CN107054651A - 一种无人机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无人机系统，该无人机系统包括：手持机、无人机和无人机飞行控制器，所述无人机上设置有摄像头、数据采集装置、3G模块和处理器；所述3G模块中集成有ARM微控制器；所述处理器与所述无人机飞行控制器连接；所述3G模块，用于接收到所述查询请求信息，并接受AT指令将处理器中存储的环境状态参数发送到手持机。在不适宜人做测量、收集气体信息的特殊工作环境下，利用本发明可以代替人工实现对有关气体的数据的采集，且无人机机动性好，具有一定的载重能力，耐用性强，成本低，在无人员伤亡风险的情况下数据收集。

Description

一种无人机系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机系统。
背景技术
近几年无人机在军事和民用领域快速发展，得到了广泛应用。在军事领域，主要用于战略侦查与进攻；在民用方面，大多数都是在无人机上配备摄像头和数据传输设备来实现视频的拍摄、巡查等功能，还有这两年兴起的利用无人机进行偏远地区货物的运输。但是，几乎没有在无人机上配备更多的传感器，以实现代替人对各种不同环境的各项指标的检测。通过无人机实现相关参数的检测，可以提高效率，并且无人员伤亡，大大降低了各种不同环境检测的危险和成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种特殊环境下采集参数的无人机系统，实现在不同环境情况下对环境参数的采集。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种无人机系统，包括：手持机、无人机和无人机飞行控制器，所述无人机上设置有摄像头、数据采集装置、3G模块和处理器；所述3G模块中集成有ARM微控制器；所述处理器与所述无人机飞行控制器连接；所述摄像头与所述手持机通信连接；
所述摄像头，用于采集视频图像并传输到所述手持机进行显示；
所述数据采集装置，用于采集环境状态参数并传输到所述处理器进行存储；
所述处理器，用于存储环境状态参数，还用于根据操控指令控制所述无人机飞行控制器；
所述手持机，用于向所述3G模块发送查询请求信息，并接收所述3G模块反馈的环境状态参数；
所述3G模块，用于接收到所述查询请求信息，并接受AT指令将处理器中存储的环境状态参数发送到手持机；
所述ARM微控制器，用于在所述3G模块接收到查询请求信息时，向所述3G模块发送AT指令。
本发明的有益效果是：在不适宜人做测量、收集气体信息的特殊工作环境下，利用本发明可以代替人工实现对有关气体的数据的采集，且无人机机动性好，具有一定的载重能力，耐用性强，成本低，在无人员伤亡风险的情况下数据收集。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述无人机包括：机架和设置在机架下端的脚架，所述机架采用四轴X型结构；所述无人机飞行控制器设置有四组，分别设置在机架的四轴的顶端；每组所述无人机飞行控制器包括：螺旋桨、电机和电调，所述螺旋桨设置在所述电机上，所述电调与所述电机连接用于控制所述电机的转速。
采用上述进一步方案的有益效果是：机架采用四轴X型结构使无人机在飞行过程中更加稳定，采用电调控制电机转速，方便用户控制无人机飞行。
进一步，所述机架的四轴的顶端设置有第一到第四组无人机飞行控制器，第一到第四组无人机飞行控制器的设置顺序以遥控器控制无人机飞行时的头向为准；所述第一组和第三组无人机飞行控制器中的电机控制所述螺旋桨逆时针旋转，所述第二组和第四组无人机飞行控制器中的电机控制所述螺旋桨顺时针旋转。
采用上述进一步方案的有益效果是：使无人机中的两组无人机飞行控制器顺时针旋转，另外两组无人机飞行控制器逆时针旋转，提高无人机在空中的稳定性，提高无人机转向的灵敏度。
进一步，所述数据采集装置包括：红外二氧化碳传感器、氨气传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器和氧气传感器。
采用上述进一步方案的有益效果是：监控环境中不同情况时会出现的最为明显各项气体变化，提高用户根据不同气体浓度的变化情况判断环境状况的准确性。
进一步，所述3G模块在接收到所述查询请求信息时，引起所述ARM微控制器产生中断，在中断服务程序中ARM微控制器向3G模块发送AT指令，3G模块接收到所述AT指令，将处理器中存储的环境状态参数发送到手持机。
采用上述进一步方案的有益效果是：在3G模块接收到查询请求信息时，及时通过ARM为控制器控制3G模块反馈环境状态参数，确保出现数据传输的时候及时对数据进行处理。
进一步，所述数据采集装置通过GPIO数据传输方式向将所述环境状态参数传输到所述处理器；所述处理器通过SPI数据传输方式将环境状态参数传输到所述3G模块。
