一種多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括多旋翼無人機(jī)、地面通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和移動終端，多旋翼無人機(jī)包括無人機(jī)控制系統(tǒng)和無人機(jī)動力系統(tǒng)；無人機(jī)控制系統(tǒng)用于控制多旋翼無人機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括上升、懸停、避障和下落，在運(yùn)行過程中對空氣中的污染物進(jìn)行多維度自動監(jiān)測，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去；地面通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于接收無人機(jī)采集到的數(shù)據(jù)，發(fā)送給移動終端，并接收來自移動終端的控制指令，發(fā)送給無人機(jī)。本發(fā)明能在無人機(jī)姿態(tài)平穩(wěn)的條件下，保證測量精度，實(shí)現(xiàn)多維度、不同污染物的濃度檢測。
【專利說明】
-種多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無人機(jī)和無線傳感領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控 制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，環(huán)境問題備受關(guān)注，需要對大氣中的污染物的進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并且采集數(shù) 據(jù)，W便于分析與改善措施的制定等。目前，隨著科技的日益發(fā)展，利用無人機(jī)來監(jiān)測環(huán)境 逐漸普及。無人機(jī)的控制和信息采集傳送是監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測無 人機(jī)項(xiàng)目大多是使用特定的遙控器進(jìn)行無線控制，對于采集到的數(shù)據(jù)由存儲卡進(jìn)行存儲。
[0003] 采用特定的遙控器進(jìn)行無人機(jī)控制，增加了系統(tǒng)的開發(fā)成本且不便于攜帶，在高 空采集地點(diǎn)不穩(wěn)定，容易發(fā)生偏移，不能對無人機(jī)姿態(tài)進(jìn)行完美的控制，其控制精度與可信 度也會受到人為因素的影響。利用存儲卡存儲無人機(jī)采集到的數(shù)據(jù)圖像信息，并不能在無 人機(jī)飛行的過程中實(shí)時分析環(huán)境數(shù)據(jù)，也就不便于依照環(huán)境情況調(diào)整無人機(jī)的飛行路線， 會增加監(jiān)測的工作量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中人工控制無人機(jī)采集數(shù)據(jù)容易產(chǎn) 生誤差偏移的缺陷，提供一種能夠自動控制無人機(jī)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主 監(jiān)測控制系統(tǒng)及方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 本發(fā)明提供一種多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)，包括多旋翼無人機(jī)、地面 通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和移動終端，多旋翼無人機(jī)包括無人機(jī)控制系統(tǒng)和無人機(jī)動力系統(tǒng)，其中：
[0007] 無人機(jī)控制系統(tǒng)包括主控模塊、姿態(tài)控制模塊、無線收發(fā)模塊和污染物測量模塊， 用于控制多旋翼無人機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括上升、懸停、避障和下落，在運(yùn)行過程中對空氣中 的污染物進(jìn)行多維度自動監(jiān)測，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去；
[000引地面通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于根據(jù)不同的通信方式，包括在線和離線模式，接收無人機(jī) 采集到的數(shù)據(jù)，發(fā)送給移動終端，并接收來自移動終端的控制指令，發(fā)送給無人機(jī)；
[0009] 移動終端用于對無人機(jī)進(jìn)行功能設(shè)定，并接收和顯示無人機(jī)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0010] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的無人機(jī)控制系統(tǒng)還包括與主控模塊相連的圖像采集模塊、避 障模塊和導(dǎo)航模塊。
[0011] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的地面通信轉(zhuǎn)換模塊包括藍(lán)牙模塊和無線收發(fā)模塊。
[0012] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的姿態(tài)控制模塊包括主控MCU、六軸數(shù)字傳感器和=軸數(shù)字磁力 計(jì)。
[0013] 本發(fā)明提供一種多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制方法，包括W下步驟：
[0014] S1、移動終端向無人機(jī)發(fā)送路徑指令和控制指令，控制無人機(jī)移動至初始坐標(biāo)，由 無人機(jī)姿態(tài)估計(jì)與姿態(tài)控制系統(tǒng)讀取傳感器的值，進(jìn)行姿態(tài)解算，得到無人機(jī)的橫滾、俯 仰、航向運(yùn)些姿態(tài)角，進(jìn)而通過串級PID算法、數(shù)字濾波算法等調(diào)整無人機(jī)的姿態(tài)，消除干擾 信號并控制無人機(jī)保持平衡；
