本实用新型涉及自主追踪技术领域，特别是涉及基于四轴飞行器三维空间烟羽源自主追踪系统。
背景技术：
一旦工业上发生化学危险品在空气中泄漏或爆炸事故，不仅对人们的生命财产安全产生一定的威胁，还会破坏生态平衡，造成环境污染。经过大量调查得知，不管是化学危险品在空气中泄漏，还是扩散累积，一定有其相应的源头。因此需要相应的四轴飞行器设备采集环境信息，监测化学危险品在空气中的浓度，以便快速、高效、精准地定位污染源位置，并将其移除或隔离，最终减小或消除污染源引起的灾难性伤亡事故，有效避免财产损失。因此，研究在艰苦恶劣的环境下，采用基于四轴飞行器三维空间烟羽源自主追踪系统代替人类寻找污染源具有重要的科学与现实意义。
技术实现要素：
针对以上问题，本实用新型提出了基于四轴飞行器三维空间烟羽源自主追踪系统。为了实现上述目的，本实用新型通过以下方法实现：基于四轴飞行器三维空间烟羽源自主追踪系统，包括控制器模块1、图像传感器2、GPS模块3、LCD显示模块4、电源模块5、烟雾浓度采集模块6、姿态测量模块7、电子调速器8、无刷直流电机9、螺旋桨10；所述的控制器模块1分别与图像传感器2、GPS模块3、LCD显示模块4、电源模块5、烟雾浓度采集模块6、姿态测量模块7、电子调速器8相连，所述的电源模块5通过与控制器模块1相连，给各个与控制器模块1相连的模块供电，所述的电子调速器8与无刷直流电机9相连，以便驱动无刷直流电机9，进而通过电机的旋转来带动螺旋桨10的旋转。
更进一步地，所述的控制器模块1采用的芯片型号为STM32F103VET6。
更进一步地，所述的烟雾浓度采集模块6采用的型号是MQ-3。
更进一步地，所述的图像传感器2采用的芯片型号为OV7670。
更进一步地，所述的姿态测量模块7采用的芯片型号是MPU-6050。
更进一步地，所述的GPS模块3采用的芯片型号是MY-GPS008C。
更进一步地，所述的LCD显示模块4采用的型号为LCM19264T。
更进一步地，所述的电子调速器8采用的型号为DC10/50DPW30BL。
更进一步地，所述的无刷直流电机9采用的型号为K8LS50N2。
本实用新型的有益效果是：不论烟羽向哪个方向扩散，采用本实用新型所提出的基于四轴飞行器三维空间烟羽源自主追踪系统都可以精准、高效地进行烟羽源追踪，并且现场把追踪到的烟羽源拍摄下来，显示在LCD显示屏上，方便观察和处理，具有较强的实用性。
附图说明
图1为本实用新型所述的硬件结构框图。
图2为本实用新型所述的控制器模块硬件电路图。
图3为本实用新型所述的烟雾浓度采集模块的硬件电路图。
图4为本实用新型所述的四轴飞行器自主追踪烟羽轨迹图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施，而不是全部的实施例。下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互结合从而达到更好的技术效果。
本实施例提供基于四轴飞行器三维空间烟羽源自主追踪系统，如图1所示，包括控制器模块1、图像传感器2、GPS模块3、LCD显示模块4、电源模块5、烟雾浓度采集模块6、姿态测量模块7、电子调速器8、无刷直流电机9、螺旋桨10；所述的控制器模块1分别与图像传感器2、GPS模块3、LCD显示模块4、电源模块5、烟雾浓度采集模块6、姿态测量模块7、电子调速器8相连，所述的电源模块5通过与控制器模块1相连，给各个与控制器模块1相连的模块供电，所述的电子调速器8与无刷直流电机9相连，以便驱动无刷直流电机9，进而通过电机的旋转来带动螺旋桨10的旋转。
更进一步地，所述的控制器模块1采用的芯片型号为STM32F103VET6，其主要功能是融合处理各传感器数据信息，发出PWM信号，驱动电子调速器8调节无刷直流电机9的转速，硬件电路图如图2所示。
更进一步地，所述的烟雾浓度采集模块6采用的型号是MQ-3，硬件电路图如图3所示，在本方案中只用到了MQ-3的三个引脚，即电源VCC引脚，接地GND引脚和模拟量输出引脚AOUT,其中VCC引脚和图2中的STM32F103VET6芯片的电源引脚VDD_1连接，接地GND引脚和图2中的STM32F103VET6芯片的VSS_1引脚连接，模拟量输出引脚AOUT输出的是采集的浓度信息，和图2中的A/D转换输入口PA1连接，这样烟雾浓度模块6采集的浓度信息能实时地传给控制器模块1。
