1、研究的意義

傳統的變量農藥噴灑采用壓力控制流量的方式，因此流量的改變就需要一定范圍內的來改變壓力，而壓力的改變必然會導致噴霧顆粒大小的變化，從而造成噴藥的不穩定。為此采用變量農藥噴灑的方法實現農藥的噴藥，因為它是在壓力恒定的情況下實現的，實現了在保證噴霧顆粒大小不變的情況通過改變的值來更大范圍的調節流量變化的目的。

2、PWM調制原理

PWM調制是通過脈沖寬度調制方式將直流電源變成PWM波。PWM波是在一定頻率下的由一連串連續的具有不同占空比的矩形波組成，它廣泛地應用于測量、通信、與變頻等許多領域。圖1所示為生成原理和波形圖，該系統由一個鋸齒波發生器和一個比較器組成。信號如果小于輸出高電平，否則輸出低電平。因此，從圖1中可以看出，比較器輸出一串波。

圖1　調制過程

因此，可以通過對輸出的方波進行信號放大來驅動電磁閥噴頭。在壓力、頻率一定的情況下來改變電磁閥的開斷時間，從而來改變噴頭的流量。

3、無人機農藥噴灑系統總體結構設計

無人機機農藥噴灑系統總體結構包含電動離心噴頭、折疊式噴桿、藥液箱、施藥控制系統、液泵、機架等［3］。農藥噴灑系統整體以四點的方式與無人直升機下方的連接點利用螺栓固定連接。施藥控制系統與機架固連，位于藥箱側面，其信號輸入端與控制主機的輔控制輸出端相接。

4、均勻噴灑控制系統方案設計

4.1、均勻噴灑中央處理模塊（MCU）設計

本設計采用ST公司的STM32F407VGT6作為主控芯片、STM32F103CBT6作為備用應急芯片。在飛行過程中，遙控信息的捕獲、傳感器數據的采集與濾波、實時姿態解算、電機控制等這些任務和計算都需要MCU處理，所以MCU需要非常強大的處理能力。另外，飛控程序本身的多任務特性，要求MCU有足夠的Flash、RAM以及最小的中斷時間。傳統的8位、16位MCU很難達到要求。

與其他型號MCU對比有如下優勢：第一，相對較高的運行頻率、額外的DSP指令集、FPU浮點運算單元和CCM內存等可以提供足夠的計算能力；第二，豐富的外設使得飛控PCB設計變得簡單，減少外部IC的數量，并能一定程度上減輕MCU的處理壓力；第三，Cortex-M內核特有的中斷處理，相比于其他內核而言有更快的響應速度和更豐富的優先級配置，能更快地完成切換。

4.2、電源模塊設計

本系統采用三端固定輸出電壓式穩壓電源7805，它可以輸出的5V直流電壓。為了提高輸出的電流，可以通過使用一個附加的功率三極管來實現，它具有的集電極電流，當電流輸出小于時，穩壓器工作，晶體管不工作；一旦超過這個值，晶體管工作，然后將集電極的電流傳入負載。該電源電路能夠輸送超過的負載電流。

4.3、繼電器模塊設計

本模塊的繼電器選用12V繼電器模塊，模塊尺寸為53mm×18mm×18.5mm；控制區域與負載區域有隔離槽；模塊帶光耦隔離，觸發現可靠，更穩定；采用雙面FR-4線路板設計，高端貼片工藝生產；采用松樂-繼電器控制；具有電源和繼電器動作指示，吸合亮，斷開不亮；信號輸入端有低電平信號時，公共端與常開端會導通；繼電器可以直接控制各種設備和負載；有1個常開和1個常閉觸點；藍色KF301端子接控制線更方便。