进一步，所述数据采集装置还包括：AD转换器,所述处理器中还包括：定时器，所述定时器用于在预设时间内产生中断，在中断服务程序中启动AD转换器和所述数据采集装置；所述数据采集装置将采集到的环境状态参数通过AD转换器转换后传输到处理器；所述处理器分析所述环境状态参数是否异常，当所述环境状态参数正常时，将所述环境状态参数进行存储。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种无人机系统结构示意框图；
图2为本发明实施例提供的一种无人机系统无人机结构示意图；
图3为本发明另一种实施例提供的一种无人机系统3G模块工作流程示意图；
图4为本发明另一种实施例提供的一种无人机系统数据采集装置和处理器工作流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种无人机系统，包括：手持机、无人机和无人机飞行控制器，无人机上设置有摄像头、数据采集装置、3G模块和处理器；3G模块中集成有ARM微控制器；处理器与无人机飞行控制器和遥控器分别连接；所述摄像头与所述手持机通信连接；
所述摄像头，用于采集视频图像并传输到所述手持机进行显示；
数据采集装置，用于采集环境状态参数并传输到处理器进行存储；
所述处理器，用于存储环境状态参数，还用于接收遥控器发送的操控指令控制所述无人机飞行控制器；
手持机，用于向3G模块发送查询请求信息，并接收3G模块反馈的环境状态参数；
3G模块，用于接收到查询请求信息，并接受AT指令将处理器中存储的环境状态参数发送到手持机；
ARM微控制器，用于在3G模块接收到查询请求信息时，向3G模块发送AT指令。
上述实施例中，通过载无人机上搭载数据采集装置、3G模块和处理器实现对环境中的各项环境状态参数和发送，保证用户在进行查询请求时，第一时间得到反馈回的环境状态参数，用户可以根据环境状态参数分析被检测区域的环境状况。
优选的，无人机包括：机架和设置在机架下端的脚架，机架采用四轴X型结构；无人机飞行控制器设置有四组，分别设置在机架的四轴的顶端；每组无人机飞行控制器包括：螺旋桨、电机和电调，螺旋桨设置在电机上，电调与电机连接用于控制电机的转速。
如图2所示，优选的，机架的四轴的顶端设置有第一到第四组无人机飞行控制器，第一到第四组无人机飞行控制器的设置顺序以遥控器控制无人机飞行时的头向为准；第一组和第三组无人机飞行控制器中的电机控制螺旋桨逆时针旋转，第二组和第四组无人机飞行控制器中的电机控制螺旋桨顺时针旋转。
优选的，机架采用轴距为650毫米、型号为飞跃650的碳纤维机架；电机的型号为郎宇3508无刷电机，电调的型号为乐天30A电调；遥控器的型号为天地飞09遥控器；电源采用达普10000毫安电池；ARM微控制器的型号为STM32。
优选的，数据采集装置包括：湿度传感器、PM2.5传感器、红外二氧化碳传感器、氨气传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器和氧气传感器；红外二氧化碳传感器，型号为MH-Z14A，工作电压：DC4-6V，工作电流：50mA-100mA，检测范围：0-5000ppm，预热时间：180S，模拟输出电压：0.4-2V，数字输出：串口数据输出，工作温度：0-60℃，工作湿度：0-90％RH，尺寸大小：57mm×35mm×15mm，正常情况下空气中二氧化碳浓度为350-450ppm，二氧化碳浓度含量会影响人类的生活作息，整理出二氧化碳浓度含量与人体生理反应如下：350～450ppm：同一般室外环境；350～1000ppm：空气清新，呼吸顺畅；1000～2000ppm：感觉空气浑浊，并开始觉得昏昏欲睡；2000～5000ppm：感觉头痛、嗜睡、呆滞、注意力无法集中、心跳加速、轻度恶心；大于5000ppm：可能导致严重缺氧，造成永久性脑损伤、昏迷、甚至死亡。
所选二氧化碳传感器量程为0-5000ppm，涵盖了以上所有的范围，红外NDIR原理，相对传统电化学式二氧化碳传感器而言，精度高，体积小巧，受环境影响小，使用寿命长；氨气传感器，型号为MQ137，工作电压：DC5V，工作电流：<150mA，检测范围：5-500ppm，氨气在大气中含量极低，爆炸极限为16～25％，最易引燃浓度17％；一氧化碳传感器，型号为ZE07-CO，探测范围：0-500ppm，工作电压：DC3.7V-9V，工作电流：<5mA，输出信号：模拟电压，使用环境：温度0-50℃，湿度：20％-90％RH，空气中一氧化碳含量很少，一般的一氧化碳报警器的报警线为50ppm，所选一氧化碳传感器量程为0-500ppm，分辨率0.1ppm，符合本系统需求；二氧化硫传感器，型号为ZE03-SO2，探测范围：0-20ppm，工作电压：DC3.7V-9V，工作电流：<5mA，输出信号：模拟电压，大气中二氧化硫浓度在0.5ppm以上对人体已有潜在影响；在1-3ppm时多数人开始感到刺激；在400-500ppm时人会出现溃疡和肺水肿直至窒息死亡，二氧化硫与大气中的烟尘有协同作用，当大气中二氧化硫浓度为0.21ppm,烟尘浓度大于0.3mg/L,可使呼吸道疾病发病率增高,慢性病患者的病情迅速恶化，如伦敦烟雾事件、马斯河谷事件和多诺拉等烟雾事件,都是这种协同作用造成的危害；氧气传感器，型号为ZE03-O2，探测范围：0-25％，工作电压：DC3.7V-9V，工作电流：<5mA，输出信号：模拟电压，使用环境：温度0-50℃，湿度：20％-90％RH，标准大气中氧气浓度约为％21，如果发生火灾等特殊情况，氧气含量应低于21％，所以所选氧气传感器的量程为0-25％，满足使用需求。具体如下表所示。
