一种无人机硫化物污染检测系统及其检测方法与流程

1.本发明涉及硫化物污染检测领域，具体为一种无人机硫化物污染检测系统及其检测方法。


背景技术：

2.随着社会经济的日益发展，带动人们生活水平的同时，也带来一些负面的环境问题，空气质量的下降以及空气的重度污染也成了当前大热的话题，人们也越来越把关注点放在所处的环境中，由于重工业的不断发展，会产生很多的废气，虽然很多工厂对废气进行了处理，但依旧残留着部分有害气体排放到了空气中，除此之外，还有很多的原因对空气造成了污染，特别是化石能源，以及日常生活中交通运输气煤柴的大量消耗，其中含硫组分经过燃烧多以so2的气体排放到大气中，依据环境公报的显示，我国大气的污染是尤其的严重，其中硫化物是主要的污染物，so2，h2s，so3等都包括在硫化物之内，硫化物不仅会对生态环境造成一定的影响与破坏，还会对人们的身体状况造成很大的影响，会引起各种呼吸道疾病，所以，实时对大气监测是非常有必要的，来控制硫化物的排放。
3.目前有很多方法来监测硫化物的浓度，比如荧光法，气相色谱法，电化学式法等，但由于每种方法的原理不同，其优缺点并不相同，由于目前大气污染物监测方法存在实时监测延迟，监测距离有限，检测精度不足，不能满足新时期环境监测的要求。


