一种气体采集系统、环境监测系统、无人机及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种气体采集系统、环境监测系统、无人机及其工作方法，属于环境监测与保护技术领域，该气体采集系统包括电源、气泵和多个气袋，气泵与多个气袋之间分别通过软管相连通，每个气袋分别对应设置有电磁阀，电磁阀分别连接有相对应的分支光耦继电器，气泵一端连接所述电磁阀，另一端连接公用光耦继电器；电源与气泵及电磁阀相连接并为其供电。本发明专利技术还公开了包括上述气体采集系统的环境监测系统，搭载有上述环境监测系统的无人机以及环境监测系统的工作方法。本发明专利技术示例的技术方案，能够实现微量气体采集、未知气体采集或超出站点气体传感器量程而无法测量时的气体采集工作，灵活度高，大幅提高环境监测数据的准确性。

A gas acquisition system, environmental monitoring system, UAV and its working method

【技术实现步骤摘要】
一种气体采集系统、环境监测系统、无人机及其工作方法
本专利技术属于环境监测与保护
，具体的说是一种气体采集系统、环境监测系统、无人机及其工作方法。
技术介绍
随着社会经济的蓬勃发展，环境污染日趋严重，在工业、农业、建筑业及交通运输业等行业尤为突出，与此同时，伴随着养殖规模扩大及汽车保有量的大幅增加所带来的污染物质排放，使全国很多地方面临着严重污染的巨大挑战。然而，目前大部分环境污染监测点为固位点，对于远离监测点的区域无法监测，进而影响了那些远离监测点的空气质量的提升和环境的改善。所以，需要一种能够在一定区域内移动监测的设备，从而对违法者起到震慑作用。如今一些环境监测系统已经不能满足社会发展的要求，亟需进行技术升级。无人机具有不受地面因素制约、机动灵活、成本低、快速及立体化执行任务等优良特点，近年来，随着无人机技术的快速发展，无人机的应用已经逐渐进入各行各业，但目前无人机在环境监测方面的应用还十分有限，大多局限在画面拍摄上，无法对一定区域内的空气质量进行有效的监测，如何设计一款搭载监测平台在一定空域进行大气相关参数监测的系统，是本领域技术人员需要解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种气体采集系统、环境监测系统、无人机及其工作方法，实现对气体样本的采集、检测，能够准确地检测出气体中污染物的浓度，并且采集地点、采集高度能够灵活调整，大幅提高环境监测数据的准确性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：一方面，本专利技术提供了一种气体采集系统，包括电源、气泵和多个气袋，所述气泵与多个所述气袋之间分别通过软管相连通，每个气袋分别对应设置有电磁阀，所述电磁阀的进气口与气泵连接，电磁阀的出气口与气袋连接；所述电磁阀分别连接有相对应的分支光耦继电器，所述气泵一端连接所述电磁阀，气泵另一端连接公用光耦继电器；所述电源与气泵及电磁阀相连接并为其供电。进一步的，所述气袋的进气口处设置有止回阀。另一方面，本专利技术还提供了一种环境监测系统，包括微处理器和本专利技术示例的任一种气体采集系统，所述公用光耦继电器和分支光耦继电器均与微处理器连接，所述微处理器与所述电源相连接。进一步的，所述微处理器还与以下部件中的一种或多种相连接：温度采集模块、定位模块、风向风速测量仪。进一步的，所述微处理器上连接有机载LoRa模块，机载LoRa模块配备有与其相匹配的地面LoRa模块，所述地面LoRa模块与上位机连接，所述上位机设置有显示单元。进一步的，所述地面LoRa模块通过USB-UART模块与上位机连接。另一方面，本专利技术还提供了一种无人机，包括机架，机架的底部设置有脚架，所述脚架上设置有固定底板，固定底板上设置有吊舱，吊舱内搭载有本专利技术示例的任一种环境监测系统；所述吊舱包括至少两层，所述气袋与其他部件位于不同的分层内且气袋位于其他部件的上方。进一步的，所述机架上设置有旋翼轴，旋翼轴的一端设置有螺旋桨，旋翼轴的另一端设置有电机，旋翼轴中心位置设置有纵向的支柱，所述气泵的进气口连接进气软管，进气软管的开口通过支柱固定在高于螺旋桨旋翼的位置。进一步的，所述机架的中部设置有飞控和电池，在飞控与螺旋桨以及飞控与电机之间分别设置有电子调速器。另一方面，本专利技术还提供了上述环境监测系统的工作方法，包括：S1：微处理器得电；S2：温度采集模块、定位模块、风向风速测量仪采集信号并发送至微处理器；S3：微处理器发送指令控制公用光耦继电器和分支光耦继电器的动作；S4：公用光耦继电器控制气泵工作，分支光耦继电器控制电磁阀动作；S5：气泵像电磁阀开启的气袋内充气；S6：任一气袋充满后，发送该气袋充气时温度采集模块、定位模块、风向风速测量仪采集的信号至上位机；重复S3～S6直至气袋全部充满。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术示例的气体采集系统，设置有多个气袋，可分别采集不同位置的多份气体样本，设置电磁阀、光耦继电器，实现气袋及气泵的自动控制，气袋设置有止回阀，避免了采集的气体泄漏影响测量结果，使用可靠。