[0015] S2、無人機(jī)實(shí)時監(jiān)測當(dāng)前位置空氣中的污染物數(shù)據(jù)，采集超聲波傳感器的值進(jìn)行 高度PID控制，并根據(jù)路徑指令自動移動至下個位置進(jìn)行監(jiān)測，移動過程中對障礙物進(jìn)行檢 測并避障；
[0016] S3、無人機(jī)將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送給移動終端，完成路徑上所有點(diǎn)的 監(jiān)測后，自動返回。
[0017] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟Sl中姿態(tài)解算的方法具體為：
[0018] 根據(jù)姿態(tài)傳感器巧螺儀測量的無人機(jī)在x、y、z軸方向上的角速度，解算得到四元 數(shù)在短時間內(nèi)的增量，通過積分得到無人機(jī)在某一時刻的四元數(shù)值，從而計(jì)算出此時刻無 人機(jī)機(jī)體的歐拉角。
[0019] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟Sl中通過雙PID控制調(diào)整無人機(jī)的姿態(tài)的方法具體為：
[0020] 外環(huán)輸入為歐拉角角度設(shè)定值，并與當(dāng)前機(jī)體姿態(tài)解算得到的歐拉角測量值比 較，差值經(jīng)過外環(huán)PID控制器輸出內(nèi)環(huán)的目標(biāo)角速度信號，并與當(dāng)前姿態(tài)傳感器得到的角速 度值比較，差值經(jīng)過內(nèi)環(huán)PID控制器計(jì)算，輸出為給到電調(diào)的PWM信號，電調(diào)輸出電流通過旋 翼電機(jī)控制無人機(jī)的機(jī)身角度進(jìn)行飛行，然后姿態(tài)傳感器檢測下一次機(jī)身的角度與角速度 值，進(jìn)行下一次串級PID控制。其中內(nèi)、外環(huán)PID控制W較短的時間間隔循環(huán)。
[0021] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟Sl中獲取無人機(jī)坐標(biāo)的方法具體為:使用卡爾曼濾波器 將速度位置信息與GI^信息融合，得到準(zhǔn)確的無人機(jī)的導(dǎo)航信息。
[0022] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟S2中通過定高控制算法調(diào)整無人機(jī)的姿態(tài)的方法具體 為：
[0023] 控制器輸入為高度設(shè)定值，并與實(shí)際測量高度值比較，差值經(jīng)過高度PID控制器， 輸出為P歷控制信號，與姿態(tài)控制輸出的P歷信號相加控制旋翼電機(jī)，從而控制無人機(jī)機(jī)體 的高度;然后經(jīng)過20ms，超聲波傳感器測量下一次機(jī)體實(shí)際高度，進(jìn)行下一次高度控制;控 制算法中，將預(yù)先設(shè)定高度分300次逐漸增加共6s傳入高度設(shè)定值，控制無人機(jī)上升的速 度，保證其一鍵起飛的穩(wěn)定性;超聲波傳感器每20ms檢測一次無人機(jī)高度，高度PID控制器 在實(shí)際微分項(xiàng)中加入加速度積分得到的速度，設(shè)置一定的系數(shù)比，W防止無人機(jī)在一鍵起 飛時的速度偏高，由于積分誤差的存在，在到達(dá)預(yù)設(shè)高度后去掉速度融合項(xiàng)。
[0024] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟S3中無人機(jī)將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送給移動終 端的方法具體包括：
[0025] 在線狀態(tài)，移動終端直接利用wifi、gprs，通過向云服務(wù)器發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)對無人機(jī) 控制，并通過云服務(wù)器監(jiān)控儲存無人機(jī)地理位置、污染物測量數(shù)據(jù)、圖像信息，由移動終端 通過wifi、gprs無線信號向云服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求讀取并顯示數(shù)據(jù)；
[0026] 離線狀態(tài)，利用地面通信轉(zhuǎn)換端作為無人機(jī)與移動終端的通信中轉(zhuǎn)站，地面通信 轉(zhuǎn)換端包括無線收發(fā)模塊和藍(lán)牙模塊，移動終端對無人機(jī)的控制信息由藍(lán)牙模塊傳輸至通 信轉(zhuǎn)換端內(nèi)，再由無線收發(fā)模塊轉(zhuǎn)送至無人機(jī)主控忍片；同樣，無人機(jī)的位置信息、污染物 測量數(shù)據(jù)和圖像采集信息通過通信轉(zhuǎn)換端傳回移動終端，用于后續(xù)的分析。
[0027] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)，在多 旋翼無人機(jī)的自主導(dǎo)航與自主懸停性能的基礎(chǔ)上，完成某一維度的氣體測量后，控制無人 機(jī)完成自主上升，到達(dá)指定地點(diǎn)懸停，自主測量、避障、下落等任務(wù)，全程無人操作，并且能 在無人機(jī)姿態(tài)平穩(wěn)的條件下，保證測量精度，實(shí)現(xiàn)多維度、不同污染物的濃度檢測，對于監(jiān) 測結(jié)果可W通過實(shí)時傳回移動終端進(jìn)行讀取顯示，便于依照監(jiān)測環(huán)境的情況調(diào)整無人機(jī)的 飛行路線，可W減少監(jiān)測的工作量;該系統(tǒng)可W提高無人機(jī)的控制精度，實(shí)現(xiàn)環(huán)境氣體的高 精度自動監(jiān)測。
【附圖說明】
[0028] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0029] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0030] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)框圖；
