基於多旋翼遙控飛行器的煙氣汙染物綜合信息監測系統的製作方法

2023-12-03 04:22:16 1

本實用新型屬於環境監測技術領域，具體涉及一種基於多旋翼遙控飛行器的煙氣汙染物綜合信息監測系統。

背景技術：

目前大氣汙染已成為非常嚴重的環境問題，根據全國各城市大氣汙染源分析數據，燃煤和工業排放佔比為30％～60％，在北方地區的供暖季該比例會更高。

燃煤鍋爐的主要空氣汙染物為顆粒物(PM2.5和PM10)、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等。國家要求工業和供暖鍋爐必須安裝除塵、脫硫、脫氮等裝置，並提供補貼。但部分企業在設備運行中經常偷偷關閉汙染過濾設備、不正常加入脫硫劑或使用含硫量大的燃煤，向空氣中排放了大於規定幾十倍的汙染物，並偽造數據騙取國家的環保補貼，因此排放汙染物的監控存在很大的困難。

技術實現要素：

本實用新型根據現有企業煙囪排放物檢測的實際情況，針對數據無法實時採集和檢測數據單一等困難，提出了一種基於多旋翼遙控飛行器的煙氣汙染物綜合信息監測系統。該系統具有靈活性好，且能夠懸停監測，數據穩定，準確性高的特點。

本實用新型所述的一種基於多旋翼遙控飛行器的煙氣汙染物綜合信息監測系統，由空中和地面站兩部分組成，空中部分由多旋翼遙控飛行器及在其上搭載的電源模塊、多路傳感器模塊、無線數據傳輸模塊、圖像採集模塊、5.8G視頻圖像傳輸模塊組成；地面站部分由無線數據接收模塊、TFT顯示模塊、遙控信號發送模塊、5.8G視頻圖像接收模塊、視頻顯示屏、解碼器、AV轉USB模塊、電源模塊、上位機、GPRS模塊組成。

多旋翼遙控飛行器本身帶有飛控、GPS模塊、Wifi模塊、無刷電機、電子調速器、遙控信號接收模塊，共同組合搭載在多旋翼遙控飛行器的機架上。圖像採集模塊由在多旋翼遙控飛行器上搭載的雲臺及攝像機組成。

其中飛控為多旋翼遙控飛行器的控制器，實現飛行器的平穩飛行和懸停控制等各種功能，GPS為輔助定位器件，可以根據GPS衛星定位的位置輔助飛行，並可以通過Wifi模塊在手機端查看飛行狀態，無刷電機帶動槳葉產生升力，電子調速器的功效就是按照飛控指示控制電機，完成規定速度、動作。遙控信號接 收模塊接收來自遙控信號發送模塊的信號，然後傳送給飛控。

多路傳感器的檢測信號輸出到無線數據傳輸模塊，無線數據傳輸模塊將該信號發送到地面站部分並由無線數據接收模塊接收；攝像機將拍攝到的視頻信號經5.8G無線視頻圖像傳輸模塊傳送到地面站部分並由5.8G無線視頻圖像接收模塊接收。地面站部分將無線數據接收模塊接收到的來自多路傳感器的數據信號分成兩路，一路顯示在TFT顯示模塊上，一路經過GPRS模塊上傳到伺服器，連同所在地點及時間信息一同共享給其它用戶訪問；地面站部分由5.8G無線視頻圖像接收模塊接收到的視頻信號也分成兩路，一路經過解碼器輸入到視頻顯示屏上，實時顯示拍攝到的圖像；另一路通過AV轉USB線接入上位機，上傳到伺服器共享給其它用戶訪問。

前面內容中所述的多路傳感器用於檢測包括但不限於煙氣中顆粒物、硫化物等有害氣體的濃度數據，通過獲得的信息對煙氣汙染物情況做出綜合評價。多路傳感器分別固定安裝在多旋翼遙控飛行器上，顆粒物傳感器通過串口協議讀取，硫化物傳感器通過ADC採樣讀取，將原始信號按協議格式處理後的數據即為實際的汙染度值，多路監測數據經由無線信號傳輸模塊發送給地面站部分。

附圖說明

圖1：多旋翼遙控飛行器搭載的空中部分結構示意圖；

圖2：地面站部分結構示意圖。

具體實施方式

下面對具體實施方法結合附圖對實施例中的技術方案進行詳細、準確的描述。實施例1

如圖1所示，飛控、GPS模塊、Wifi模塊、無刷電機、電子調速器、遙控信號接收模塊屬於多旋翼遙控飛行器的飛行部件(除飛控外，其餘部件沒有在圖1中畫出)，可以從廠家購買得到，然後組合搭載在多旋翼遙控飛行器的機架上。其中飛控為多旋翼遙控飛行器的控制器，實現飛行器的平穩飛行和懸停控制等各種功能，GPS為輔助定位器件，根據GPS衛星定位的位置輔助飛行，並可以通過Wifi模塊在手機端查看飛機狀態，無刷電機帶動槳葉產生升力，電子調速器按照飛控指示控制電機，完成規定速度、動作。

