基于无人机的一种防扰动的大气成分监测系统技术方案

无人机大气成分监测系统由于螺旋桨转动对空气产生扰动而降低监测精度。本发明专利技术设计了基于无人机的一种防扰动大气成分监测系统，其防扰动大气成分监测系统将吸气泵、大气监测器、气压传感器、控制器、抽气泵和导管集成在一个密闭的容器中，容器上方设有挡风板和进气口。防扰动的大气环境监测系统搭载在六旋翼无人机的正上方，并且进气口位于无人机正上方的挡风板内，进一步避免了螺旋桨气流扰动的影响。摄像机位于无人机的正下方，可以360°进行拍摄，在手机端和PC端可以更加直观、动态的观察各个区域的大气成分。本发明专利技术设计合理，通过将监测系统、摄像机与防扰动装置进行集成，将其搭载在无人机上用于大气成分监测。

An Anti-disturbance Atmospheric Composition Monitoring System Based on UAV

The UAV atmospheric composition monitoring system reduces the monitoring accuracy due to the disturbance of the propeller rotation to the air. The invention designs an anti-disturbance atmospheric composition monitoring system based on UAV. The anti-disturbance atmospheric composition monitoring system integrates an aspiration pump, an atmospheric monitor, a pressure sensor, a controller, an aspiration pump and a conduit into a sealed container with a windshield and an air inlet above the container. The anti-disturbance atmospheric environment monitoring system is mounted directly above the six-rotor UAV, and the air intake is located in the windshield directly above the UAV, which further avoids the influence of propeller airflow disturbance. The camera is located directly below the UAV and can shoot at 360 degrees. It can observe the atmospheric composition of each region more intuitively and dynamically at the mobile phone and PC terminals. The invention has reasonable design, and is mounted on an unmanned aerial vehicle for atmospheric composition monitoring by integrating a monitoring system, a camera and an anti-disturbance device.

