在有效控制农作物病虫害、提高农业生产水平、解决人类粮食问题方面,化学农药有着不可替代的作用,而农药使用离不开植保机械的发展,当前我国大部分地区仍普遍采用大雾滴、大容量的喷雾方法喷洒农药,且农药使用不当,不仅会降低作业效率,增加劳动成本,还会引发农作物药害、激发作物对病虫草害的抗药性、降低农产品品质,甚至会造成农药残留浪费现象,造成环境污染,对人体造成伤害。因此,为减少农药对人体伤害,节省劳动力,提高作业效率,本文完成了“植保无人机变量喷药系统”研究与性能试验,实现“按需喷药”。本文主要研究工作及创新之处如下:(1)确定植保无人机变量喷药系统总体方案。该系统主要由水稻病害检测系统设计、植保无人机变量喷药控制系统硬件设计、软件控制部分和田间试验组成。其中水稻病害检测系统包括水稻田间信息采集及处理与病害诊断;植保无人机变量喷药控制系统硬件设计包括变量喷药控制器、变量执行器及其驱动电路、喷头及其工作电压确定、遥控模块设计和电源配电系统设计;软件控制部分包括初始化模块、流量调节模块和主循环模块设计;田间试验分析植保无人机不同飞行速度和作业高度对雾滴沉积分布的影响,确定喷药最佳作业高度和作业速度。(2)提出一种水稻稻瘟病检测诊断算法。利用航拍无人机对水稻田按预定路线进行视频信息采集并提取有效帧图像作为水稻信息图像,利用Microsoft Visual Studio 2010软件设计水稻稻瘟病检测识别算法,首先对获取的有效水稻信息图像进行引入彩色恢复因子C的多尺度Retinex算法(即MSRCR)增强处理,去除不同光照条件影响,再通过二值化分割出稻瘟病发病区域并计算其像素面积与单张图像总面积比值,根据比值结果依次确定每张图像中受稻瘟病病害等级,最终生成病害等级处方图。(3)研制一种植保无人机变量喷药控制系统。通过对变量喷药控制系统变量喷药方式分析采用蠕动泵流量调节式变量喷药方式,并对流量计算进行说明;研究离心式雾化喷头工作原理,分析在不同工作电压下雾滴粒径和喷幅规律,确定喷头最佳工作电压为10V,并完成电源系统配置和其他硬件配置;在系统硬件配置基础上进行软件控制程序编程。(4)进行田间试验。分析植保无人机变量喷药控制系统在四个不同流量等级下,不同飞行速度和作业高度对雾滴沉积分布的影响,试验数据方差分析结果表明该系统控制下植保无人机飞行高度和飞行速度对雾滴沉积密度影响显著,飞行高度对雾滴沉积均匀分布影响显著,最终确定植保无人机最佳作业高度为2m,最佳作业飞行速度为1m/s。