我国作为农业大国,农药的有效利用率仅为40%,虽然目前大范围推广农业机械化,但绝大多数还集中于中小型植保机械且不够智能化,作业时往往不能考虑作业地块不同作业区域病虫草害的严重程度是否一致以及所喷施药量是否与病虫草害严重程度相契合,而采用“不同病害程度、统一均衡施药”的一刀切式作业方式,造成了农药的大量浪费,甚至可能对作物产生药害,人们为此研发了变量喷施的作业方法,可以针对不同的病虫草害喷施不同的用药量,目前的研究主要集中于变流量这种调节方式,但这种作业方式虽然控制精度高但容易影响喷洒效果,对雾滴分布均匀性有一定影响且成本较高,为减少农药浪费、环境污染,提高雾滴喷洒效果,本文基于脉冲宽度调制(又称PWM)技术研制了一种浓度调节式变量喷施系统,系统将水和药分开放置,针对不同作业区域通过精准控制出水量和出药量经过混药器搅拌加速混合配置出不同浓度的农药进行作业,可针对作业区域病虫草害的严重程度按需施药,且喷洒雾滴大小以及喷幅可以调节,有效提高作业效果和农药利用率,本文主要研究工作及结果如下:(1)基于PWM技术提出一种浓度调节方法,利用PWM技术精准调节蠕动泵转速进而控制用水用药量,作业时可以针对作业区域内病虫草害严重程度不同调节喷施药液的浓度。(2)研制了一套“变浓度喷施系统”试验台,选用单片机、蠕动泵、离心喷头以及控制单元等元器件,通过试验测试证明:系统可以实现实时配置不同浓度农药,达到精准变量喷施的要求,同时可以针对不同作物以及不同喷施药剂调节喷幅和喷洒雾滴粒径大小,试验台重10Kg,可以远程控制农药喷洒浓度,浓度改变的响应时间不超过1s,整个系统能稳定工作,系统流量和浓度与预设值误差均不超过2.00%。(3)为了明确不同浓度下比较寄存器的数值大小,构建了浓度与蠕动泵对应比较寄存器之间的数学模型,通过模型,只需知道预期配置浓度就可以分别求出控制水箱和药箱流量的蠕动泵对应比较寄存器值,不同的值对应不同的占空比即蠕动泵转速,通过调节水泵和药泵的比较寄存器大小就可以控制水箱和药箱的流量达到配置出不同浓度农药的目的,经过试验验证,模型的精准性达96.00%。(4)对系统的混药性能进行测试及优化,经过对系统工作时喷头喷洒出的柠檬红浓度进行测试,得出浓度的变化是一个逐渐变化的过程,浓度变化时间为控制系统发出指令0.5s至2s之间,2s之后浓度慢慢趋于稳定,为提高系统响应性以及作业精准性,对系统进行了优化,有效将浓度变化时间缩短为控制系统发出指令后0.5s至1s之间,保证1.5s时喷头喷洒出的试剂浓度已达到预设浓度,且优化后的系统混药性能提升大约25.13%。(5)将变量喷施系统改装至3WP-100型自走式喷杆喷雾机并开展了田间试验,通过田间试验确定了系统喷头安装高度与有效喷幅的对应关系,根据此对应关系针对不同的作物设置不同的喷头位置;测试了系统进行试验时合理的喷头转速以及喷头转速与雾滴粒径的关系,在作业前根据喷施试剂作业时合适的雾滴粒径相应调节喷头的转速;确定了系统正常运行时喷头喷洒出的雾滴粒径大小以及雾滴分布均匀性不会因浓度改变而改变,且配置浓度误差不超过2.50%,同时综合雾滴沉积量、雾滴沉积密度、雾滴平均粒径、雾滴分布均匀性四个参数对作业效果进行分析,得到系统工作时的最佳作业速度为2.4km/h,最佳喷洒量为1400ml/min。本文提出的基于PWM调制的浓度调节方法和浓度调节系统为农药减施增效及地面与航空变量喷施植保机械研发提供技术支撑。