[0031] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)的Amlroid終端的結(jié) 構(gòu)框圖；
[0032] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)的姿態(tài)控制的算法示 意圖；
[0033] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)的高度控制的算法示 意圖；
[0034] 圖中，1-控制系統(tǒng)，10-主控忍片，11-姿態(tài)控制系統(tǒng)，12-導(dǎo)航系統(tǒng)，13-無線收發(fā)模 塊，14-避障模塊，15-圖像采集模塊，16-污染物測量模塊，2-地面通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，S-Amlroid 終端，110-六軸數(shù)字傳感器，111-S軸數(shù)字磁力計(jì)，112-主控MCU，4-無人機(jī)動力系統(tǒng)，40-電 調(diào)，41-無刷電機(jī)，42-螺旋獎，43-電池，30-無人機(jī)飛行坐標(biāo)設(shè)定，31-航行軌跡，32-自動歸 位，33-監(jiān)控區(qū)域圖像，34-空氣質(zhì)量分析，35-云服務(wù)器，36-電池電量顯示，37-藍(lán)牙。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0036] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)，包括多旋翼無 人機(jī)、地面通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和移動終端，多旋翼無人機(jī)包括無人機(jī)控制系統(tǒng)和無人機(jī)動力系 統(tǒng)，其中：
[0037] 無人機(jī)控制系統(tǒng)包括主控模塊、姿態(tài)控制模塊、無線收發(fā)模塊和污染物測量模塊， 用于控制多旋翼無人機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括上升、懸停、避障和下落，在運(yùn)行過程中對空氣中 的污染物進(jìn)行多維度自動監(jiān)測，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去；
[0038] 地面通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于根據(jù)不同的通信方式，包括在線和離線模式，接收無人機(jī) 采集到的數(shù)據(jù)，發(fā)送給移動終端，并接收來自移動終端的控制指令，發(fā)送給無人機(jī)；
[0039] 移動終端用于對無人機(jī)進(jìn)行功能設(shè)定，并接收和顯示無人機(jī)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0040] 無人機(jī)控制系統(tǒng)還包括與主控模塊相連的圖像采集模塊、避障模塊和導(dǎo)航模塊。 地面通信轉(zhuǎn)換模塊包括藍(lán)牙模塊和無線收發(fā)模塊。姿態(tài)控制模塊包括主控MCU、六軸數(shù)字傳 感器和S軸數(shù)字磁力計(jì)。無人機(jī)動力系統(tǒng)包括多組與主控MCU相連的旋翼模塊，每組旋翼模 塊均包括依次相連的電調(diào)、無刷電機(jī)和螺旋獎。
[0041] 如圖2所示，在本發(fā)明的另一個具體實(shí)施例中，多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系 統(tǒng)，由多旋翼無人機(jī)，無線通信端和Amlroid終端S大部分組成，多旋翼無人機(jī)主要由控制 系統(tǒng)和動力系統(tǒng)兩部分組成，控制系統(tǒng)W微處理器為主控忍片實(shí)現(xiàn)整機(jī)控制，主要包括姿 態(tài)控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、無線收發(fā)模塊、避障模塊、圖像采集模塊和大氣污染物測量模塊;動 力系統(tǒng)主要由電調(diào)、無刷電機(jī)、螺旋獎和航模電池組成。
[0042] 無線通信端，按照系統(tǒng)的在線與離線模式，具有兩種不同的通信方式，第一種是在 線狀態(tài)下，An化Oid終端直接利用wifi、gprs，通過向云服務(wù)器發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)控制， 并通過云服務(wù)器監(jiān)控儲存無人機(jī)地理位置、污染物測量數(shù)據(jù)、圖像信息，由Amlroid通過所 述Wif i、gprs無線信號向云服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求讀取并顯示數(shù)據(jù);第二種是離線狀態(tài)下，利 用地面通信轉(zhuǎn)換端作為無人機(jī)與Amlroid終端的通信中轉(zhuǎn)站，所述地面通信轉(zhuǎn)換端包括無 線收發(fā)模塊和藍(lán)牙模塊，后兩者之間有相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，所述無線收發(fā)模塊負(fù)責(zé)無人 機(jī)與地面轉(zhuǎn)換端的通信，所述地面轉(zhuǎn)換端內(nèi)的藍(lán)牙模塊與Amlroid終端實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙通信，即 Android終端對無人機(jī)的控制信息由藍(lán)牙模塊傳輸至通信轉(zhuǎn)換端內(nèi)，再由無線收發(fā)模塊轉(zhuǎn) 送至無人機(jī)主控忍片；同樣，無人機(jī)的位置信息、污染物測量數(shù)據(jù)和圖像采集信息通過通信 轉(zhuǎn)換端傳回Amlroid終端，便于后續(xù)的分析。
