一、 模块运行方式

1.  任务规划与加载模块：

输入：农田边界、障碍物信息、作物类型、病虫害信息、所需喷洒量、天气条件。

运行：利用地面站软件或移动APP，规划最优飞行路径，设定飞行高度、速度、喷洒参数、作业区域。将规划好的任务上传至无人机飞控系统。

输出： 详细的飞行与喷洒任务指令。

2. 飞行控制模块：

输入： 任务指令、GNSS位置信息、IMU数据、气压计高度、指南针航向、风速风向传感器数据。

运行： 飞控计算机实时解算任务指令，结合传感器反馈，通过控制算法精确控制各电机的转速，实现无人机的自主稳定飞行、避障和高度保持。

输出： 电机控制信号，维持精确的飞行姿态、位置和速度。

3. 喷洒控制模块：

输入：任务指令中的喷洒参数、实时飞行速度、高度、药液余量传感器信号。

运行：

流量控制：根据设定的单位面积施药量和实时飞行速度，动态计算并调节隔膜泵或齿轮泵的转速/占空比，实现变量喷洒，保证单位面积施药量恒定。

开关控制：在航线起点自动开启喷洒，在航线终点或转弯时自动关闭喷洒（防止重喷或漏喷），根据任务要求实现断点续喷。

雾化控制：调节压力或离心喷头的转速，控制雾滴粒径。

输出：泵、电磁阀、离心喷头电机的控制信号。

4.  药液输送与雾化模块：

输入：喷洒控制信号、药液。

运行：

药箱： 存储药液，通常配备液位传感器或流量计监测剩余药量。

管路： 连接药箱、泵、喷头。

泵： 提供动力，将药液从药箱压出，输送到喷头。受喷洒控制模块调节。

喷头：将药液雾化成细小液滴。

压力喷头：通过液体压力冲击喷孔实现雾化，粒径受压力影响大。

离心喷头：通过高速旋转的转盘或齿盘利用离心力将药液甩出雾化，粒径更均匀且受流量影响相对较小，更主流。

喷杆：安装喷头，确保雾化覆盖宽度。

输出：雾化后的药液雾滴云。

5. 数据监测与链路模块：

输入：飞控状态、喷洒状态、传感器数据、遥控指令、图传视频。

运行：

遥测链路：将无人机状态和喷洒数据实时下传至地面站/遥控器。

图传链路：将机载摄像头画面实时下传，供操作员监控作业环境和喷施效果。

遥控链路：接收操作员的控制指令。

记录：通常具备飞行轨迹、喷洒面积、用药量等作业数据的本地存储和回传功能。

输出：地面站/遥控器上的实时状态显示、视频画面、作业记录报告。

二、 技术要点

1. 精准变量喷洒：

要点： 核心是飞控、喷洒控制、流量传感器/算法的紧密集成。必须根据实时飞行速度和高精度定位数据，精确计算并动态调整单位时间喷量，确保航线内单位面积施药量高度一致。

实现： 高精度GNSS、实时速度解算、快速响应的泵控算法、精确的流量测量或建模补偿。

2. 均匀雾化与雾滴沉积：

要点： 选择合适类型和数量的喷头，精确控制雾滴粒径。优化喷杆布局和喷头角度，确保雾滴在喷幅内分布均匀，并能有效穿透冠层沉积到目标部位。

实现： 离心喷头技术、风场测试、喷头选型与排列优化。

3. 抗干扰与鲁棒性：

要点：系统需在复杂农田环境下稳定可靠工作。飞控需能抵抗阵风扰动，喷洒系统需适应不同粘度药液，电气连接需防水防尘防腐蚀。

实现：强健的飞控算法、高品质防水连接器、耐腐蚀材料、泵的适应性设计。

4. 系统集成与轻量化：

要点：在有限的载重和空间内，高效集成所有模块，最大化药箱容量和作业效率，同时保证结构强度和飞行性能。

实现：紧凑的模块化设计、轻量化材料应用、高效的能源管理。

5. 智能避障与仿地飞行：

要点： 应对复杂地形和田间障碍物。保证飞行安全，维持恒定的相对作物高度，这对雾滴沉积效果至关重要。

实现： 毫米波雷达、双目/多目视觉系统、激光雷达组合感知，实时生成地图并规划避障路径，结合GNSS/RTK和气压计实现高精度定高。

三、技术难点

1. 雾滴飘移控制：

难点：细小雾滴极易受自然风和无人机下洗气流影响发生飘移，导致药液损失、环境污染、非靶标区域药害。在风速较大或高温低湿条件下尤为严重。

攻关： 研发抗飘移配方、优化雾滴粒径、改进喷头设计、优化飞行参数、利用下洗气流辅助沉积。这是行业最核心的难点之一。

2. 复杂环境下的精准喷洒：

难点：作物冠层结构复杂，雾滴难以穿透沉积到中下部叶片背面；作物不同生长期对喷洒要求不同；小地块、不规则地块的边界精确识别与喷洒。

攻关：发展冠层感知技术、变量喷洒算法结合处方图、AI识别作物行和边界实现精准边界喷洒、优化下洗气流场设计增强穿透力。

3. 高精度、高可靠性的流量控制：

难点：在振动、药液粘度变化、泵磨损、管路阻力变化等情况下，保持流量的长期高精度和稳定性。小流量下的精确控制尤其困难。流量传感器的精度、响应速度和耐腐蚀性也是挑战。

攻关： 研发更耐用的高精度微型流量计、改进控制算法、采用无流量计但依赖精准泵模型+飞行参数的开环/半闭环控制策略。

4. 续航能力与作业效率的平衡：

难点：电池能量密度限制导致单次飞行时间有限。频繁更换电池和药液降低了纯作业时间占比。提升载药量通常会增加重量，进一步缩短续航。

攻关： 提高电池能量密度、优化整机气动和结构设计以降低能耗、发展快速充电/换电技术、提升作业自动化程度、探索混动/燃料电池等新动力方案。

5. 系统安全性：

难点：防止药液泄漏污染设备或环境；确保电气系统在潮湿、药液蒸汽环境下的绝对安全；可靠的失效保护机制；严格的电磁兼容性设计防止干扰飞控。

攻关： 多重密封设计、本质安全电路设计、冗余通信链路、完善的故障诊断与处理策略、符合严格的安规认证。

6. 药剂兼容性与系统维护：

难点：农药、化肥、生物制剂等种类繁多，成分复杂，对泵、管路、密封件、喷头的腐蚀性、磨损性和堵塞风险不同。系统易残留药液导致交叉污染和腐蚀。

攻关： 选用耐化学腐蚀材料、设计易清洗的结构、提供彻底的清洗程序、开发自清洁功能、制定严格的维护保养规程。