一種可選的飛行器搭配組裝方案：

5系多旋翼無刷電機5008 338KV*6；

40A多旋翼無刷電阻調速器*6；

零度X4-V2工業級飛控(包含GPS,Wifi模塊)；

飛躍960全碳材質機架；

17寸高效碳纖多旋翼平衡正反槳*3；

參照上述組件可以組建起一架可搭載本實施例的六旋翼遙控飛行器。

在多旋翼遙控飛行器上搭載顆粒物傳感器、硫化物及其他氣體汙染物的多路傳感器，不同路之間通過非金屬固定物連接，一同固定在機架上。

多路傳感器檢測到各路數據經過固連在傳感器附近的單片機進行多路數據處理，數據檢測經專業標定。顆粒物傳感器選用諾方電子技術有限公司生產的SDS018雷射顆粒物傳感器，供電電壓5V，最大工作電流100mA，能夠實時、準確地檢測煙氣中的PM2.5和PM10濃度，濃度數據通過串口通信發送到單片機；硫化物及其他氣體汙染物傳感器，選用朗逸科技的MQ135氣體傳感器，輸出為模擬電壓，通過ADC採樣讀取，將讀取到的數位訊號按協議格式處理後的數據即為實際的汙染度值。讀取的多路數據經由無線信號傳輸模塊發送給地面接收端。

電源模塊選用6S動力電池10000MAH25C，電壓分作多路輸出，一路24V直接給電調供電；一路降壓到12V給無線視頻傳輸模塊供電；一路降壓到11.2V，供給遙控接收模塊工作；一路降壓到5.8V給飛控供電，一路降壓到5V給單片機和與之連接的多路傳感器供電，同時給Wifi模塊、GPS模塊供電；從5V取電降壓到3.8V給無線數據傳輸模塊供電。

圖像採集模塊包括攝像機和雲臺，攝像機選用鷹眼飛萊高清4K雲臺專用模擬攝像機，數據以AV形式信號輸出，雲臺跟攝像機配套連接，雲臺自帶陀螺儀和無刷電機，上電自穩。

本實施例採用的單片機為STC15F2K60S2。

多路傳感器數據分別輸入單片機，單片機處理數據後通過無線數據傳輸模塊通數據傳輸通道2發送出去，無線數據傳輸模塊選用E01-ML01DP5，模塊包括nRF24L01無線收發和射頻功率放大，工作在2.4G頻段，無線傳輸距離理論可達2km；5.8G無線視頻圖像傳輸模塊採用2W FPV航拍套裝，頻率為5.8G，圖像傳輸通道1傳輸給地面站部分的圖像用來精準遙控多旋翼遙控飛行器在煙囪上方的懸停，從而方便多種傳感器檢測數據。

遙控信號發射模塊和接收模塊選擇天地飛7遙控器和接收機，接收機通過與飛控晶片的連接，將遙控器的控制信號給飛控晶片。

通過地面站部分對其進行GPS定位，遙控飛行和定位監測地點，攝像頭通 過圖像傳輸通道1傳輸回來的圖像用來精準遙控懸停，檢測數據。

如圖2，地面站部分，包括：無線數據接收模塊、TFT屏幕、遙控信號發送模塊、5.8G視頻圖像接收模塊、視頻顯示屏、解碼器、AV轉USB模塊、電源模塊、上位機、GPRS模塊。

地面遙控信號通過遙控通道3傳輸至飛行器。

地面站部分包括無線信號接收模塊，同樣選用E01-ML01DP5，工作在2.4G頻段，無線信號傳輸模塊將接收到的信號送入地面站部分端單片機讀取，一路顯示在3寸TFT屏幕上，另一路經過GPRS模塊上傳到伺服器，所選用的GPRS模塊為有人科技工業級無線數據透傳模塊；視頻圖像信號在地面站部分通過5.8G視頻接收模塊接收，接收後的信號分出兩路，一路通過解碼器解碼在視頻顯示屏上實時顯示，一路通過AV轉USB線接入上位機，以待上傳伺服器共享給其它用戶訪問。

上位機為電腦端的數據顯示和處理軟體。

上述TFT屏幕與解碼器為一體，選用樂威視高清高亮FPV航拍無線專用AV輸入7寸顯示器。

如前所述，使用三個通道為滿足圖像傳輸的高速、遙控傳輸的實時性和數據傳輸的準確性，不同頻段減少數據幹擾，更易模塊化。

優選地，多旋翼飛行器中以六旋翼最為平穩、帶載能力強。

雖然本實用新型以已用較完整實施例解釋如上，但並非限定於此實施例，應當理解描述實施例僅是發明的一部分，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他的實施例,都屬於本實用新型保護的範圍。

實施例2

進行實地測試，測試地點為長春市郊農家煙囪，測試情況如下：

表1：飛行器距煙囪口不同位置PM2.5、PM10、硫化物濃度測試結果

實際試驗中一旦與伺服器建立起聯繫後，傳輸數據速度幾乎沒有延遲。

分析上表數據，檢測的煙囪排放物汙染度表明燃燒物燃燒顆粒物直徑大，PM數據快速變大卻未爆表，硫化物等汙染度小，對照不同材料燃燒實驗的結果可以分析出實際煙囪燃燒汙染度值與秸稈燃燒數據類似，推斷燃燒物為木柴，通過詢問得證與預想一致。不同距離測試時數據隨距離變化波動，同一距離數據較穩定。通過上述分析，傳感器在檢測實際燃燒物上的定性分析是可靠的，運行時檢測足夠穩定，能適應環境工作。