基于多旋翼遥控飞行器的烟气污染物综合信息监测系统的制作方法
【专利摘要】一种基于多旋翼遥控飞行器的烟气污染物综合信息监测系统，属于环境监测技术领域。由空中和地面站两部分组成，空中部分由多旋翼遥控飞行器及在其上搭载的电源模块、多路传感器模块、无线数据传输模块、图象采集模块、5.8G视频图像传输模块组成；地面站部分由无线数据接收模块、TFT显示模块、遥控信号发送模块、5.8G视频图像接收模块、视频显示屏、解码器、AV转USB模块、电源模块、上位机、GPRS模块组成。具有灵活性好，且能够悬停监测，数据稳定，准确性高的特点。
【专利说明】
基于多旋翼遥控飞行器的烟气污染物综合信息监测系统
技术领域
[0001] 本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种基于多旋翼遥控飞行器的烟气污染 物综合信息监测系统。
【背景技术】
[0002] 目前大气污染已成为非常严重的环境问题，根据全国各城市大气污染源分析数 据，燃煤和工业排放占比为30 %~60%，在北方地区的供暖季该比例会更高。
[0003] 燃煤锅炉的主要空气污染物为颗粒物(PM2.5和PM10)、二氧化硫、一氧化碳、氮氧 化物等。国家要求工业和供暖锅炉必须安装除尘、脱硫、脱氮等装置，并提供补贴。但部分企 业在设备运行中经常偷偷关闭污染过滤设备、不正常加入脱硫剂或使用含硫量大的燃煤， 向空气中排放了大于规定几十倍的污染物，并伪造数据骗取国家的环保补贴，因此排放污 染物的监控存在很大的困难。
【发明内容】
[0004] 本发明根据现有企业烟肉排放物检测的实际情况，针对数据无法实时采集和检测 数据单一等困难，提出了一种基于多旋翼遥控飞行器的烟气污染物综合信息监测系统。该 系统具有灵活性好，且能够悬停监测，数据稳定，准确性高的特点。
[0005] 本发明所述的一种基于多旋翼遥控飞行器的烟气污染物综合信息监测系统，由空 中和地面站两部分组成，空中部分由多旋翼遥控飞行器及在其上搭载的电源模块、多路传 感器模块、无线数据传输模块、图象采集模块、5.8G视频图像传输模块组成;地面站部分由 无线数据接收模块、TFT显示模块、遥控信号发送模块、5.8G视频图像接收模块、视频显示 屏、解码器、AV转USB模块、电源模块、上位机、GPRS模块组成。
[0006] 多旋翼遥控飞行器本身带有飞控、GPS模块、Wifi模块、无刷电机、电子调速器、遥 控信号接收模块，共同组合搭载在多旋翼遥控飞行器的机架上。图象采集模块由在多旋翼 遥控飞行器上搭载的云台及摄像机组成。
[0007] 其中飞控为多旋翼遥控飞行器的控制器，实现飞行器的平稳飞行和悬停控制等各 种功能，GPS为辅助定位器件，可以根据GPS卫星定位的位置辅助飞行，并可以通过Wifi模块 在手机端查看飞行状态，无刷电机带动桨叶产生升力，电子调速器的功效就是按照飞控指 示控制电机，完成规定速度、动作。遥控信号接收模块接收来自遥控信号发送模块的信号， 然后传送给飞控。
[0008] 多路传感器的检测信号输出到无线数据传输模块，无线数据传输模块将该信号发 送到地面站部分并由无线数据接收模块接收;摄像机将拍摄到的视频信号经5.8G无线视频 图像传输模块传送到地面站部分并由5.8G无线视频图像接收模块接收。地面站部分将无线 数据接收模块接收到的来自多路传感器的数据信号分成两路，一路显示在TFT显示模块上， 一路经过GPRS模块上传到服务器，连同所在地点及时间信息一同共享给其它用户访问；地 面站部分由5.8G无线视频图像接收模块接收到的视频信号也分成两路，一路经过解码器输 入到视频显示屏上，实时显示拍摄到的图像；另一路通过AV转USB线接入上位机，上传到服 务器共享给其它用户访问。
[0009] 前面内容中所述的多路传感器用于检测包括但不限于烟气中颗粒物、硫化物等有 害气体的浓度数据，通过获得的信息对烟气污染物情况做出综合评价。多路传感器分别固 定安装在多旋翼遥控飞行器上，颗粒物传感器通过串口协议读取，硫化物传感器通过ADC采 样读取，将原始信号按协议格式处理后的数据即为实际的污染度值，多路监测数据经由无 线信号传输模块发送给地面站部分。
【附图说明】