[0043] 如圖3所示，Andriod終端，能夠?qū)崿F(xiàn)對無人機(jī)的坐標(biāo)設(shè)定、自動歸位控制，接收并 顯示環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)控區(qū)域圖像、航行軌跡W及無人機(jī)電池電量，并根據(jù)污染物測量數(shù)據(jù) 分析不同高度的污染程度，測量數(shù)據(jù)圖像W及分析情況可W同步保存至Amlroid終端SD卡 W及云服務(wù)器中，所述云服務(wù)器，在系統(tǒng)使用在線模式時，可W實(shí)時接收從無人機(jī)發(fā)來的位 置信息、不同高度污染物測量的數(shù)據(jù)、圖像信息，并存儲在云服務(wù)器中，Amlroid終端驗(yàn)證用 戶信息后，通過無線信號向云服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號，云服務(wù)器判別請求信號的類型之 后向Amlroid終端發(fā)送所需的數(shù)據(jù)。
[0044] 如圖2所示，姿態(tài)控制系統(tǒng)，用六軸數(shù)字傳感器和=軸數(shù)字磁力計(jì)相融合，運(yùn)用串 級PID控制實(shí)現(xiàn)多旋翼無人機(jī)的平衡控制W及其他所需的計(jì)算。多旋翼無人機(jī)使用六軸數(shù) 字傳感器110和=軸數(shù)字磁力計(jì)111相融合進(jìn)行姿態(tài)估計(jì)，所述六軸數(shù)字傳感器內(nèi)部集成= 軸加速度計(jì)和S軸巧螺儀，能W 200Hz的頻率提供所需加速度和巧螺儀數(shù)據(jù)，S軸數(shù)字磁力 計(jì)能W50化的頻率提供所需地磁方向數(shù)據(jù)，從而得到準(zhǔn)確的無人機(jī)姿態(tài)，便于進(jìn)行姿態(tài)解 算。
[0045] 導(dǎo)航系統(tǒng)12使用現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)。采用新一代低功耗、高精度的GPS模塊，且支持中 國北斗導(dǎo)航。多旋翼無人機(jī)的速度位置信息通過多旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng)的姿態(tài)估計(jì)器得 到。使用卡爾曼濾波器將速度位置信息與GPS信息融合，可得到準(zhǔn)確的無人機(jī)的導(dǎo)航信息。 然后根據(jù)導(dǎo)航信息和無人機(jī)設(shè)定的飛行信息對多旋翼無人機(jī)進(jìn)行定位，所述定位信息可W 在導(dǎo)航地圖上實(shí)時顯示。
[0046] 無線收發(fā)模塊13,對應(yīng)于系統(tǒng)使用離線模式時啟用，可工作于免許可證的2.4G ISM頻段，大功率、高靈敏度、數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)，且重量只有十幾克。分別安裝于多旋翼無人 機(jī)和地面通信轉(zhuǎn)換端內(nèi)，用于兩者之間的遠(yuǎn)程通信，多旋翼無人機(jī)的主控系統(tǒng)只需使用SPI 接口與該無線模塊連接，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。
[0047] 地面通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)2如圖1所示，是系統(tǒng)離線模式下的通信方式，所述地面通信轉(zhuǎn) 換端作為無人機(jī)與Amlroid終端的通信中轉(zhuǎn)站，包括無線收發(fā)模塊和藍(lán)牙模塊。離線模式下 Amlro id終端向無人機(jī)發(fā)送指令的步驟如下：
[0048] 步驟一：在Android終端設(shè)定對無人機(jī)的控制信息，由藍(lán)牙模塊發(fā)送至通信轉(zhuǎn)換 端；
[0049] 步驟二：由通信轉(zhuǎn)換端內(nèi)的藍(lán)牙轉(zhuǎn)無線模塊將步驟一接收到的信息發(fā)送至無人機(jī) 的無線收發(fā)模塊；
[0050] 步驟無人機(jī)微處理器主控忍片讀取無線收發(fā)模塊的信息控制無人機(jī)。
[0051 ] 無人機(jī)的監(jiān)測信息傳回Amlroid終端按照上述步驟逆向執(zhí)行，An化Oid終端與無人 機(jī)的通信可W實(shí)時進(jìn)行。
[0052] 通信轉(zhuǎn)換端在線模式下的通信主要是利用wifi、gprs模塊接入internet,運(yùn)用云 服務(wù)器實(shí)現(xiàn)Amlroid終端和無人機(jī)的互相通信，上述S者在數(shù)據(jù)傳輸過程中W數(shù)據(jù)帖的形 式進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)帖的內(nèi)容包括帖頭、功能字、長度、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)位等。帖頭主要是 判別數(shù)據(jù)帖的發(fā)送端;功能字主要是發(fā)送端為獲得指定數(shù)據(jù)而特意設(shè)定的標(biāo)志位;長度即 數(shù)據(jù)帖中數(shù)據(jù)的長度;數(shù)據(jù)是實(shí)際接收端要處理的數(shù)據(jù);校驗(yàn)位主要是為了防止在無線數(shù) 據(jù)收發(fā)過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)帖丟失而使接收端接收到錯誤數(shù)據(jù)，所述校驗(yàn)位通過特定算法，確 保了 Amlroid終端、無人機(jī)與云服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，增強(qiáng)了抗干擾性。
[0053] 避障模塊14,在多旋翼無人機(jī)飛行時受到天氣條件的影響比較大時啟用，當(dāng)風(fēng)力 高于3級時，由于風(fēng)力的影響，無人機(jī)會發(fā)生飄移的情況，可能導(dǎo)致其與建筑物發(fā)生碰撞。所 W需要安裝測距系統(tǒng)用來測量無人機(jī)距離障礙物的距離。超聲波模塊的特點(diǎn)必須符合探測 角度足夠大、測量距離的范圍適中的要求。由于無人機(jī)機(jī)體不大，能近距離飛抵線路附近， 選用的測試距離為6-10米。超聲波發(fā)射、接收W及無人機(jī)主控忍片控制=個部分組成了超 聲波測距模塊。超聲波測距模塊由主控忍片進(jìn)行控制并W級聯(lián)的方式進(jìn)行聯(lián)接。在無人機(jī) 的左、右、前=個方位上分別安裝了超聲波測距模塊，一旦=個超聲波收發(fā)模塊同時開啟， 控制板就會將測得的=個方位的距離信息發(fā)送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)隨即對=個方位距離 信號進(jìn)行提取分析W判別無人機(jī)是否與障礙物過于接近。
