一种基于飞行器的空气质量检测装置的制作方法

本发明涉及一种空气质量检测装置，尤其是涉及一种基于飞行器的空气质量检测装置。

背景技术：

多轴飞行器可以根据不同的飞行需要以及不同的飞行环境进行实时的智能切换以达到不一样的飞行体验，方向控制灵活，并且具有失控返航保护功能。

现在的空气质量检测系统一般有：国外空气监测方法主要是建立多个分布的监测网点，各子站将检测到的空气状况实时发送给中央监测站。国内空气质量监测多以覆盖式设定监测站点为主，各子站接受中心站的控制与调试，利用子站的分析仪器直接测量本站空气中的污染物，并将数据实时传输到中心站。然而，这些监测网络无论是在网络布局、优化设计以及支持区域大气复合污染的研究、治理和综合防治的监测上，还是在利用现代计算机和通信技术对后续数据的管理、可视化展示和综合分析方面，都还存在一些不足和缺陷，如:(1)现有的检测系统还不足以支持区域大气复合污染的研究和综合防治；(2)监测网络布局不合理；(3)监测点覆盖面积小，导致检测数据存在很大误差；(4)每个监测点造价昂贵；(5)现代监测技术、计算机和数据处理技术利用不够。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中所存在的问题，在此提供的是一种基于飞行器的空气质量检测装置，该装置精度高、灵活性强且覆盖面积广。

为了实现本申请的目的，在此所采用的技术方案是：

一种基于飞行器的空气质量检测装置，该装置包括飞行器本体、传感器组件、数据处理单元以及为所述飞行器本体、所述传感器组件和所述数据处理单元供电的电源组件，所述传感器组件、所述数据处理单元和所述电源组件安装于所述飞行器本体上；所述传感器组包括二氧化氮传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器、硫化氢浓度传感器、PM2.5传感器、臭氧传感器和数字温湿度传感器；所述数据处理单元包括单片机与所述单片机通信连接的无线通信模块；所述传感器组件与所述单片机连接。

进一步的，还包括安装于所述飞行器本体上与所述单片机连接的GPS定位系统。

进一步的，所述电源组件包括为所述传感器组件和所述数据处理单元供电的第一电源电路和为所述飞行器本体供电的第二电源；所述第一电源电路主要由12V电源、连接在所述12V电源输出的5V稳压电路以及连接在所述5V稳压电路输出端的3.3V稳压电路组成；所述第二电源电路为充电电池，充电电池的电压为12V，电流为1200mA。

进一步的，所述飞行器本体为四旋翼飞行器。

进一步的，所述数据处理单元还包括依次串联在所述传感器组件与所述单片机之间的放大器和A/D转换电路。

本发明的技术构思是：本发明采用广泛应用飞行器，首先在飞行器的飞行控制模块中导入飞行地图，确定需要检测的范围，然后启动飞行器上的启动开关，由电源组件为飞行器、传感器组件和数据处理单元提供电源。飞行器控制模块控制飞行器的飞行路线与检测范围，传感器组件实时收集飞行器所到地方的空气质量数据，传感器组件将数据传输给数据处理单元，经数据处理单元处理后数据处理单元将数据通过无线通信模块传输到终端进行实时空气质量检测。此外，本申请所提供的飞行器具有一键返航功能，当飞行器电量不足时，飞行控制模块下达指令返航，避免飞行器因动力不足而不能安全返回。

本发明的有益效果是：飞行器灵活性强且稳定性好，采用空间飞行器编队的形式进行数据采集，所检测范围的空气质量数据都能够采集，避免了以点代面和空间的情况，降低了误差，实现了低成本、低功耗装置。

附图说明

图1为本发明所提供的基于飞行器的空气质量检测装置的原理框图。

具体实施例

以下结合附图本发明作进一步的说明。

【实施例一】

如图1所示，本申请提供的一种基于飞行器的空气质量检测装置，该装置包括了飞行器本体、由二氧化氮传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器、硫化氢浓度传感器、PM2.5传感器、臭氧传感器和数字温湿度传感器组成的传感器组件、主要包括单片机与所述单片机通信连接的无线通信模块的数据处理单元以及为所述飞行器本体、所述传感器组件和所述数据处理单元供电的电源组件；其中，所述二氧化氮传感器用来测量空气中二氧化氮含量，一氧化碳传感器用来测量空气中一氧化氮含量，二氧化硫传感器用来测量空气中二氧化硫含量，硫化氢浓度传感器用来测量空气中硫化氢浓度，PM2.5传感器用来测量空气中PM2.5含量，臭氧传感器用来测量空气中臭氧含量，数字温湿度传感器用来测量空气中温度和湿度。而数据处理单元中的无线通信模块用于将传感器组件所采集到各种数据传递给监控中心或者移动终端进行显示，便于工作人员查看，实现实时监控。

