本實(shí)用新型屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多旋翼遙控飛行器的煙氣污染物綜合信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前大氣污染已成為非常嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，根據(jù)全國(guó)各城市大氣污染源分析數(shù)據(jù)，燃煤和工業(yè)排放占比為30％～60％，在北方地區(qū)的供暖季該比例會(huì)更高。

燃煤鍋爐的主要空氣污染物為顆粒物(PM2.5和PM10)、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等。國(guó)家要求工業(yè)和供暖鍋爐必須安裝除塵、脫硫、脫氮等裝置，并提供補(bǔ)貼。但部分企業(yè)在設(shè)備運(yùn)行中經(jīng)常偷偷關(guān)閉污染過(guò)濾設(shè)備、不正常加入脫硫劑或使用含硫量大的燃煤，向空氣中排放了大于規(guī)定幾十倍的污染物，并偽造數(shù)據(jù)騙取國(guó)家的環(huán)保補(bǔ)貼，因此排放污染物的監(jiān)控存在很大的困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型根據(jù)現(xiàn)有企業(yè)煙囪排放物檢測(cè)的實(shí)際情況，針對(duì)數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)采集和檢測(cè)數(shù)據(jù)單一等困難，提出了一種基于多旋翼遙控飛行器的煙氣污染物綜合信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有靈活性好，且能夠懸停監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。

本實(shí)用新型所述的一種基于多旋翼遙控飛行器的煙氣污染物綜合信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊、圖像采集模塊、5.8G視頻圖像傳輸模塊組成；地面站部分由無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊、TFT顯示模塊、遙控信號(hào)發(fā)送模塊、5.8G視頻圖像接收模塊、視頻顯示屏、解碼器、AV轉(zhuǎn)USB模塊、電源模塊、上位機(jī)、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(wú)刷電機(jī)、電子調(diào)速器、遙控信號(hào)接收模塊，共同組合搭載在多旋翼遙控飛行器的機(jī)架上。圖像采集模塊由在多旋翼遙控飛行器上搭載的云臺(tái)及攝像機(jī)組成。

其中飛控為多旋翼遙控飛行器的控制器，實(shí)現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)飛行和懸停控制等各種功能，GPS為輔助定位器件，可以根據(jù)GPS衛(wèi)星定位的位置輔助飛行，并可以通過(guò)Wifi模塊在手機(jī)端查看飛行狀態(tài)，無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng)槳葉產(chǎn)生升力，電子調(diào)速器的功效就是按照飛控指示控制電機(jī)，完成規(guī)定速度、動(dòng)作。遙控信號(hào)接 收模塊接收來(lái)自遙控信號(hào)發(fā)送模塊的信號(hào)，然后傳送給飛控。

多路傳感器的檢測(cè)信號(hào)輸出到無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊將該信號(hào)發(fā)送到地面站部分并由無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊接收；攝像機(jī)將拍攝到的視頻信號(hào)經(jīng)5.8G無(wú)線視頻圖像傳輸模塊傳送到地面站部分并由5.8G無(wú)線視頻圖像接收模塊接收。地面站部分將無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊接收到的來(lái)自多路傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)分成兩路，一路顯示在TFT顯示模塊上，一路經(jīng)過(guò)GPRS模塊上傳到服務(wù)器，連同所在地點(diǎn)及時(shí)間信息一同共享給其它用戶訪問(wèn)；地面站部分由5.8G無(wú)線視頻圖像接收模塊接收到的視頻信號(hào)也分成兩路，一路經(jīng)過(guò)解碼器輸入到視頻顯示屏上，實(shí)時(shí)顯示拍攝到的圖像；另一路通過(guò)AV轉(zhuǎn)USB線接入上位機(jī)，上傳到服務(wù)器共享給其它用戶訪問(wèn)。

