CN206095290U - 一种基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，包括搭载于四旋翼飞行器上的环境信息采集系统，该环境信息采集系统将采集的信息通过无线数据通信模块传送至地面站，所述环境信息采集系统至少包括：温度采集模块，采用DS18B20数字型温度传感器；湿度采集模块，采用AM2302数字型湿度传感器；光照采集模块，采用On9658型光照强度传感器；PM2.5采集模块，采用DSM501A。本新型将微型无人机技术与无线传感网络技术进行融合，可实现对受限空间、有毒有害气体等特殊环境进行有效现场监测和信息采集，也可应用于入侵检测、安全监视、野生动物习性监测等场合，具有很强的实际应用推广价值。

Description

一种基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统

技术领域

本申请属于环境监测技术领域，特别是涉及一种基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统。

背景技术

近年来，随着科技不断发展，四旋翼飞行器作为一种结构新颖、性能优越的垂直起降飞行器，具有操作灵活、带负载能力强等特点，具有重要的军事和民用价值。现今国内外对温度、湿度、气压、光强、风速、风向、降水量等环境信息采集有些采用固定台站，以针对特定区域进行长期监测，采集到的数据以有线方式传送至数据中心，此方式可充分保证数据传输畅通完整，但线缆铺设成本很高。现较为先进的GPRS移动网络数据传送方式，虽有覆盖范围广、数据传输速率高、系统传输容量大等优点，但初期投入和后续通信费用相对较高。另外，固定台站难以被快速部署，在应对特殊环境和突发事件方面有很多不足。有些环境信息采集系统也以可移动平台作为载体，系统灵活性较高，能够应对某些特殊条件下信息采集需要，但系统完成后就只能针对一些特定环境信息进行监测，当遇到一些新情况时难以根据需要进行功能拓展，在一定程度上限制了环境信息采集系统的适用范围。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，包括搭载于四旋翼飞行器上的环境信息采集系统，该环境信息采集系统将采集的信息通过无线数据通信模块传送至地面站，所述环境信息采集系统至少包括：

温度采集模块，采用DS18B20数字型温度传感器；

湿度采集模块，采用AM2302数字型湿度传感器；

光照采集模块，采用On9658型光照强度传感器；

PM2.5采集模块，采用DSM501A。

优选的，在上述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统中，还包括控制单元以及分别与所述控制单元连接的姿态采集模块、电源模块和电机驱动模块。

优选的，在上述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统中，所述姿态采集模块采用MPU9150作为测量传感器。

优选的，在上述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统中，所述控制单元采用STM32F407处理器。

优选的，在上述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统中，所述电源模块为所述电机驱动模块提供12V电压；为所述姿态采集模块和无线数据通信模块提供5V电压；为所述控制单元提供3.3V电压。

优选的，在上述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统中，还包括连接于所述控制单元的避障模块，该避障模块包括超声波传感器。

优选的，在上述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统中，所述超声波传感器采用MB1202。

优选的，在上述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统中，所述无线数据通信模块采用基于2.4G频段的NRF2401模块。

优选的，在上述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统中，所述四旋翼飞行器包括呈十字形的支撑杆、以及转动安装于支撑杆末端的四个旋翼，每个所述旋翼分别与一电机连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本新型将微型无人机技术与无线传感网络技术进行融合，在四旋翼飞行器的基础上，通过增加控制模块、传感器模块、无线通信模块和地面控制监测平台，利用无人飞行器自主移动和定位巡航能力，结合无线传感器网络，可实现对受限空间、有毒有害气体等特殊环境进行有效现场监测和信息采集，也可应用于入侵检测、安全监视、野生动物习性监测等场合，具有很强的实际应用推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本实用新型具体实施例中基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统原理方框图。

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详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1所示，基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，包括搭载于四旋翼飞行器上的环境信息采集系统，该环境信息采集系统将采集的信息通过无线数据通信模块传送至地面站，所述环境信息采集系统至少包括：

温度采集模块，采用DS18B20数字型温度传感器；

湿度采集模块，采用AM2302数字型湿度传感器；

光照采集模块，采用On9658型光照强度传感器；

PM2.5采集模块，采用DSM501A。

该技术方案中，DS18B20具有体积小、抗干扰能力强、精度高等优点。测温范围为-55℃～+125℃，工作电压3.0V～5.5V，只需要一个I/O口就可以实现与微处理器的双向数据传输。同时，一个总线上同时最多能够并联运行8个DS18B20，实现多点测温。测量结果以9～12位数字量方式串行传送。