[0054] 圖像采集模塊15,是為了記錄所監(jiān)控區(qū)域的大氣污染信息而使用高清攝像頭來采 集大氣的圖像，同時將圖像信息通過地面通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)2或者云服務(wù)器傳輸?shù)紸mlroid終端 3, W便檢測人員實(shí)時了解現(xiàn)場大氣的情況與周圍環(huán)境，并將多旋翼無人機(jī)傳來的圖像使用 Amlroid終端的SD卡或者云服務(wù)器進(jìn)行存儲，方便測量人員的后期檢查和處理。
[0055] 大氣污染物測量模塊16,通過使用相應(yīng)的傳感器，可W實(shí)現(xiàn)對大氣污染物（W PM2.5、PM10為主的顆粒物，W二氧化硫?yàn)橹鞯牧蜓趸衔?，W二氧化氮為主的氮氧化合物 等等)和大氣中的有害氣體進(jìn)行精準(zhǔn)檢測。關(guān)于傳感器的安裝可W選擇多個不同功能的傳 感器也可W只安裝單個傳感器，實(shí)現(xiàn)對大氣中不同類型的污染物進(jìn)行有選擇性的監(jiān)測。
[0056] 傳感器使用配套的微處理器對數(shù)字電路模塊檢測到的信號進(jìn)行分析，然后通過串 口與無人機(jī)主控忍片相連，輸出測得的污染物濃度，通過地面通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)2或者云服務(wù)器 傳回Amlroid終端進(jìn)行分析顯示。所述傳感器要盡可能小型化、便于維護(hù)，降低機(jī)體重量和 使用成本。
[0057] 本發(fā)明的多旋翼無人機(jī)的動力系統(tǒng)4如圖2所示，使用電調(diào)40、=相無刷電機(jī)41、螺 旋獎42和航模電池43。無刷電機(jī)由于取消了電刷和換向器組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)，沒有換向 火花和機(jī)械摩擦，具有效率高、無電磁干擾、壽命長、運(yùn)行可靠等優(yōu)勢，使用與無刷電機(jī)配套 的電調(diào)和螺旋獎，可W保證動力系統(tǒng)的良好性能。多旋翼無人機(jī)的電池要求具有大電流放 電能力，同時還需體積小、重量輕，選擇航模電池。
[005引 An化Oid終端3,是每一個人隨身攜帶的移動產(chǎn)品，可W是裝有An化Oid系統(tǒng)的手機(jī) 或者PC機(jī)，但并不僅限于此。由操作者在所述Amlroid終端進(jìn)行無人機(jī)的指令發(fā)送，并根據(jù) 所接收信息實(shí)時調(diào)整無人機(jī)的飛行。其主要實(shí)現(xiàn)的功能如圖3所示：
[0059] An化Oid終端通過無人機(jī)飛行坐標(biāo)設(shè)定模塊30設(shè)置無人機(jī)所要監(jiān)測區(qū)域的經(jīng)締度 W及空間坐標(biāo)，可W顯示無人機(jī)的油口大小W及方向艙相對位置，對于無人機(jī)的飛行速度， 飛行時間，飛行高度也會有相應(yīng)的坐標(biāo)顯示。
[0060] 航行軌跡31，可W在地圖上實(shí)時顯示無人機(jī)所監(jiān)測區(qū)域的航行軌跡，可W結(jié)合監(jiān) 測區(qū)域空氣質(zhì)量的分布情況，由無人機(jī)飛行坐標(biāo)設(shè)定模塊30相應(yīng)改變監(jiān)測位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn) 實(shí)時分析，靈活測量。
[0061] 自動歸位模塊32可W在無人機(jī)監(jiān)測完畢使無人機(jī)自動平穩(wěn)返回。
[0062] 監(jiān)控區(qū)域圖像模塊33內(nèi)可W查看無人機(jī)監(jiān)測區(qū)域的大氣圖像及其周圍環(huán)境。
[0063] 空氣質(zhì)量分析模塊34,可W對藍(lán)牙接收到的大氣污染的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理分析， 對比國家空氣質(zhì)量的分析標(biāo)準(zhǔn)，顯示所監(jiān)測區(qū)域的空氣質(zhì)量。
[0064] 云服務(wù)器35,用于在線模式下實(shí)時儲存無人機(jī)的航行軌跡、監(jiān)控區(qū)域圖像和污染 物測量情況等。用戶可W登錄查看。
[0065] 電池電量顯示模塊36,用來顯示多旋翼無人機(jī)飛行過程中的電量余額。
[0066] 藍(lán)牙模塊37與通信轉(zhuǎn)換模塊2進(jìn)行連接，用于在離線模式下向無人機(jī)發(fā)送控制指 令，同時將無人機(jī)監(jiān)測到的圖像信息、航行軌跡和大氣污染物的數(shù)據(jù)信息返回Amlroid控制 終端并由SD卡進(jìn)行存儲。
[0067] 本發(fā)明實(shí)施例的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制方法，包括W下步驟：
[0068] S1、移動終端向無人機(jī)發(fā)送路徑指令和控制指令，控制無人機(jī)移動至初始坐標(biāo)，由 無人機(jī)姿態(tài)估計(jì)與姿態(tài)控制系統(tǒng)讀取傳感器的值，進(jìn)行姿態(tài)解算，得到無人機(jī)的橫滾、俯 仰、航向運(yùn)些姿態(tài)角，進(jìn)而通過串級PID算法、數(shù)字濾波算法等調(diào)整無人機(jī)的姿態(tài)，并控制無 人機(jī)保持平衡；
[0069] S2、無人機(jī)實(shí)時監(jiān)測當(dāng)前位置空氣中的污染物數(shù)據(jù)，采集超聲波傳感器的值進(jìn)行 高度PID控制，并根據(jù)路徑指令自動移動至下個位置進(jìn)行監(jiān)測，移動過程中對障礙物進(jìn)行檢 測并避障；