2、本专利技术示例的环境监测系统，包含本专利技术示例的气体采集系统，通过微处理器对气袋以及气泵的工作进行控制，提高智能化水平和工作效率。3、本专利技术示例的气体采集系统，通过光耦继电器实现对气泵和电磁阀的控制，便于系统配备合适的电源，可实施性强。4、本专利技术示例的环境监测系统，设置温度采集模块、定位模块、风向风速测量仪，每个气袋采集完毕时能够将此位点的位置信息(经度、维度、海拔)、温度信息、风速和风向信息同时采集，提升数据的准确性和参考价值。5、本专利技术示例的环境监测系统，采用LoRa模块LoRa模块采用多频通信抗干扰能力强，功耗仅为100mW，通信距离大于3000m，能满足无人机和地面的通信要求，并确保所传送数据准确性。6、本专利技术示例的环境监测系统，地面LoRa模块通过USB-UART模块与上位机连接，USB-UART模块将串口通信转换成USB格式，便于与上位机的通信，确保信号传输的顺畅。7、本专利技术示例的无人机，搭载有环境监测系统，利用无人机灵活性强的优势，对人员无法进入的现场或固定位置进行监测具有明显的优势，气体采集结合温度信息、位置信息和风速风向信息，能够准确地反映取样地的污染情况，有利于地面工作人员掌握空中污染气体的浓度后，采取相应的应急措施，来避免污染物进一步扩散或灾害进一步升级。8、本专利技术示例的无人机，可适应多种环境和地域的监测工作，并且采用温度采集模块、定位模块、风向风速测量仪相结合，可将采集不同点位的气体温度、定位信息、风向风速信息通过机载LoRa模块和地面LoRa模块传输到上位机，无人机降落之后根据采集的气体，利用便携式高精度气体分析仪进行分析得出基于无人机采集的多个区域不同位点的气体浓度，实现了对污染区域快速、准确地测量，而且该气体采集系统也可用于重大事故后污染状况的勘察，以助于地面工作人员迅速做出应急措施，防止污染气体进一步扩散，具有很高的实际应用推广价值。9、本专利技术示例的无人机，环境监测系统搭载在吊舱上，吊舱包括至少两层，气袋与其他部件位于不同的分层内且气袋位于其他部件的上方，能够防止气袋充气过程中对线路造成挤压进而导致短路，同时也便于拆下气袋，进行后期的气体分析。10、本专利技术示例的无人机，吊舱设置在脚架的固定底板上，环境监测系统除气袋之外的大部分部件设置在吊舱的下层，避免了各部件之间的相互干涉，并确保环境监测系统的重心和无人机的重心能在同一条垂线上，最大程度降低了搭载的环境监测系统对无人机飞行稳定性的影响，保证无人机安全飞行。11、本专利技术示例的无人机，气泵的进气软管的开口通过支柱固定在高于螺旋桨旋翼的位置，因为在采集时要让无人机处于悬停状态，将进气软管的开口置于无人机旋翼气流影响大气气流最小的位置，即为无人机机架上方，两对称旋翼轴的中心，通过支柱固定高于旋翼处，通过这种方式减少了旋翼气流的干扰，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体采集系统，其特征在于，包括电源、气泵和多个气袋，所述气泵与多个所述气袋之间分别通过软管相连通，每个气袋分别对应设置有电磁阀，所述电磁阀的进气口与气泵连接，电磁阀的出气口与气袋连接；所述电磁阀分别连接有相对应的分支光耦继电器，所述气泵一端连接所述电磁阀，气泵另一端连接公用光耦继电器；所述电源与气泵及电磁阀相连接并为其供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种气体采集系统，其特征在于，包括电源、气泵和多个气袋，所述气泵与多个所述气袋之间分别通过软管相连通，每个气袋分别对应设置有电磁阀，所述电磁阀的进气口与气泵连接，电磁阀的出气口与气袋连接；所述电磁阀分别连接有相对应的分支光耦继电器，所述气泵一端连接所述电磁阀，气泵另一端连接公用光耦继电器；所述电源与气泵及电磁阀相连接并为其供电。


2.根据权利要求1所述的气体采集系统，其特征在于，所述气袋的进气口处设置有止回阀。


3.一种环境监测系统，其特征在于，包括微处理器和权利要求1或2所述的气体采集系统，所述公用光耦继电器和分支光耦继电器均与微处理器连接，所述微处理器与所述电源相连接。


4.根据权利要求3所述的环境监测系统，其特征在于，所述微处理器还与以下部件中的一种或多种相连接：温度采集模块、定位模块、风向风速测量仪。


5.根据权利要求4所述的环境监测系统，其特征在于，所述微处理器上连接有机载LoRa模块，机载LoRa模块配备有与其相匹配的地面LoRa模块，所述地面LoRa模块与上位机连接，所述上位机设置有显示单元。


6.根据权利要求5所述的环境监测系统，其特征在于，所述地面LoRa模块通过USB-UART模块与上位机连接。


7.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：董仁杰，徐宁宁，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11