此外，所述传感器组件、所述数据处理单元和所述电源组件安装于所述飞行器本体上。

其中，电源组件包括了为所述传感器组件和所述数据处理单元供电的第一电源电路和为所述飞行器本体供电的第二电源电路。

【实施例二】

在实施例一的技术方案的基础上，本实施例增加一与所述单片机连接的GPS定位系统，该GPS定位系统也安装于飞行器本体上。

此时，电源组件中的第二电源电路不仅为飞行器本体提供电源，还为GPG定位系统提供电源。

【实施三】

在实施例一和/或实施例二的基础上，增加一放大器和A/D转换电路，该放大器和A/D转换电路依次串联在所述传感器组件与所述单片机之间。用于对传感器组件所采集到的二氧化氮含量、一氧化氮含量、二氧化硫含量、硫化氢浓度、PM2.5含量、臭氧含量、温度值及湿度值进行放大和A/D转换，提高了数据的稳定性。

在实施例一、实施例二和实施例三中所记载的飞行器本体可以是任何一种飞行器，如四旋翼飞行器。而所记载的二氧化氮传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器、硫化氢浓度传感器、PM2.5传感器、臭氧传感器、数字温湿度传感器、数据处理单元和电源组件可以安装于飞行器本体上的任何位置，但最好是均匀分布安装于飞行器本体上，从而保证飞行器本身的平衡，以便于四旋翼飞行器PID调试。

此外，本申请所采用的单片机为STM32系列单片机，STM32系列单片机是一款高度集成的片上系统，它具有64KB的Flash，最多内嵌20KB的SRAM，总线接口类型丰富，多达9个通信接口，2个IC接口(支持SMBus/PMBus)、3个USART、2个SPI接口(18Mbit/s)；其单周期指令运行速度是AT系列单片机的几十倍。

而无线通信模块选择的是2.4G NRF24L01无线通信模块，该模块有20个引脚，供电电压为1.9～3.6V，SPI接口数据速率：0～8Mbps，通信范围可达1km，当工作在发射模式下发射功率为-6dbm时电流消耗为9.0mA，提供125个可选工作频率，数据传输率：1或2Mbps。其数据传输模式为增强型ShockBurst模式，该种传输模式可以使得双向链接协议执行起来更为容易、有效。典型的双向链接为：发送端要求终端设备在接收到数据后有应答信号，以便于发送端检测有无数据丢失。一旦数据丢失，则通过重新发送功能将丢失的数据恢复。此外，增强型ShockBurst模式可以同时控制应答及重新发送功能而无需增加单片机的工作量。

而在实施例一、实施例二和实施例三中所采用的第一电源电路为若干纽扣电池，如四个CR纽扣电池，其供电电压值达到12V。单片机的电压工作范围为2.0～3.6V，无线通信模块的电压工作范围：1.9～3.6V，AD7705芯片需要+5V，AD7705的基准电压需要2.5V电源。因此，第一电源电路设计为2.5V、3.3V与5V混合直流电源。第一电源模块供电电压为12V，通过三端电压芯片AMS1117-5.0芯片得到5V直流电源；再通过采用三端电压芯片AMS1117-3.3制作一个3.3V的直流电源。因AD780输入电压为5V，输出电压为2.5V，所以以此作为AD7705的参考电压。

此外，实施例一、实施例二和实施例三中所采用的A/D转换电路为测量精度高的16位AD7705进行模数转换。AD7705提供了AIN1(+)、AIN1(-)、DIN、DOUT、SCLK等引脚，方便与压力传感器相连接。同时，可通过公式计算AD7705的精度：可通过以下公式计算出AD7705的精度：

l＝a/2^bKpa (1)

式中：l—可以精确到的压力值，a—量程，b—ADC的位数。其中，a＝700Kpa，当b＝12的时候，l＝0.171Kpa；当b＝16时，l＝0.0107Kpa。则可选择AD7705芯片。

本申请的工作过程是：启动第一电源电路为传感器组件和数据处理单元供电；检查移动终端(手机APP终端)是否有数据传输以确保检测系统是否正常工作，如果检测系统正常工作则在手机APP端设置飞行器的飞行路线，然后打开第二电源电路为飞行器提供飞行动力和GPS定位系统提供工作电压,在手机APP端实时检测传输数据和飞行器飞行状态，一旦传感器组件或者飞行器出现异常检测人员按下一键返航按键召回飞行器。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。