculturalUniversity，Guangzhou510462，China3．USDA-AＲS，CollegeStationTX77845，USA)Abstract:Apulsewidthmodulation(PWM)variablesprayingsystembasedonminiatureunmannedaerialvehiclewasdeveloped，andbasedo

6、ncontrollablemulti－speedenvironment，adropletdepositiontestthroughdropletsconcentrationmethodwasstudiedforthePWMsprayingsystemwhentheUAVwashovering．Thesystemisconsistedofairbornesprayingdeviceandgroundmeasurementandcontrolunit．Theairbornesprayingdevicewithth

7、eMCUofSTM32F103VCwasremotelycontrolledbythegroundmeasurementandcontrolunitwhichwasdevelopedbyLabWindows/CVIthroughwirelessdatatransmissionmodule．Frequencyof10Hzsquarewaveandadjustabledutyratiowereevaluatedtocontrolmicroelectricdiaphragmpump，andthenpressurea

8、ndflowrateofthesystemwerechanged．Theexperimentswerecarriedonundertheconditionofdifferentdistanceandwindspeedtogettherelationshipamongdepositionvolume，dutyratio，nozzletype，andtherotatespeedofcentrifugal