前面內(nèi)容中所述的多路傳感器用于檢測(cè)包括但不限于煙氣中顆粒物、硫化物等有害氣體的濃度數(shù)據(jù)，通過(guò)獲得的信息對(duì)煙氣污染物情況做出綜合評(píng)價(jià)。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(guò)串口協(xié)議讀取，硫化物傳感器通過(guò)ADC采樣讀取，將原始信號(hào)按協(xié)議格式處理后的數(shù)據(jù)即為實(shí)際的污染度值，多路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)由無(wú)線信號(hào)傳輸模塊發(fā)送給地面站部分。

附圖說(shuō)明

圖1：多旋翼遙控飛行器搭載的空中部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：地面站部分結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)具體實(shí)施方法結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)、準(zhǔn)確的描述。實(shí)施例1

如圖1所示，飛控、GPS模塊、Wifi模塊、無(wú)刷電機(jī)、電子調(diào)速器、遙控信號(hào)接收模塊屬于多旋翼遙控飛行器的飛行部件(除飛控外，其余部件沒(méi)有在圖1中畫(huà)出)，可以從廠家購(gòu)買(mǎi)得到，然后組合搭載在多旋翼遙控飛行器的機(jī)架上。其中飛控為多旋翼遙控飛行器的控制器，實(shí)現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)飛行和懸?？刂频雀鞣N功能，GPS為輔助定位器件，根據(jù)GPS衛(wèi)星定位的位置輔助飛行，并可以通過(guò)Wifi模塊在手機(jī)端查看飛機(jī)狀態(tài)，無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng)槳葉產(chǎn)生升力，電子調(diào)速器按照飛控指示控制電機(jī)，完成規(guī)定速度、動(dòng)作。

一種可選的飛行器搭配組裝方案：

5系多旋翼無(wú)刷電機(jī)5008 338KV*6；

40A多旋翼無(wú)刷電阻調(diào)速器*6；

零度X4-V2工業(yè)級(jí)飛控(包含GPS,Wifi模塊)；

飛躍960全碳材質(zhì)機(jī)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(shí)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、硫化物及其他氣體污染物的多路傳感器，不同路之間通過(guò)非金屬固定物連接，一同固定在機(jī)架上。

多路傳感器檢測(cè)到各路數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)固連在傳感器附近的單片機(jī)進(jìn)行多路數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)檢測(cè)經(jīng)專業(yè)標(biāo)定。顆粒物傳感器選用諾方電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SDS018激光顆粒物傳感器，供電電壓5V，最大工作電流100mA，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)煙氣中的PM2.5和PM10濃度，濃度數(shù)據(jù)通過(guò)串口通信發(fā)送到單片機(jī)；硫化物及其他氣體污染物傳感器，選用朗逸科技的MQ135氣體傳感器，輸出為模擬電壓，通過(guò)ADC采樣讀取，將讀取到的數(shù)字信號(hào)按協(xié)議格式處理后的數(shù)據(jù)即為實(shí)際的污染度值。讀取的多路數(shù)據(jù)經(jīng)由無(wú)線信號(hào)傳輸模塊發(fā)送給地面接收端。

電源模塊選用6S動(dòng)力電池10000MAH25C，電壓分作多路輸出，一路24V直接給電調(diào)供電；一路降壓到12V給無(wú)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(jī)和與之連接的多路傳感器供電，同時(shí)給Wifi模塊、GPS模塊供電；從5V取電降壓到3.8V給無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊供電。

圖像采集模塊包括攝像機(jī)和云臺(tái)，攝像機(jī)選用鷹眼飛萊高清4K云臺(tái)專用模擬攝像機(jī)，數(shù)據(jù)以AV形式信號(hào)輸出，云臺(tái)跟攝像機(jī)配套連接，云臺(tái)自帶陀螺儀和無(wú)刷電機(jī)，上電自穩(wěn)。