更进一步地，所述的姿态测量模块7采用的芯片型号是MPU-6050，该模块集三轴加速度计与三轴陀螺仪于一体，能够实时测量四轴飞行器在飞行过程中的俯仰、横滚和偏航角，为控制器模块1提供四轴飞行器的飞行姿态数据。
更进一步地，所述的GPS模块3采用的芯片型号是MY-GPS008C，该模块的功能是实时测量四轴飞行器三维空间坐标数据，并通过串口实时地将四轴飞行器三维空间坐标数据传给控制器模块1。
更进一步地，所述的LCD显示模块4型号为LCM19264T，该模块的功能是将图像传感器2拍摄的烟羽源显示出来。
更进一步地，所述的电子调速器8型号为DC10/50DPW30BL，其功能是接收控制器模块1产生的PWM信号，驱动无刷直流电机9以不同的速度旋转。
更进一步地，所述的无刷直流电机9型号为K8LS50N2，其功能是带动螺旋桨10以不同的速度旋转。
更进一步地，所述的四轴飞行器三维空间烟羽源自主追踪系统首先是四轴飞行器在空间中以螺旋线的轨迹飞行，直到烟雾浓度采集模块6采集到三维空间中的烟雾浓度信息，此时说明四轴飞行器已经搜索到烟羽浓度信息，控制器模块保存GPS模块3测得的该位置处的三维坐标，四轴飞行器以此位置为圆心，飞行一周，飞行轨迹如图4所示，圆心O1是四轴飞行器以螺旋线飞行，烟雾浓度采集模块6第一次采集到浓度信息的位置，以该位置为圆心并且按照设定的半径飞行一周，在飞行过程中烟雾浓度采集模块6以一定的采样时间实时采集烟羽浓度信息，并传送给控制器模块1，同时控制器模块1也实时读取和存储GPS模块3测得的对应浓度的三维位置坐标，飞行一周后，控制器模块1通过比较各个位置所采集的浓度信息，得到所采集的最大浓度，即图4中的A点处的浓度，并且读取该最大浓度处即图4中的A位置对应的GPS模块3采集的三维坐标，控制器模块1计算出四轴飞行器到达浓度最大点位置即A位置的姿态角，并产生驱动电子调速器8的PWM信号，电子调速器8接收到PWM信号后，会驱动无刷直流电机9的旋转，进而带动安装在无刷直流电机9上的螺旋桨10旋转，通过螺旋桨10的旋转，产生对应的升力，使四轴飞行器能够以相应的姿态飞行，在飞行过程中，控制器模块1读取姿态测量模块7实时测得的飞行姿态信息，实时调节飞行器的飞行姿态，从而使四轴飞行器以一定的姿态飞行到浓度最大点处，即A点位置处。四轴飞行器飞行到浓度最大点A点位置后，再按照该位置和圆心O1的连线方向确定四轴飞行器要飞行的下一个圆的圆心所在方向，即如图4所示的O1点和A点连线方向就是四轴飞行器要飞行的下一个圆的圆心所在方向，再根据四轴飞行器要飞行的下一个圆的轨迹要经过所测的浓度最大位置A点，和设定好的半径，就能确定圆心所在位置，即如图4所示的O2位置就是要四轴飞行器要飞行的下一个圆形轨迹的圆心位置，接着四轴飞行器以A点为初始点，以O2为圆心，再次飞行一周，在飞行过程中按照一定的采样时间实时采集浓度信息，每采集一次浓度信息，就读取和存储GPS模块3测得的该浓度处的三维坐标信息，飞行一周再次回到A点位置后，再次比较这一周采集的浓度信息，得到浓度最大的，即图4中的B点处浓度最大，读取该最大浓度处的三维空间坐标，控制器模块1计算出四轴飞行器从A点位置到达浓度最大点位置即B位置的姿态角，并产生驱动电子调速器8的PWM信号，电子调速器8接收到PWM信号后，会驱动无刷直流电机9的旋转，进而带动安装在无刷直流电机9上的螺旋桨10旋转，通过螺旋桨10的旋转，产生对应的升力，使四轴飞行器能够以相应的姿态飞行，在飞行过程中，控制器模块1读取姿态测量模块7实时测得的飞行姿态信息，实时矫正飞行器的飞行姿态，从而使四轴飞行器以一定的姿态飞行到浓度最大点处，即B点位置。在浓度最大点B点处按照相同的方法来确定下一个要飞行的圆心位置，按照相同的方法能够逐次找到各个浓度最大点位置。如果四轴飞行器飞行的前后两个圆形轨迹上的采集点浓度相差不大，则该浓度最大值位置就是烟羽源所在位置，通过图像传感器2拍摄烟羽源，显示在LCD模块4上，方便观察处理。
以上是对本实用新型所提供的基于四轴飞行器三维空间烟羽源自主追踪系统的详细说明。以上的说明只是用于帮助理解本实用新型及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。