如图3所示，优选的，3G模块在接收到查询请求信息时，调用ARM微控制器产生中断，在中断服务程序中ARM微控制器向3G模块发送AT指令，3G模块接收到AT指令，将处理器中存储的环境状态参数发送到手持机，中断方式利用硬件体系结构的中断机制实现设备和系统的应答对话，即当物理设备需要CPU处理数据时，就向CPU发送一个中断信号，系统则在收到信号后调用相应的中断服务程序响应对设备中断的处理，AT指令的每个指令执行成功与否都有相应的返回。其他的一些非预期的信息，如有人拨号进来、线路无信号等，模块将有对应的一些信息提示，接收端可做相应的处理。
优选的，数据采集装置通过GPIO数据传输方式向将环境状态参数传输到处理器；处理器通过SPI数据传输方式将环境状态参数传输到3G模块，GPIOS是总线扩展器，人们利用工业标准I2C、SMBus或SPI接口简化了I/O口的扩展。当微控制器或芯片组没有足够的I/O端口，或当系统需要采用远端串行通信或控制时，GPIO产品能够提供额外的控制和监视功能，SPI是串行外设接口的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议。
如图4所示，优选的，数据采集装置还包括：AD转换器,所述处理器中还包括：定时器，定时器用于在预设时间内产生中断，在中断服务程序中启动AD转换器和数据采集装置；数据采集装置将采集到的环境状态参数通过AD转换器转换后通过GPIO数据传输方式传输到处理器；处理器分析环境状态参数是否异常，当环境状态参数正常时，将环境状态参数进行存储，当环境状态参数不正常时，不存储此次检测到的数据，等待定时器重新产生中断，通过数据采集装置重新采集环境状态参数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无人机系统，其特征在于，包括：手持机、无人机和无人机飞行控制器，所述无人机上设置有摄像头、数据采集装置、3G模块和处理器；所述3G模块中集成有ARM微控制器；所述处理器与所述无人机飞行控制器连接；所述摄像头与所述手持机通信连接；
所述摄像头，用于采集视频图像并传输到所述手持机进行显示；
所述数据采集装置，用于采集环境状态参数并传输到所述处理器进行存储；
所述处理器，用于存储环境状态参数，还用于根据操控指令控制所述无人机飞行控制器；
所述手持机，用于向所述3G模块发送查询请求信息，并接收所述3G模块反馈的环境状态参数；
所述3G模块，用于接收到所述查询请求信息，并接受AT指令将处理器中存储的环境状态参数发送到手持机；
所述ARM微控制器，用于在所述3G模块接收到查询请求信息时，向所述3G模块发送AT指令。
2.根据权利要求1所述的一种无人机系统，其特征在于，所述无人机包括：机架和设置在机架下端的脚架，所述机架采用四轴X型结构；所述无人机飞行控制器设置有四组，分别设置在机架的四轴的顶端；每组所述无人机飞行控制器包括：螺旋桨、电机和电调，所述螺旋桨设置在所述电机上，所述电调与所述电机连接用于控制所述电机的转速。
3.根据权利要求2所述的一种无人机系统，其特征在于，所述机架的四轴的顶端设置有第一到第四组无人机飞行控制器，第一到第四组无人机飞行控制器的设置顺序以遥控器控制无人机飞行时的头向为准；所述第一组和第三组无人机飞行控制器中的电机控制所述螺旋桨逆时针旋转，所述第二组和第四组无人机飞行控制器中的电机控制所述螺旋桨顺时针旋转。
4.根据权利要求1所述的一种无人机系统，其特征在于，所述数据采集装置包括：红外二氧化碳传感器、氨气传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器和氧气传感器。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种无人机系统，其特征在于，所述3G模块在接收到所述查询请求信息时，调用所述ARM微控制器产生中断，在中断服务程序中所述ARM微控制器向所述3G模块发送AT指令，所述3G模块接收到所述AT指令，将处理器中存储的环境状态参数发送到手持机。
6.根据权利要求5所述的一种无人机系统，其特征在于，所述数据采集装置通过GPIO数据传输方式向将所述环境状态参数传输到所述处理器；所述处理器通过SPI数据传输方式将环境状态参数传输到所述3G模块。
7.根据权利要求5所述的一种无人机系统，其特征在于，所述数据采集装置还包括：AD转换器,所述处理器中还包括：定时器，所述定时器用于在预设时间内产生中断，在中断服务程序中启动AD转换器和所述数据采集装置；所述数据采集装置将采集到的环境状态参数通过AD转换器转换后传输到处理器；所述处理器分析所述环境状态参数是否异常，当所述环境状态参数正常时，将所述环境状态参数进行存储。
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