一種基於飛行器的空氣品質檢測裝置的製作方法
2023-06-26 04:13:41 1
本發明涉及一種空氣品質檢測裝置，尤其是涉及一種基於飛行器的空氣品質檢測裝置。
背景技術：
多軸飛行器可以根據不同的飛行需要以及不同的飛行環境進行實時的智能切換以達到不一樣的飛行體驗，方向控制靈活，並且具有失控返航保護功能。
現在的空氣品質檢測系統一般有：國外空氣監測方法主要是建立多個分布的監測網點，各子站將檢測到的空氣狀況實時發送給中央監測站。國內空氣品質監測多以覆蓋式設定監測站點為主，各子站接受中心站的控制與調試，利用子站的分析儀器直接測量本站空氣中的汙染物，並將數據實時傳輸到中心站。然而，這些監測網絡無論是在網絡布局、優化設計以及支持區域大氣複合汙染的研究、治理和綜合防治的監測上，還是在利用現代計算機和通信技術對後續數據的管理、可視化展示和綜合分析方面，都還存在一些不足和缺陷，如:(1)現有的檢測系統還不足以支持區域大氣複合汙染的研究和綜合防治；(2)監測網絡布局不合理；(3)監測點覆蓋面積小，導致檢測數據存在很大誤差；(4)每個監測點造價昂貴；(5)現代監測技術、計算機和數據處理技術利用不夠。
技術實現要素：
本發明為了解決現有技術中所存在的問題，在此提供的是一種基於飛行器的空氣品質檢測裝置，該裝置精度高、靈活性強且覆蓋面積廣。
為了實現本申請的目的，在此所採用的技術方案是：
一種基於飛行器的空氣品質檢測裝置，該裝置包括飛行器本體、傳感器組件、數據處理單元以及為所述飛行器本體、所述傳感器組件和所述數據處理單元供電的電源組件，所述傳感器組件、所述數據處理單元和所述電源組件安裝於所述飛行器本體上；所述傳感器組包括二氧化氮傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化硫傳感器、硫化氫濃度傳感器、PM2.5傳感器、臭氧傳感器和數字溫溼度傳感器；所述數據處理單元包括單片機與所述單片機通信連接的無線通信模塊；所述傳感器組件與所述單片機連接。
進一步的，還包括安裝於所述飛行器本體上與所述單片機連接的GPS定位系統。
進一步的，所述電源組件包括為所述傳感器組件和所述數據處理單元供電的第一電源電路和為所述飛行器本體供電的第二電源；所述第一電源電路主要由12V電源、連接在所述12V電源輸出的5V穩壓電路以及連接在所述5V穩壓電路輸出端的3.3V穩壓電路組成；所述第二電源電路為充電電池，充電電池的電壓為12V，電流為1200mA。
進一步的，所述飛行器本體為四旋翼飛行器。
進一步的，所述數據處理單元還包括依次串聯在所述傳感器組件與所述單片機之間的放大器和A/D轉換電路。
本發明的技術構思是：本發明採用廣泛應用飛行器，首先在飛行器的飛行控制模塊中導入飛行地圖，確定需要檢測的範圍，然後啟動飛行器上的啟動開關，由電源組件為飛行器、傳感器組件和數據處理單元提供電源。飛行器控制模塊控制飛行器的飛行路線與檢測範圍，傳感器組件實時收集飛行器所到地方的空氣品質數據，傳感器組件將數據傳輸給數據處理單元，經數據處理單元處理後數據處理單元將數據通過無線通信模塊傳輸到終端進行實時空氣品質檢測。此外，本申請所提供的飛行器具有一鍵返航功能，當飛行器電量不足時，飛行控制模塊下達指令返航，避免飛行器因動力不足而不能安全返回。
本發明的有益效果是：飛行器靈活性強且穩定性好，採用空間飛行器編隊的形式進行數據採集，所檢測範圍的空氣品質數據都能夠採集，避免了以點代面和空間的情況，降低了誤差，實現了低成本、低功耗裝置。
附圖說明
圖1為本發明所提供的基於飛行器的空氣品質檢測裝置的原理框圖。
具體實施例
以下結合附圖本發明作進一步的說明。
【實施例一】
如圖1所示，本申請提供的一種基於飛行器的空氣品質檢測裝置，該裝置包括了飛行器本體、由二氧化氮傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化硫傳感器、硫化氫濃度傳感器、PM2.5傳感器、臭氧傳感器和數字溫溼度傳感器組成的傳感器組件、主要包括單片機與所述單片機通信連接的無線通信模塊的數據處理單元以及為所述飛行器本體、所述傳感器組件和所述數據處理單元供電的電源組件；其中，所述二氧化氮傳感器用來測量空氣中二氧化氮含量，一氧化碳傳感器用來測量空氣中一氧化氮含量，二氧化硫傳感器用來測量空氣中二氧化硫含量，硫化氫濃度傳感器用來測量空氣中硫化氫濃度，PM2.5傳感器用來測量空氣中PM2.5含量，臭氧傳感器用來測量空氣中臭氧含量，數字溫溼度傳感器用來測量空氣中溫度和溼度。而數據處理單元中的無線通信模塊用於將傳感器組件所採集到各種數據傳遞給監控中心或者移動終端進行顯示，便於工作人員查看，實現實時監控。