AM2302是一款含有已校准标准数字信号输出的温湿度复合传感器。该传感器由一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件组成，该传感器具有响应速度快、抗干扰能力强、性价比高等特点。标准单总线接口，易于进行系统集成。此外，体积小、功耗低，信号传输距离可达20米以上。

在环境信息采集系统中，从光照强度可以反应出当天天气情况，因此加入光照采集模块。On9658型光照强度传感器，内置双敏感元接收器和少量的电子元器件，典型入射波长为λp＝520nm，工作电压为2.4V～6V，最小功耗150mW，可见光范围内高度敏感，可运行温度范围为-20℃～+75℃且温度稳定性好。

PM2.5灰尘颗粒传感器型号是DSM501A，工作电压为5V，PWM脉宽调制输出，采用光学原理，探测粒子范围最大到8000pcs/283ml(直径1μm以上的粒子)，内置加热器可以自行吸引外部大气，体积小重量轻，易于安装。

进一步地，系统还包括控制单元以及分别与所述控制单元连接的姿态采集模块、电源模块和电机驱动模块。

优选的，姿态采集模块采用MPU9150作为测量传感器。

该技术方案中，MPU9150系统集成度高，包含了三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计，电路简单可靠、测量范围广、准确度高、动态响应快，且体积小、功耗低，能够快速融合陀螺仪和加速度计数据得出姿态四元数，适用于四轴飞行器的姿态控制系统。

优选的，控制单元采用STM32F407处理器。

该技术方案中，STM32F407微处理器，具有高性能Cortex-M4的32位RISC内核，拥有高达1M字节的片上闪存和196K字节的片内SRAM，集成了单周期的数字信号处理指令和硬件浮点单元，可满足有关四旋翼飞行器复杂控制算法的计算要求。

电源模块为所述电机驱动模块提供12V电压；为所述姿态采集模块和无线数据通信模块提供5V电压；为所述控制单元提供3.3V电压。

进一步地，还包括连接于所述控制单元的避障模块，该避障模块包括超声波传感器。超声波传感器采用MB1202。

该技术方案中，采用MB1202超声波传感器进行测距，该传感器功耗低，在3.3V工作电压下，电流信号只有2.1mA，其最大测量距离为7.65m，分辨率达到1cm。此外，传感器体积小巧，并且具有自动校准、实时波形特征分析等功能，在多个电气噪声源存在的环境中仍然可以通过自带的实时噪声抑制算法使其进行可靠的工作。

进一步地，无线数据通信模块采用基于2.4G频段的NRF2401模块。

该技术方案中，NRF2401为采用3.3V供电无线模块，系统采用与单片机相同的电源网络对其供电，同时加入0.1μF电容进行滤波确保模块正常工作。

该技术方案中，无线数据由通信数据链路、遥控数据链路、图像数据链路三部分组成。通信数据链路主要用于飞行器和PC机之间的数字通信，另外还负责实时记录飞行器姿态信息以及完成对飞行参数的设定；遥控数据链路用于从地面接收遥控信号来控制飞行器进行姿态矫正飞行；图像数据链路用于向地面控制端传输飞行器端的监控数据。

进一步地，四旋翼飞行器包括呈十字形的支撑杆、以及转动安装于支撑杆末端的四个旋翼，每个所述旋翼分别与一电机连接。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，其特征在于，包括搭载于四旋翼飞行器上的环境信息采集系统，该环境信息采集系统将采集的信息通过无线数据通信模块传送至地面站，所述环境信息采集系统至少包括：

温度采集模块，采用DS18B20数字型温度传感器；

湿度采集模块，采用AM2302数字型湿度传感器；

光照采集模块，采用On9658型光照强度传感器；

PM2.5采集模块，采用DSM501A，

还包括控制单元以及分别与所述控制单元连接的姿态采集模块、电源模块和电机驱动模块。

2.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，其特征在于：所述姿态采集模块采用MPU9150作为测量传感器。

3.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，其特征在于：所述控制单元采用STM32F407处理器。

4.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，其特征在于：所述电源模块为所述电机驱动模块提供12V电压；为所述姿态采集模块和无线数据通信模块提供5V电压；为所述控制单元提供3.3V电压。

5.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，其特征在于：还包括连接于所述控制单元的避障模块，该避障模块包括超声波传感器。

6.根据权利要求5所述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，其特征在于：所述超声波传感器采用MB1202。

7.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，其特征在于：所述无线数据通信模块采用基于2.4G频段的NRF2401模块。

8.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的环境信息采集系统，其特征在于：所述四旋翼飞行器包括呈十字形的支撑杆、以及转动安装于支撑杆末端的四个旋翼，每个所述旋翼分别与一电机连接。