【技术实现步骤摘要】
基于无人机的一种防扰动的大气成分监测系统
本专利技术涉及一种基于无人机的大气成分监测系统，属于无人机环境气体监测领域。
技术介绍
伴随着工业的快速发展，人们对科技进步和能源需求的增加，由此引发的大气污染已成为制约我国社会可持续发展的瓶颈，特别是近年来，中国出现大范围的雾霾天气，引起了公众和政府的广泛关注。倡导更加健康的生活方式。在这样的需求下，各种气体的监测方法都应运而生。目前的大气监测手段多以地面监测为主，对于高空的大气污染物还没有较为成熟的监测技术。近年来随着现代控制技术和智能技术的发展，无人机的开发与应用受到了世界各界的广泛关注。无人飞行系统由于拥有很强的自主行为能力，可自主感知与控制，可在动态环境中独立完成复杂任务，并且无人机在操作上极为方便，易于转换遥感平台，起飞降落受场地的限制较小，其稳定性好，安全性好、转场等非常容易。此外，在发生环境突发事件时，无人机可以克服交通不便情况危险等不利因素，快速出现在污染事故所在空域，动态、立体的查看污染情况，具有较好的时效性。目前使用无人机对大气环境监测的的少之又少，同时监测设备较为单一，而且并没有考虑到无人机螺旋桨扰动对监测数据精准性的影响，因此有必要设计一款防扰动的动态大气成分监测系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、控制便捷、性能稳定的一种防扰动的无人机大气成分监测系统。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种防扰动的无人机大气成分监测系统，包括挡风板、吸气泵、大气监测器、气压传感器、控制系统、摄像机、抽气泵，搭载到无人机上。摄像机搭载在无人机下方与机壳内的控制器连接。防扰动大气监测系统主要由吸气泵、抽气泵、挡风板、密闭容器、气压传感器、大气监测器、控制系统组成，其中吸气泵、抽气泵、气压传感器、大气监测器、控制系统和导管都在封闭的容器内，进气口在封闭容器的上端，设计的挡风板将进气口包围住，从而进一步避免无人机螺旋桨扰动对监测精度的影响。控制系统由控制模块、数传模块、图传模块、电源模块、存储模块、遥控指令接收模块、飞控指令接收模块、GPS信息接收模块和USB数据接口构成，控制模块对各数据进行处理；电源模块为其他各个模块进行供电；存储模块采用MicroSD卡并与MicroSD卡槽相连用于数据的备份；遥控指令接收模块与飞控指令接收模块用于接收遥控和飞控发送的指令；并将指令传送给控制模块；GPS信息接收模块用于记录数据采集的空间坐标信息；数传模块用于将传感器监测的数据实时传回到地面端，图传模块将摄像机拍摄的视频实时、动态的传回PC端和手机端，可以更加清楚地观察各个区域上方的空气质量的动态画面。所述的监测系统位于无人机的正上方；所述的挡风板装在监测系统的正上方，进气管位于其内部中央位置；所述的吸气泵位于密闭的容器中，从容器的正上方引出一个进气口，进气口一端位于无人机的正上方，另一端与吸气泵连接；所述的气压传感器监测密闭容器中的气压，以保证气体传感器监测值的可靠性和密闭容器内气压平衡；所述的抽气泵在密闭容器中，将密闭容器中的气体抽出，以保持密闭容器中的气体平衡；所述的摄像机装在无人机的正下方。本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术设计合理，将无人机、大气监测器、气压传感器、摄像机、吸气泵、抽气泵和挡风板进行集成。本专利技术将无人机作为监测设备的载体，可以在空中任意位置悬停并监测，解决高空污染监测难题。无人机与大气监测器和摄像机进行集成，不仅节省了大量的人力资源，降低了成本，使用无人机搭载大气监测器和摄像机的数据采集手段，其具有视域范围广、灵活高效、飞行高度可控、定点与巡航相结合的时空观测连续等优点，能够实时监测不同时间、不同地点、不同高度大气污染的连续数据并且可以在地面端接收影像数据，可以直观动态的观察监测区域周围的环境。由于考虑到无人机螺旋桨扰动会对监测器的监测值产生影响，本专利技术设计了防扰动大气监测系统，将吸气泵、抽气泵、大气监测器、气压传感器和挡风板集成。挡风板为了进一步避免螺旋桨对进气口周围大气的影响；吸气泵将无人机上方的大气抽到密闭容器中通过导管直接传输给传感器；大气传感器对大气成分进行监测；气压传感器对密闭容器中的气压进行监测，以保证大气监测器监测值的可靠性和密闭容器内气压平衡；抽气泵将密闭容器的气体排出，以保证密闭容器中的大气平衡。从而避免无人机螺旋桨扰动对大气监测系统的影响，提高了数据监测的精准度。附图说明图1是基于无人机的一种防扰动的大气成分监测系统立体结构示意图图2是防扰动大气成分监测系统内部结构示意图图3是防扰动大气成分监测系统和摄像机与控制器的连接示意图图4是防扰动大气成分监测系统内部管道连接示意图图5是本专利技术系统连接示意图图6是防扰动的大气成分监测主控制系统示意图图7是本专利技术数据传输示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步详述。