[0070] S3、無人機(jī)將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送給移動終端，完成路徑上所有點(diǎn)的 監(jiān)測后，自動返回。
[0071] 步驟Sl中姿態(tài)解算的方法具體為：
[0072] 根據(jù)姿態(tài)傳感器巧螺儀測量的無人機(jī)在x、y、z軸方向上的角速度，解算得到四元 數(shù)在短時間內(nèi)的增量，通過積分得到無人機(jī)在某一時刻的四元數(shù)值，從而計(jì)算出此時刻無 人機(jī)機(jī)體的歐拉角。最終所得歐拉角是用來描述剛體在=維空間上坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度。定 義=個旋轉(zhuǎn)角：
[0073] 橫滾角Rol:繞y軸旋轉(zhuǎn)的夾角，逆時針方向?yàn)檎?br>[0074] 俯仰角Pit:繞X軸旋轉(zhuǎn)的夾角，逆時針方向?yàn)檎?br>[0075] 航向角Yaw:繞Z軸旋轉(zhuǎn)的夾角，逆時針方向?yàn)檎?br>[0076] 機(jī)體坐標(biāo)系b即可看做由地理坐標(biāo)系g通過在S個坐標(biāo)軸上旋轉(zhuǎn)歐拉角而得到。定 義旋轉(zhuǎn)角度丫為無人機(jī)上一點(diǎn)A繞機(jī)身外一定點(diǎn)0轉(zhuǎn)動，向量OA為初始位置向量，經(jīng)過時間t 轉(zhuǎn)動角度運(yùn)動到點(diǎn)B，A與B位于同一平面。
[0077] 由四元數(shù)Q的定義可知：
[007引 0(日0.日1.日2.日3) = ao+aii+日21.+日濁(1)
[0079]
狂）
[0080] 其中9〇、心92、93為實(shí)數(shù)，1〇、4是相互正交的單位向量。
[0081] 對四元數(shù)Q求導(dǎo)可得：
[0082]
(3)
[0083] 然后根據(jù)哥氏定理可知：
[0084] (4)
[0085]
[0086] 巧）
[0087]
[0088] (6)
[0089]
[0090] (7)
[0091]
[0092] 提）
[0093]
[0094] 餅
[00M]由于無人機(jī)運(yùn)載體上姿態(tài)傳感器巧螺儀測量的角速度即為機(jī)體坐標(biāo)系運(yùn)動的角 速度。且：
[0096] (10)
[0097]
[009引 （11)
[0099]由四元數(shù)的乘法公式可得：
[0100] (12)
[0101]故可W根據(jù)姿態(tài)傳感器巧螺儀測量的無人機(jī)在x、y、z軸方向上的角速度，解算得 到四元數(shù)在短時間內(nèi)的增量，通過積分得到無人機(jī)在某一時刻的四元數(shù)值，四元數(shù)值與無 人機(jī)飛行時改變的歐拉角的關(guān)系如下：
[0102；
(城
[0103] 其中：0、e、a分別代表無人機(jī)的=個旋轉(zhuǎn)角，四元數(shù)值與無人機(jī)飛行時的歐拉角關(guān) 系推導(dǎo)在此不做介紹。
[0104] 根據(jù)式（12)和式（13)可計(jì)算出此時刻無人機(jī)機(jī)體的歐拉角。由此可知，當(dāng)?shù)玫剿?旋翼無人機(jī)的四元數(shù)的值，便可解算得到無人機(jī)的橫滾、俯仰、航向運(yùn)些姿態(tài)角，從而控制 無人機(jī)的運(yùn)動。
[0105] 但是由于姿態(tài)解算過程中存在積分運(yùn)算，當(dāng)巧螺儀檢測的角速度信號存在誤差 時，隨著積分的作用，誤差會越來越大，可能導(dǎo)致得到的角度信號失真。運(yùn)時就需要一種能 長期相信的傳感器提供角度信號，運(yùn)就是加速度計(jì)的作用。機(jī)體坐標(biāo)系b中x、y、z軸方向上 所受到的實(shí)際加速度與重力加速度在機(jī)體坐標(biāo)系b中=個軸上投影的加速度相比較，得到 二者姿態(tài)誤差，然后將該誤差積分經(jīng)過與巧螺儀得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行互補(bǔ)濾波，糾正巧螺儀的 積分誤差。從而得到穩(wěn)定可信賴的姿態(tài)角數(shù)據(jù)?；パa(bǔ)濾波過程中，互補(bǔ)濾波系數(shù)可W控制對 巧螺儀與加速度計(jì)各自的相信程度，如果完全按照運(yùn)個姿態(tài)誤差將巧螺儀的積分誤差補(bǔ) 償，則完全信任加速度計(jì)。由于加速度計(jì)上噪聲的影響，互補(bǔ)濾波系數(shù)需根據(jù)實(shí)際情況而 定。
[0106] 步驟Sl中通過串級PID算法控制調(diào)整無人機(jī)的姿態(tài)的方法具體為：
[0107] 串級PID控制是對單回路PID控制質(zhì)量的提升，是四旋翼無人機(jī)的姿態(tài)控制的核 屯、。當(dāng)控制系統(tǒng)存在多個影響因素對輸出量有影響時，單回路PID控制不能很好的達(dá)到系統(tǒng) 控制要求。串級PID將所有影響因素考慮到控制回路，能有效實(shí)現(xiàn)控制性能，提高系統(tǒng)的動 態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。
[0108] 圖4為四旋翼無人機(jī)的串級PID控制結(jié)構(gòu)圖。外環(huán)輸入為歐拉角角度設(shè)定值，并與 當(dāng)前機(jī)體歐拉角測量值比較，差值經(jīng)過外環(huán)PID控制器輸出內(nèi)環(huán)的目標(biāo)角速度信號，并與當(dāng) 前姿態(tài)傳感器得到的角速度值比較，差值經(jīng)過內(nèi)環(huán)PID控制器計(jì)算，輸出為給到電調(diào)的PWM 信號，電調(diào)輸出電流通過旋翼電機(jī)控制無人機(jī)的機(jī)身角度進(jìn)行飛行，然后姿態(tài)傳感器檢測 下一次機(jī)身的角度與角速度值，進(jìn)行下一次串級PID控制。其中內(nèi)、外環(huán)PID控制W較短的時 間間隔循環(huán)。
[0109] 步驟Sl中通過數(shù)字濾波算法調(diào)整無人機(jī)的姿態(tài)的方法具體為：
[0110] 采用數(shù)字濾波算法中的一階低通濾波，計(jì)算量小，適用性強(qiáng)。一階模擬低通濾波器 為硬件RC濾波，根據(jù)電路推導(dǎo)可得其微分方程，則一階數(shù)字低通濾波用差分方程來表示其 微分方程，便可得到其公式為：