技术实现要素：

4.（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种无人机硫化物污染检测系统及其检测方法，解决目前有很多方法来监测硫化物的浓度，比如荧光法，气相色谱法，电化学式法等，但由于每种方法的原理不同，其优缺点并不相同，由于目前大气污染物监测方法存在实时监测延迟，监测距离有限，检测精度不足，不能满足新时期环境监测的要求问题。
5.（二）技术方案为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种无人机硫化物污染检测系统，包括硫化物污染检测，包括宽带红外光源，所述宽带红外光源将红外光源信号通过分光片分别传输给1型滤光片、2型滤光片和3型滤光片；所述1型滤光片、2型滤光片和3型滤光片分别对红外光源信号通过待测环境的气流通道传递给单色器；所述1型滤光片、2型滤光片和3型滤光片根据稳定环境中的光揳将红外光源传递给单色器；所述单色器将1型滤光片的红外光源传递给接收器，并且通过放大器传输给mcu；所述单色器将2型滤光片和3型滤光片的红外光源分别通过2型滤光器和3型滤光器传递给接收器，接收器通过usb接口传递给mus。
6.优选的，所述单色器内部通过mus对电机进行控制，所述电机带动斩光器进行运
作，并且对信号进行传输。
7.优选的，所述mus对舵机进行控制，所述舵机对光揳进行方向的转换，所述光揳接收在稳定环境中的通过滤光片传递过来的红外光源。
8.优选的，所述mus通过485与外围设备进行连接并且传输信号，所述mus通过iic与at24co2进行连接并且传输信号。
9.一种无人机硫化物污染检测方法，所述无人机硫化物污染检测方法包含：所述整个系统在第一次运行时需要进行一个基本的调零校准，此时将传感器检测部分置入到充满相应检测气体的环境中，启动系统后在一定时间内若按下校准按钮，系统就会通过采集到的adc数据与理论数据进行对比，并将对比后结构反馈到对舵机的控制，从而调整光揳的角度，经过较短时间的自适应调整，就能够使得传感器的光揳位置调整到一个合理的角度，并且在校准完成之后，系统还会将当下所调整的pwm占空比数据通过i2c总线记录在eeprom芯片中，当用户不需要进行零点校准，则可以在运行系统后系统会自动根据eeprom中所保存的数据进行相应的pwm波占空比的设置，而使用者可以直接通过建立在485总线上的modbus协议发送相应的报文获取传感器的检测数据。
10.优选的，所述无人机硫化物污染检测方法还包含：所述在实际的采集过程中，微控制器会通过外部中断引脚同时检测三个被检测信号的上升沿，当检测到上升沿的存在后就会启动相应通道的ad转换，等到ad转换完成后会将数据记录在对应位置的数组中，当重复检测了5次以后，微控制器就会将数组中的5个数据去除掉最大的数据和最小的数据，并且对剩下的三个数据进行平均值的计算，随后将计算后的数据保存到另一个变量中；并且，在每检测完一次上升沿到来后的电压后还会检测一次下降沿到来后的电压，以确定此刻的参考零点的电压是多少，在连续检测了五个下降沿到来后的电压后会去除五个数据里的最大值和最小值，然后求取剩下的三个数的平均数作为参考零点的电压放入相应的变量中，最后将检测到的通过待检测气体的光束所引起的后继电路电压变化和参考零点的电压做差后放入相应的数组中作为实际有效数据，而该数组最多存放20个数据，当20个数据存满后就会自高向低冲刷数组中的数据，等待建立在485通信上的modbus协议由主机向该传感器系统所要数据后便会将检测的数据一次性地发送给主机。
11.优选的，所述无人机硫化物污染检测方法还包含：所述在系统未能够从eeprom中读取到有效数据以及使用者在开机后的5s内按下过校准按键，则系统会进入到校准模式，此时系统会立刻开始判断，信号接收引脚存在过下降沿，当存在则证明系统已经处于待检测气体浓度较高的环境下，便可以开始进行校准，在校准的时候，系统会控制舵机回归0
°
角位置，然后根据检测到的adc数据不断对舵机进行控制，当检测到的adc数据能够在0至10之间时则证明此时舵机所控制的光揳角度能够满足检测的需要，从而证明校准成功，将当下pwm输出的数据记录在eeprom中，并且控制led发出绿光提醒使用者校准完成。
12.（三）有益效果本发明提供了一种无人机硫化物污染检测系统及其检测方法。具备以下有益效果：1、首先由气流通道下方的接收通道中的接收器接收气流通道上方光源通道发射出来的不同波段的红外光谱，其中接收检测硫化氢波段的红外光谱的接收器会将光信号转变为电信号，这一电信号在经过电压放大器后被微控制器的ad检测引脚所检测，从而转变
为可以被微控制器处理的数字信号，而对于二氧化硫和二氧化碳的检测则是直接通过usb接口及相应的转换电路接收传出的数据，从而进行相应的数据的计算。
13.2、系统通过采集到的adc数据与理论数据进行对比，并将对比后结构反馈到对舵机的控制，从而调整光揳的角度，从而实现对参考零点的调整，经过较短时间的自适应调整。
14.3、在每检测完一次上升沿到来后的电压后还会检测一次下降沿到来后的电压，以确定此刻的参考零点的电压是多少，从而避免了光源因工作时间过程而导致的温漂，从而使得传感器检测的精度下降。
15.4、在系统未检测到数据，或者使用者开机后5s内，使用者按下校准件，系统进入校准模式，控制舵机回归到0
°
角位置，提高了系统的自动运行的能力，同时防止数据的流失导致重大的失误。