[0010] 图1:多旋翼遥控飞行器搭载的空中部分结构示意图；
[0011] 图2:地面站部分结构示意图。
[0012] 具体实施方法
[0013] 下面对具体实施方法结合附图对实施例中的技术方案进行详细、准确的描述。
[0014] 实施例1
[0015] 如图1所示，飞控、GPS模块、Wifi模块、无刷电机、电子调速器、遥控信号接收模块 属于多旋翼遥控飞行器的飞行部件(除飞控外，其余部件没有在图1中画出），可以从厂家购 买得到，然后组合搭载在多旋翼遥控飞行器的机架上。其中飞控为多旋翼遥控飞行器的控 制器，实现飞行器的平稳飞行和悬停控制等各种功能，GPS为辅助定位器件，根据GPS卫星定 位的位置辅助飞行，并可以通过Wifi模块在手机端查看飞机状态，无刷电机带动桨叶产生 升力，电子调速器按照飞控指示控制电机，完成规定速度、动作。
[0016] 一种可选的飞行器搭配组装方案：
[0017] 5系多旋翼无刷电机5008 338KV*6;
[0018] 40A多旋翼无刷电阻调速器*6;
[0019] 零度X4-V2工业级飞控(包含GPS，Wifi模块）；
[0020] 飞跃960全碳材质机架；
[0021] 17寸高效碳纤多旋翼平衡正反桨*3;
[0022] 参照上述组件可以组建起一架可搭载本实施例的六旋翼遥控飞行器。
[0023] 在多旋翼遥控飞行器上搭载颗粒物传感器、硫化物及其他气体污染物的多路传感 器，不同路之间通过非金属固定物连接，一同固定在机架上。
[0024]多路传感器检测到各路数据经过固连在传感器附近的单片机进行多路数据处理， 数据检测经专业标定。颗粒物传感器选用诺方电子技术有限公司生产的SDS018激光颗粒物 传感器，供电电压5 V，最大工作电流100mA，能够实时、准确地检测烟气中的PM2.5和PM 10浓 度，浓度数据通过串口通信发送到单片机;硫化物及其他气体污染物传感器，选用朗逸科技 的MQ135气体传感器，输出为模拟电压，通过ADC采样读取，将读取到的数字信号按协议格式 处理后的数据即为实际的污染度值。读取的多路数据经由无线信号传输模块发送给地面接 收端。
[0025] 电源模块选用6S动力电池10000MAH25C，电压分作多路输出，一路24V直接给电调 供电；一路降压到12V给无线视频传输模块供电；一路降压到11.2V，供给遥控接收模块工 作;一路降压到5.8V给飞控供电，一路降压到5V给单片机和与之连接的多路传感器供电，同 时给Wifi模块、GPS模块供电;从5V取电降压到3.8V给无线数据传输模块供电。
[0026]图像采集模块包括摄像机和云台，摄像机选用鹰眼飞莱高清4K云台专用模拟摄像 机，数据以AV形式信号输出，云台跟摄像机配套连接，云台自带陀螺仪和无刷电机，上电自 稳。
[0027] 本实施例采用的单片机为STC15F2K60S2。
[0028]多路传感器数据分别输入单片机，单片机处理数据后通过无线数据传输模块通数 据传输通道2发送出去，无线数据传输模块选用E01-ML01DP5,模块包括nRF24L01无线收发 和射频功率放大，工作在2.4G频段，无线传输距离理论可达2km; 5.8G无线视频图像传输模 块采用2W FPV航拍套装，频率为5.8G，图像传输通道1传输给地面站部分的图像用来精准遥 控多旋翼遥控飞行器在烟肉上方的悬停，从而方便多种传感器检测数据。
[0029] 遥控信号发射模块和接收模块选择天地飞7遥控器和接收机，接收机通过与飞控 芯片的连接，将遥控器的控制信号给飞控芯片。
[0030] 通过地面站部分对其进行GPS定位，遥控飞行和定位监测地点，摄像头通过图像传 输通道1传输回来的图像用来精准遥控悬停，检测数据。
[0031] 如图2,地面站部分，包括:无线数据接收模块、TFT屏幕、遥控信号发送模块、5.8G 视频图像接收模块、视频显示屏、解码器、AV转USB模块、电源模块、上位机、GPRS模块。
[0032] 地面遥控信号通过遥控通道3传输至飞行器。