此外，所述傳感器組件、所述數據處理單元和所述電源組件安裝於所述飛行器本體上。
其中，電源組件包括了為所述傳感器組件和所述數據處理單元供電的第一電源電路和為所述飛行器本體供電的第二電源電路。
【實施例二】
在實施例一的技術方案的基礎上，本實施例增加一與所述單片機連接的GPS定位系統，該GPS定位系統也安裝於飛行器本體上。
此時，電源組件中的第二電源電路不僅為飛行器本體提供電源，還為GPG定位系統提供電源。
【實施三】
在實施例一和/或實施例二的基礎上，增加一放大器和A/D轉換電路，該放大器和A/D轉換電路依次串聯在所述傳感器組件與所述單片機之間。用於對傳感器組件所採集到的二氧化氮含量、一氧化氮含量、二氧化硫含量、硫化氫濃度、PM2.5含量、臭氧含量、溫度值及溼度值進行放大和A/D轉換，提高了數據的穩定性。
在實施例一、實施例二和實施例三中所記載的飛行器本體可以是任何一種飛行器，如四旋翼飛行器。而所記載的二氧化氮傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化硫傳感器、硫化氫濃度傳感器、PM2.5傳感器、臭氧傳感器、數字溫溼度傳感器、數據處理單元和電源組件可以安裝於飛行器本體上的任何位置，但最好是均勻分布安裝於飛行器本體上，從而保證飛行器本身的平衡，以便於四旋翼飛行器PID調試。
此外，本申請所採用的單片機為STM32系列單片機，STM32系列單片機是一款高度集成的片上系統，它具有64KB的Flash，最多內嵌20KB的SRAM，總線接口類型豐富，多達9個通信接口，2個IC接口(支持SMBus/PMBus)、3個USART、2個SPI接口(18Mbit/s)；其單周期指令運行速度是AT系列單片機的幾十倍。
而無線通信模塊選擇的是2.4G NRF24L01無線通信模塊，該模塊有20個引腳，供電電壓為1.9～3.6V，SPI接口數據速率：0～8Mbps，通信範圍可達1km，當工作在發射模式下發射功率為-6dbm時電流消耗為9.0mA，提供125個可選工作頻率，數據傳輸率：1或2Mbps。其數據傳輸模式為增強型ShockBurst模式，該種傳輸模式可以使得雙向連結協議執行起來更為容易、有效。典型的雙向連結為：發送端要求終端設備在接收到數據後有應答信號，以便於發送端檢測有無數據丟失。一旦數據丟失，則通過重新發送功能將丟失的數據恢復。此外，增強型ShockBurst模式可以同時控制應答及重新發送功能而無需增加單片機的工作量。
而在實施例一、實施例二和實施例三中所採用的第一電源電路為若干紐扣電池，如四個CR紐扣電池，其供電電壓值達到12V。單片機的電壓工作範圍為2.0～3.6V，無線通信模塊的電壓工作範圍：1.9～3.6V，AD7705晶片需要+5V，AD7705的基準電壓需要2.5V電源。因此，第一電源電路設計為2.5V、3.3V與5V混合直流電源。第一電源模塊供電電壓為12V，通過三端電壓晶片AMS1117-5.0晶片得到5V直流電源；再通過採用三端電壓晶片AMS1117-3.3製作一個3.3V的直流電源。因AD780輸入電壓為5V，輸出電壓為2.5V，所以以此作為AD7705的參考電壓。
此外，實施例一、實施例二和實施例三中所採用的A/D轉換電路為測量精度高的16位AD7705進行模數轉換。AD7705提供了AIN1(+)、AIN1(-)、DIN、DOUT、SCLK等引腳，方便與壓力傳感器相連接。同時，可通過公式計算AD7705的精度：可通過以下公式計算出AD7705的精度：
l＝a/2bKpa (1)
式中：l—可以精確到的壓力值，a—量程，b—ADC的位數。其中，a＝700Kpa，當b＝12的時候，l＝0.171Kpa；當b＝16時，l＝0.0107Kpa。則可選擇AD7705晶片。
本申請的工作過程是：啟動第一電源電路為傳感器組件和數據處理單元供電；檢查移動終端(手機APP終端)是否有數據傳輸以確保檢測系統是否正常工作，如果檢測系統正常工作則在手機APP端設置飛行器的飛行路線，然後打開第二電源電路為飛行器提供飛行動力和GPS定位系統提供工作電壓,在手機APP端實時檢測傳輸數據和飛行器飛行狀態，一旦傳感器組件或者飛行器出現異常檢測人員按下一鍵返航按鍵召回飛行器。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。