附图说明
16.图1为本发明传感器结构示意图；图2为本发明系统控制示意图；图3为本发明传感器数据采集程序示意图；图4为本发明系统校准流程示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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实施例，都属于本发明保护的范围。
18.实施例一：如图1所示，本发明实施例提供一种无人机硫化物污染检测系统及其检测方法，包括硫化物污染检测，包括宽带红外光源，宽带红外光源将红外光源信号通过分光片分别传输给1型滤光片、2型滤光片和3型滤光片；1型滤光片、2型滤光片和3型滤光片分别对红外光源信号通过待测环境的气流通道传递给单色器；1型滤光片、2型滤光片和3型滤光片根据稳定环境中的光揳将红外光源传递给单色器；单色器将1型滤光片的红外光源传递给接收器，并且通过放大器传输给mcu；单色器将2型滤光片和3型滤光片的红外光源分别通过2型滤光器和3型滤光器传递给接收器，接收器通过usb接口传递给mus；单色器内部通过mus对电机进行控制，电机带动斩光器进行运作，并且对信号进行传输；mus对舵机进行控制，舵机对光揳进行方向的转换，光揳接收在稳定环境中的通过滤光片传递过来的红外光源；mus通过485与外围设备进行连接并且传输信号，mus通过iic与at24co2进行连接
并且传输信号，首先由气流通道下方的接收通道中的接收器接收气流通道上方光源通道发射出来的不同波段的红外光谱，其中接收检测硫化氢波段的红外光谱的接收器会将光信号转变为电信号，这一电信号在经过电压放大器后被微控制器的ad检测引脚所检测，从而转变为可以被微控制器处理的数字信号，而对于二氧化硫和二氧化碳的检测则是直接通过usb接口及相应的转换电路接收传出的数据，从而进行相应的数据的计算。
19.实施例二：如图2所示，本发明实施例提供一种无人机硫化物污染检测系统及其检测方法，包括硫化物污染检测，整个系统在第一次运行时需要进行一个基本的调零校准，此时将传感器检测部分置入到充满相应检测气体的环境中，启动系统后在一定时间内若按下校准按钮，系统就会通过采集到的adc数据与理论数据进行对比，并将对比后结构反馈到对舵机的控制，从而调整光揳的角度，经过较短时间的自适应调整，就能够使得传感器的光揳位置调整到一个合理的角度，并且在校准完成之后，系统还会将当下所调整的pwm占空比数据通过i2c总线记录在eeprom芯片中，当用户不需要进行零点校准，则可以在运行系统后系统会自动根据eeprom中所保存的数据进行相应的pwm波占空比的设置，而使用者可以直接通过建立在485总线上的modbus协议发送相应的报文获取传感器的检测数据，系统通过采集到的adc数据与理论数据进行对比，并将对比后结构反馈到对舵机的控制，从而调整光揳的角度，从而实现对参考零点的调整，经过较短时间的自适应调整。
20.实施例三：如图3所示，本发明实施例提供一种无人机硫化物污染检测系统及其检测方法，包括硫化物污染检测，在实际的采集过程中，微控制器会通过外部中断引脚同时检测三个被检测信号的上升沿，当检测到上升沿的存在后就会启动相应通道的ad转换，等到ad转换完成后会将数据记录在对应位置的数组中，当重复检测了5次以后，微控制器就会将数组中的5个数据去除掉最大的数据和最小的数据，并且对剩下的三个数据进行平均值的计算，随后将计算后的数据保存到另一个变量中；并且，在每检测完一次上升沿到来后的电压后还会检测一次下降沿到来后的电压，以确定此刻的参考零点的电压是多少，在连续检测了五个下降沿到来后的电压后会去除五个数据里的最大值和最小值，然后求取剩下的三个数的平均数作为参考零点的电压放入相应的变量中，最后将检测到的通过待检测气体的光束所引起的后继电路电压变化和参考零点的电压做差后放入相应的数组中作为实际有效数据，而该数组最多存放20个数据，当20个数据存满后就会自高向低冲刷数组中的数据，等待建立在485通信上的modbus协议由主机向该传感器系统所要数据后便会将检测的数据一次性地发送给主机，在每检测完一次上升沿到来后的电压后还会检测一次下降沿到来后的电压，以确定此刻的参考零点的电压是多少，从而避免了光源因工作时间过程而导致的温漂，从而使得传感器检测的精度下降。
21.实施例四：如图4所示，本发明实施例提供一种无人机硫化物污染检测系统及其检测方法，包括硫化物污染检测，在系统未能够从eeprom中读取到有效数据以及使用者在开机后的5s内按下过校准按键，则系统会进入到校准模式，此时系统会立刻开始判断，信号接收引脚存在过下降沿，当存在则证明系统已经处于待检测气体浓度较高的环境下，便可以开始进行校
准，在校准的时候，系统会控制舵机回归0
°
角位置，然后根据检测到的adc数据不断对舵机进行控制，当检测到的adc数据能够在0至10之间时则证明此时舵机所控制的光揳角度能够满足检测的需要，从而证明校准成功，将当下pwm输出的数据记录在eeprom中，并且控制led发出绿光提醒使用者校准完成，在系统未检测到数据，或者使用者开机后5s内，使用者按下校准件，系统进入校准模式，控制舵机回归到0
°
角位置，提高了系统的自动运行的能力，同时防止数据的流失导致重大的失误。
22.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。