基于无人机的一种防扰动的大气成分监测系统立体结构示意图，如图1所示，主要由防扰动大气监测器系统1、摄像机2、无人机5和挡风板6组成。防扰动的大气成分监测系统上方和右侧分别有进气管3和排气管4，摄像机能够进行360°旋转拍摄。防扰动大气成分监测系统内部结构示意图，如图2所示，主要由进气管3、吸气泵10、大气监测器9、气压传感器17、控制器模块7、抽气泵8、导管12、进线口11、排气管4。其中控制器模块7由控制模块、电源模块、存储模块、数传模块、GPS模块、遥控器接收模块、飞控指令接收模块和USB数据接口组成。吸气泵10将无人机上方的大气吸入进气管，通过导管12传送给大气监测器9，控制器模块7分别对摄像机、大气监测器、气压传感器、吸气泵、抽气泵进行控制，进线口11将摄像机的引线接入箱内的控制芯片上，以便对摄像机进行控制。图3为防扰动大气监测系统和摄像机与控制器的连接示意图。挡风板6固定在大气监测器外壳上方，进气管3位于其内部中央位置，以防止无人机螺旋桨扰动对监测数值的影响。吸气泵10将大气抽入密闭监测箱中，通过导管传输给大气监测器9，对大气成分进行监测。气压传感器17监测密闭容器中的气压，以保证大气监测器监测值的可靠性和密闭容器内气压平衡。抽气泵8将容器中抽进的大气排出，以保证密闭容器中的气体平衡。进气泵10、传感器9、抽气泵8、气压传感器17和摄像机2通过导线13与控制器7进行连接。图4为本专利技术大气成分监测系统内部管道连接示意图，吸气泵10通过进气管3将无人机上方的大气由进气口14吸入，再通过排气口15排出，接着通过导管12传送给监测器，监测器进行监测，抽气泵8将密闭容器内的气体首先通过进气口14吸收密闭容器内的气体，再通过排气口15和排气管4将气体排出密闭容器外，以保持箱内的气体平衡。图5为本专利技术系统连接示意图，由电源模块、存储模块、摄像机、大气监测器、气压传感器、吸气泵、遥控器接收模块、飞控接收模块、抽气泵、GPS模块、数传模块、图传模块组成。电源模块与USB数据接口为各个模块进行供电，该USB接口不仅对系统进行供电，还可以进行数据的传输。遥控器指令接收模块和飞控指令接收模块分别用于接收遥控器和飞控指令，并传回给控制模块，控制模块从而驱动吸气泵、大气监测器、气压传感器、抽气泵、摄像机。存储模块设有SD卡，从而对数据进行存储备份。图6是防扰动的大气监测主控制系统示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于无人机的一种防扰动的大气成分监测系统，其特征在于：挡风板、吸气泵、大气监测器、气压传感器、控制系统、摄像机、抽气泵，搭载到无人机上与飞控相连；防扰动大气监测系统由挡风板、吸气泵、大气监测器、气压传感器、抽气泵和控制系统组成；控制系统由电源模块、控制模块、存储模块、遥控指令接收模块、飞控指令接收模块、GPS信息接收模块、数传模块、图传模块和USB数据接口构成，电源模块及USB数据接口为其他模块供电；存储模块采用Micro SD卡并与Micro SD卡槽相连用于数据的备份；遥控指令接收模块与飞控指令接收模块用于接收遥控和飞控发送的指令；并将指令传送给控制模块；GPS信息接收模块用于记录数据采集的空间坐标信息；数传模块用于将传感器监测的数据实时传回到地面端，图传模块将摄像机拍摄的视频实时动态的传回PC端和手机端。

【技术特征摘要】
1.基于无人机的一种防扰动的大气成分监测系统，其特征在于：挡风板、吸气泵、大气监测器、气压传感器、控制系统、摄像机、抽气泵，搭载到无人机上与飞控相连；防扰动大气监测系统由挡风板、吸气泵、大气监测器、气压传感器、抽气泵和控制系统组成；控制系统由电源模块、控制模块、存储模块、遥控指令接收模块、飞控指令接收模块、GPS信息接收模块、数传模块、图传模块和USB数据接口构成，电源模块及USB数据接口为其他模块供电；存储模块采用MicroSD卡并与MicroSD卡槽相连用于数据的备份；遥控指令接收模块与飞控指令接收模块用于接收遥控和飞控发送的指令；并将指令传送给控制模块；GPS信息接收模块用于记录数据采集的空间坐标信息；数传模块用于将传感器监测的数据实时传回到地面端，图传模块将摄像机拍摄的视频实时动态的传回PC端和手机端。2.根据权利要求1所述的基于无人机的一种防扰动的大气成分监测系统，其特征在于：所述的防扰动大气环境监测系统位于无人机的正上方...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩文霆，王彤华，李超群，姚小敏，淡煦珈，宋朝阳，彭星硕，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61