[0111] Yn=aXXn+(l-a) XYn-I (14)
[0112] 其中Yn為本次濾波的輸出值;a為濾波系數(shù)，其值通常遠(yuǎn)小于l;Xn為本次采樣輸入 值;Yn-I為Yn前一次的濾波輸出值。
[0113] 此算法的濾波系數(shù)a與截止頻率f的關(guān)系為：
[0114]
(15)
[0115] 其中JT為圓周率，T為輸入值的采樣間隔時間。
[0116] 由上式可知，該算法濾波的輸出值Yn更傾向于相信上次濾波的輸出值Yn-I,而本次 濾波的采樣值Xn對本次濾波輸出值的影響相對較小，運(yùn)就在一定程度上濾除了本次濾波中 高頻信號的干擾。當(dāng)輸入變量低頻變化時，運(yùn)種濾波算法效率是相當(dāng)高的，且濾波效果好。 但是，運(yùn)種濾波算法不能有效濾除高于1/2采樣頻率的干擾信號，故運(yùn)種干擾信號需要采取 其他合適的濾波算法。但對于本系統(tǒng)的應(yīng)用，一階低通濾波完全滿足控制系統(tǒng)對濾波性能 的要求。
[0117] 步驟Sl中獲取無人機(jī)坐標(biāo)的方法具體為：使用卡爾曼濾波器將速度位置信息與 GPS信息融合，得到準(zhǔn)確的無人機(jī)的導(dǎo)航信息。
[0118] 步驟S2中通過定高控制算法調(diào)整無人機(jī)的姿態(tài)的方法具體為：
[0119] 圖5為四旋翼無人機(jī)的高度控制結(jié)構(gòu)圖?？刂破鬏斎霝楦叨仍O(shè)定值，并與實(shí)際測量 高度值比較，差值經(jīng)過高度PID控制器，輸出為HVM控制信號，與姿態(tài)控制輸出的HVM信號相 加控制旋翼電機(jī)，從而控制無人機(jī)機(jī)體的高度。然后經(jīng)過20ms，超聲波傳感器測量下一次機(jī) 體實(shí)際高度，進(jìn)行下一次高度控制。控制算法中，將預(yù)先設(shè)定高度分300次逐漸增加共6s傳 入高度設(shè)定值，控制無人機(jī)上升的速度，保證其一鍵起飛的穩(wěn)定性;超聲波傳感器每20ms檢 測一次無人機(jī)高度，高度PID控制器在實(shí)際微分項(xiàng)中加入加速度積分得到的速度，設(shè)置一定 的系數(shù)比，W防止無人機(jī)在一鍵起飛時的速度偏高，由于積分誤差的存在，在到達(dá)預(yù)設(shè)高度 后去掉速度融合項(xiàng)。
[0120] 步驟S2中無人機(jī)進(jìn)行自動移動和監(jiān)測的方法具體為：
[0121] 無人機(jī)按照預(yù)定的路線完成自主上升，到達(dá)指定地點(diǎn)懸停、自主測量、避障、下落 任務(wù)，W及將返回的測量數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行分析，并在移動終端顯示所監(jiān)測區(qū)域的圖像、飛行 器的航行軌跡、航模電池電量余額W及空氣質(zhì)量，相應(yīng)的監(jiān)測信息也會同步發(fā)送至云服務(wù) 器中，在監(jiān)測完畢可使飛行器自動歸位。
[0122] 步驟S3中無人機(jī)將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送給移動終端的方法具體包括：
[0123] 在線狀態(tài)，移動終端直接利用wifi、gprs，通過向云服務(wù)器發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)對無人機(jī) 控制，并通過云服務(wù)器監(jiān)控儲存無人機(jī)地理位置、污染物測量數(shù)據(jù)、圖像信息，由移動終端 通過wifi、gprs無線信號向云服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求讀取并顯示數(shù)據(jù)；
[0124] 離線狀態(tài)，利用地面通信轉(zhuǎn)換端作為無人機(jī)與移動終端的通信中轉(zhuǎn)站，地面通信 轉(zhuǎn)換端包括無線收發(fā)模塊和藍(lán)牙模塊，移動終端對無人機(jī)的控制信息由藍(lán)牙模塊傳輸至通 信轉(zhuǎn)換端內(nèi)，再由無線收發(fā)模塊轉(zhuǎn)送至無人機(jī)主控忍片；同樣，無人機(jī)的位置信息、污染物 測量數(shù)據(jù)和圖像采集信息通過通信轉(zhuǎn)換端傳回移動終端，用于后續(xù)的分析。
[0125] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可W根據(jù)上述說明加 W改進(jìn)或變換， 而所有運(yùn)些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)，其特征在于，包括多旋翼無人機(jī)、地面通 信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和移動終端，多旋翼無人機(jī)包括無人機(jī)控制系統(tǒng)和無人機(jī)動力系統(tǒng)，其中： 無人機(jī)控制系統(tǒng)包括主控模塊、姿態(tài)控制模塊、無線收發(fā)模塊和污染物測量模塊，用于 控制多旋翼無人機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括上升、懸停、避障和下落，在運(yùn)行過程中對空氣中的污 染物進(jìn)行多維度自動監(jiān)測，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去； 地面通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于根據(jù)不同的通信方式，包括在線和離線模式，接收無人機(jī)采集 到的數(shù)據(jù)，發(fā)送給移動終端，并接收來自移動終端的控制指令，發(fā)送給無人機(jī)； 移動終端用于對無人機(jī)進(jìn)行功能設(shè)定，并接收和顯示無人機(jī)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)，其特征在于，無人機(jī)控 制系統(tǒng)還包括與主控模塊相連的圖像采集模塊、避障模塊和導(dǎo)航模塊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)，其特征在于，地面通信 轉(zhuǎn)換模塊包括藍(lán)牙模塊和無線收發(fā)模塊。