[0033]地面站部分包括无线信号接收模块，同样选用E01-ML01DP5，工作在2.4G频段，无 线信号传输模块将接收到的信号送入地面站部分端单片机读取，一路显示在3寸TFT屏幕 上，另一路经过GPRS模块上传到服务器，所选用的GPRS模块为有人科技工业级无线数据透 传模块;视频图像信号在地面站部分通过5.8G视频接收模块接收，接收后的信号分出两路， 一路通过解码器解码在视频显示屏上实时显示，一路通过AV转USB线接入上位机，以待上传 服务器共享给其它用户访问。
[0034]上位机为电脑端的数据显示和处理软件。
[0035]上述TFT屏幕与解码器为一体，选用乐威视高清高亮FPV航拍无线专用AV输入7寸 显示器。
[0036]如前所述，使用三个通道为满足图像传输的高速、遥控传输的实时性和数据传输 的准确性，不同频段减少数据干扰，更易模块化。
[0037]优选地，多旋翼飞行器中以六旋翼最为平稳、带载能力强。
[0038]虽然本发明以已用较完整实施例解释如上，但并非限定于此实施例，应当理解描 述实施例仅是发明的一部分，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的 所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039] 实施例2
[0040]进行实地测试，测试地点为长春市郊农家烟囱，测试情况如下：
[0041 ] 表1:飞行器距烟囱口不同位置PM2.5、PM10、硫化物浓度测试结果
[0044]实际试验中一旦与服务器建立起联系后，传输数据速度几乎没有延迟。
[0045]分析上表数据，检测的烟囱排放物污染度表明燃烧物燃烧颗粒物直径大，PM数据 快速变大却未爆表，硫化物等污染度小，对照不同材料燃烧实验的结果可以分析出实际烟 囱燃烧污染度值与秸杆燃烧数据类似，推断燃烧物为木柴，通过询问得证与预想一致。不同 距离测试时数据随距离变化波动，同一距离数据较稳定。通过上述分析，传感器在检测实际 燃烧物上的定性分析是可靠的，运行时检测足够稳定，能适应环境工作。
【主权项】
1. 一种基于多旋翼遥控飞行器的烟气污染物综合信息监测系统，其特征在于：由空中 和地面站两部分组成，空中部分由多旋翼遥控飞行器及在其上搭载的电源模块、多路传感 器模块、无线数据传输模块、图象采集模块和5.8G视频图像传输模块组成;地面站部分由无 线数据接收模块、TFT显示模块、遥控信号发送模块、5.8G视频图像接收模块、视频显示屏、 解码器、AV转USB模块、电源模块、上位机和GPRS模块组成； 多路传感器模块的检测信号输出到无线数据传输模块，无线数据传输模块将该信号发 送到地面站部分并由无线数据接收模块接收；图象采集模块将拍摄的视频信号经过5.8G无 线视频图像传输模块传送到地面站部分并由5.8G无线视频图像接收模块接收； 地面站部分将由无线数据接收模块接收到的来自多路传感器的数据信号分成两路，一 路显示在TFT显示模块上，另一路经过GPRS模块上传到服务器，连同所在地点及时间信息一 同共享给其它用户访问；地面站部分将由5.8G无线视频图像接收模块接收到的视频信号也 分成两路，一路经过解码器输入到视频显示屏上，另一路通过AV转USB线接入上位机，上传 到服务器共享给其它用户访问； 上位机为电脑端的数据显示和处理软件； 电源模块为空中和地面站两部分中的各个部件供电。2. 如权利要求1所述的一种基于多旋翼遥控飞行器的烟气污染物综合信息监测系统， 其特征在于:多旋翼遥控飞行器为六旋翼遥控飞行器。3. 如权利要求1所述的一种基于多旋翼遥控飞行器的烟气污染物综合信息监测系统， 其特征在于:飞控、GPS模块、Wifi模块、无刷电机、电子调速器、遥控信号接收模块共同组合 搭载在多旋翼遥控飞行器的机架上。4. 如权利要求1所述的一种基于多旋翼遥控飞行器的烟气污染物综合信息监测系统， 其特征在于:图象采集模块由在多旋翼遥控飞行器上搭载的云台及摄像机组成。5. 如权利要求1所述的一种基于多旋翼遥控飞行器的烟气污染物综合信息监测系统， 其特征在于:多路传感器模块由颗粒物传感器、硫化物或其他气体污染物传感器组成。
【文档编号】H04N7/18GK105892491SQ201610383357
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】张晟瑞, 蒋玮辰, 朱可欣, 李金华, 郜峰利
【申请人】张晟瑞, 郜峰利