本實(shí)施例采用的單片機(jī)為STC15F2K60S2。

多路傳感器數(shù)據(jù)分別輸入單片機(jī)，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊通數(shù)據(jù)傳輸通道2發(fā)送出去，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊選用E01-ML01DP5，模塊包括nRF24L01無(wú)線收發(fā)和射頻功率放大，工作在2.4G頻段，無(wú)線傳輸距離理論可達(dá)2km；5.8G無(wú)線視頻圖像傳輸模塊采用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(lái)精準(zhǔn)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(cè)數(shù)據(jù)。

遙控信號(hào)發(fā)射模塊和接收模塊選擇天地飛7遙控器和接收機(jī)，接收機(jī)通過(guò)與飛控芯片的連接，將遙控器的控制信號(hào)給飛控芯片。

通過(guò)地面站部分對(duì)其進(jìn)行GPS定位，遙控飛行和定位監(jiān)測(cè)地點(diǎn)，攝像頭通 過(guò)圖像傳輸通道1傳輸回來(lái)的圖像用來(lái)精準(zhǔn)遙控懸停，檢測(cè)數(shù)據(jù)。

如圖2，地面站部分，包括：無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊、TFT屏幕、遙控信號(hào)發(fā)送模塊、5.8G視頻圖像接收模塊、視頻顯示屏、解碼器、AV轉(zhuǎn)USB模塊、電源模塊、上位機(jī)、GPRS模塊。

地面遙控信號(hào)通過(guò)遙控通道3傳輸至飛行器。

地面站部分包括無(wú)線信號(hào)接收模塊，同樣選用E01-ML01DP5，工作在2.4G頻段，無(wú)線信號(hào)傳輸模塊將接收到的信號(hào)送入地面站部分端單片機(jī)讀取，一路顯示在3寸TFT屏幕上，另一路經(jīng)過(guò)GPRS模塊上傳到服務(wù)器，所選用的GPRS模塊為有人科技工業(yè)級(jí)無(wú)線數(shù)據(jù)透?jìng)髂K；視頻圖像信號(hào)在地面站部分通過(guò)5.8G視頻接收模塊接收，接收后的信號(hào)分出兩路，一路通過(guò)解碼器解碼在視頻顯示屏上實(shí)時(shí)顯示，一路通過(guò)AV轉(zhuǎn)USB線接入上位機(jī)，以待上傳服務(wù)器共享給其它用戶訪問(wèn)。

上位機(jī)為電腦端的數(shù)據(jù)顯示和處理軟件。

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

如前所述，使用三個(gè)通道為滿足圖像傳輸?shù)母咚?、遙控傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，不同頻段減少數(shù)據(jù)干擾，更易模塊化。

優(yōu)選地，多旋翼飛行器中以六旋翼最為平穩(wěn)、帶載能力強(qiáng)。

雖然本實(shí)用新型以已用較完整實(shí)施例解釋如上，但并非限定于此實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解描述實(shí)施例僅是發(fā)明的一部分，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他的實(shí)施例,都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

實(shí)施例2

進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，測(cè)試地點(diǎn)為長(zhǎng)春市郊農(nóng)家煙囪，測(cè)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(cè)試結(jié)果

實(shí)際試驗(yàn)中一旦與服務(wù)器建立起聯(lián)系后，傳輸數(shù)據(jù)速度幾乎沒(méi)有延遲。

分析上表數(shù)據(jù)，檢測(cè)的煙囪排放物污染度表明燃燒物燃燒顆粒物直徑大，PM數(shù)據(jù)快速變大卻未爆表，硫化物等污染度小，對(duì)照不同材料燃燒實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以分析出實(shí)際煙囪燃燒污染度值與秸稈燃燒數(shù)據(jù)類似，推斷燃燒物為木柴，通過(guò)詢問(wèn)得證與預(yù)想一致。不同距離測(cè)試時(shí)數(shù)據(jù)隨距離變化波動(dòng)，同一距離數(shù)據(jù)較穩(wěn)定。通過(guò)上述分析，傳感器在檢測(cè)實(shí)際燃燒物上的定性分析是可靠的，運(yùn)行時(shí)檢測(cè)足夠穩(wěn)定，能適應(yīng)環(huán)境工作。