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)，其特征在于，姿態(tài)控制 模塊包括主控MCU、六軸數(shù)字傳感器和三軸數(shù)字磁力計(jì)。5. -種權(quán)利要求1所述多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 包括以下步驟： 51、 移動終端向無人機(jī)發(fā)送路徑指令和控制指令，控制無人機(jī)移動至初始坐標(biāo)，由無人 機(jī)姿態(tài)估計(jì)與姿態(tài)控制系統(tǒng)讀取傳感器的值，進(jìn)行姿態(tài)解算，得到無人機(jī)的橫滾、俯仰、航 向這些姿態(tài)角，進(jìn)而通過串級PID算法、數(shù)字濾波算法等調(diào)整無人機(jī)的姿態(tài)，消除干擾信號 并控制無人機(jī)保持平衡； 52、 無人機(jī)實(shí)時監(jiān)測當(dāng)前位置空氣中的污染物數(shù)據(jù)，采集超聲波傳感器的值進(jìn)行高度 PID控制，并根據(jù)路徑指令自動移動至下個位置進(jìn)行監(jiān)測，移動過程中對障礙物進(jìn)行檢測并 避障； 53、 無人機(jī)將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送給移動終端，完成路徑上所有點(diǎn)的監(jiān)測 后，自動返回。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制方法，其特征在于，步驟Sl中 姿態(tài)解算的方法具體為： 根據(jù)姿態(tài)傳感器陀螺儀測量的無人機(jī)在x、y、z軸方向上的角速度，解算得到四元數(shù)在 短時間內(nèi)的增量，通過積分得到無人機(jī)在某一時刻的四元數(shù)值，從而計(jì)算出此時刻無人機(jī) 機(jī)體的歐拉角。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制方法，其特征在于，步驟Sl中 通過雙PID控制調(diào)整無人機(jī)的姿態(tài)的方法具體為： 外環(huán)輸入為歐拉角角度設(shè)定值，并與當(dāng)前機(jī)體姿態(tài)解算得到的歐拉角測量值比較，差 值經(jīng)過外環(huán)PID控制器輸出內(nèi)環(huán)的目標(biāo)角速度信號，并與當(dāng)前姿態(tài)傳感器得到的角速度值 比較，差值經(jīng)過內(nèi)環(huán)PID控制器計(jì)算，輸出為給到電調(diào)的PWM信號，電調(diào)輸出電流通過旋翼電 機(jī)控制無人機(jī)的機(jī)身角度進(jìn)行飛行，然后姿態(tài)傳感器檢測下一次機(jī)身的角度與角速度值， 進(jìn)行下一次串級PID控制。其中內(nèi)、外環(huán)PID控制以較短的時間間隔循環(huán)。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制方法，其特征在于，步驟Sl中 獲取無人機(jī)坐標(biāo)的方法具體為:使用卡爾曼濾波器將速度位置信息與GPS信息融合，得到準(zhǔn) 確的無人機(jī)的導(dǎo)航信息。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制方法，其特征在于，步驟S2中 通過定高控制算法調(diào)整無人機(jī)的姿態(tài)的方法具體為： 控制器輸入為高度設(shè)定值，并與實(shí)際測量高度值比較，差值經(jīng)過高度PID控制器，輸出 為PWM控制信號，與姿態(tài)控制輸出的PWM信號相加控制旋翼電機(jī)，從而控制無人機(jī)機(jī)體的高 度;然后經(jīng)過20ms，超聲波傳感器測量下一次機(jī)體實(shí)際高度，進(jìn)行下一次高度控制;控制算 法中，將預(yù)先設(shè)定高度分300次逐漸增加共6s傳入高度設(shè)定值，控制無人機(jī)上升的速度，保 證其一鍵起飛的穩(wěn)定性;超聲波傳感器每20ms檢測一次無人機(jī)高度，高度PID控制器在實(shí)際 微分項(xiàng)中加入加速度積分得到的速度，設(shè)置一定的系數(shù)比，以防止無人機(jī)在一鍵起飛時的 速度偏高，由于積分誤差的存在，在到達(dá)預(yù)設(shè)高度后去掉速度融合項(xiàng)。10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多旋翼無人機(jī)環(huán)境自主監(jiān)測控制方法，其特征在于，步驟S3 中無人機(jī)將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送給移動終端的方法具體包括： 在線狀態(tài)，移動終端直接利用wif i、gprs，通過向云服務(wù)器發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)控 制，并通過云服務(wù)器監(jiān)控儲存無人機(jī)地理位置、污染物測量數(shù)據(jù)、圖像信息，由移動終端通 過wifi、gprS無線信號向云服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求讀取并顯示數(shù)據(jù)； 離線狀態(tài)，利用地面通信轉(zhuǎn)換端作為無人機(jī)與移動終端的通信中轉(zhuǎn)站，地面通信轉(zhuǎn)換 端包括無線收發(fā)模塊和藍(lán)牙模塊，移動終端對無人機(jī)的控制信息由藍(lán)牙模塊傳輸至通信轉(zhuǎn) 換端內(nèi)，再由無線收發(fā)模塊轉(zhuǎn)送至無人機(jī)主控芯片；同樣，無人機(jī)的位置信息、污染物測量 數(shù)據(jù)和圖像采集信息通過通信轉(zhuǎn)換端傳回移動終端，用于后續(xù)的分析。
【文檔編號】G01N33/00GK105955302SQ201610444996
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】張清勇, 牟意紅, 孫帥, 柳石林
【申請人】武漢理工大學(xué)