CN207173953U - 一种基于stm32的大气质量监测无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于STM32的大气质量监测无人机，属于大气质量监测无人机领域，该无人机主要包括控制系统、螺旋桨叶片、螺旋桨连接杆、起落架、起落架连接杆、横向连接杆、机身、大气监测传感器，所述的控制系统包括导航模块、主控模块、电子调速器、直流无刷电机、数据传输模块所述的控制系统置于无人机机身内部，所述的大气监测传感器模块放置于无人机机身下方外露在机身外面，大气监测传感器模块用于采集无人机当前的飞行区域的大气污染气体成分，能够对污染气体含量数据进行简单的分析并通过数据传输模块负责把污染气体信息传回到地面站。

Description

一种基于STM32的大气质量监测无人机

技术领域

本设计涉及大气质量监测无人机领域，更具体的说涉及一种基于STM32的大气质量监测无人机。

背景技术

空气质量的好坏反映了，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的，空气污染是一个复杂的现象，在特定时间和地点空气污染物浓度受到许多因素影响。来自固定和流动污 染源的人为污染物排放大小是影响空气质量的最主要因素之一，其中包括车辆、船舶、飞机 的尾气、企业生产排放、居民生活和取暖、垃圾焚烧等。城市的发展密度、地形地貌和气象等也是影响空气质量的重要因素；由于有些污染源的污染物到达大气中后是缓慢扩散的，因此这种定点测量的方式 测量的数据不具备代表性，并不能合理地作为对大气质量进行评价的基础，为了使得测量 的数据更加具有代表性更加全面，这就需要增加多个监控点，这势必要增加人力物力的投资，耗资巨大，成本高，以前的大气监测无人机都功能单一，一种无人机只能监测一种污染物使用成本高。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是：针对现有技术中的缺陷，提供一种基于STM32的大气质量监测无人机。

为解决上述问题，本实用新型通过以下技术方案实现的：所述的无人机包括控制系统、螺旋桨叶片8、螺旋桨支撑杆9、起落架10、机身11、起落架连接杆12、横向连接杆13；所述的控制系统包括主控模块1、导航模块2、电源模块3、大气监测传感器模块4、数据传输模块5、电子调速器6、无刷直流电机7；所述的无人机机身11为圆形，所述的螺旋桨支撑杆9有四个，四个螺旋桨支撑杆9均匀的安装在机身11的圆周方向上，每个螺旋桨支撑杆9端部安装有一个无刷直流电机7，无刷直流电机7的动力输出端与螺旋桨叶片8连接，起落架10与两个起落架连接杆12链接，两个起落架连接杆12用螺丝固定安装于机身11的下方，横向连接杆13通过螺丝固定连接于两个起落架连接杆12之间；所述的主控模块1、电源模块3、数据传输模块5、导航模块2置于无人机机身11内部，所述的大气监测传感器模块4外置于无人机机身11下方，所述的导航模块3与主控模块1输入端连接，大气监测传感器模块4、数据传输模块5的信号输入端与主控模块1的信号输出端连接，大气监测传感器4的信号输出端与主控模块1的信号输入端通过RS485串口连接，电源模块3输出端与导航模块2、电子调速器6、主控模块1的电源端口连接，四个电子调速器6的信号输入端分别与四个主控模块1的信号输出端连接，电子调速器6的电源输出端与直流无刷电机7连接；所述的大气监测传感器模块4外置于无人机机身11下方，是一种多组分气体传感器，包括NO2传感器、SO2传感器、CO传感器、O3传感器、Voc传感器。

优选地，所述的主控模块1芯片采用STM32F469。

优选地，所述的电源模块3包括锂电池、电压检测芯片、报警器，电压检测芯片连接在锂电池的电源输出端，报警器与电压检测芯片输出端连接。

优选地，所述的导航模块2采用GPS导航，GPS导航芯片为ATK-NEO-6M-V2.3。

本实用新型有益效果：

本实用新型一种基于STM32的大气质量监测无人机，其采用无人机携带大气监测传感器模块4进行采集空气中的各种污染气体的含量，相比较传统的定点监测，具有长时间飞行、采集数据范围广样本的代表性更强，为制定环境保护政策提供了可靠的依据。

附图说明

图1是一种基于STM32的大气质量监测无人机系统框图；

图2是一种基于STM32的大气质量监测无人机外观俯视图；

图3是STM32F469最小系统图；

图4是导航模块ATK-NEO-6M-V2.3原理图；

图中，1-主控模块、2-导航模块、3-电源模块、4-大气监测模块、5-数据传输模块、6-电子调速器、7-无刷直流电机、8-螺旋桨叶片、9-螺旋桨支撑杆、10-起落架、11-无人机机身、12-起落架连接杆、13-横向连接杆。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。

如图1-4所示的一种基于STM32的大气质量监测无人机包括控制系统、螺旋桨叶片8、螺旋桨支撑杆9、起落架10、机身11、起落架连接杆12、横向连接杆13；所述的螺旋桨连接杆9有四个，四个螺旋桨连接杆9分别通过螺丝均匀的安装在机身11的圆周方向上，每个螺旋桨连接杆9的端部安装有一个无刷直流电机7，无刷直流电机7的动力输出端与螺旋桨叶片8连接，起落架10通过起落架连接杆12用螺丝固定安装于机身11的下方，横向连接杆13通过螺丝固定连接于两个起落架连接杆12之间，这样的安装方式便于无人机的快速拆卸与组装；所述的控制系统包括主控模块1、导航模块2、电源模块3、大气监测传感器模块4、数据传输模块5、电子调速器6、无刷直流电机7，所述的主控模块1、电源模块3、数据传输模块5、导航模块2置于无人机机身11内部，所述的大气监测传感器模块4外置于无人机机身11下方，所述的导航模块3与主控模块1输入端连接，大气监测传感器模块4、数据传输模块5的信号输入端与主控模块1控制信号输出端连接，信号输出端与主控模块1的信号输入端连接，四个电子调速器6的信号输入端分别与四个主控模块1的信号输出端连接，电子调速器6的电源输出端与直流无刷电机7连接。

所述的主控模块1所采用的STM32F469飞控芯片具有低成本，飞控代码开源等优点（详见：https://www.codeforge.cn/article/248415）。所述的大气监测传感器模块4比起以往的空气质量传感器具有性价比高、可监测参数多，可监测的污染气体种类多（CO、NO2、O3、SO2、Voc）等特点能够有效的节约成本和提高利用率，所述的电源模块3包括航模锂电池、报警器、电压检测芯片，锂电池与主控模块1、导航模块2、大气监测模块4、电子调速器6的电源端连接，锂电池具有大容量，小体积，轻质量等优点能够保证给整个无人机供电的同时不至于增大无人机的重量和体积，电压检测芯片与锂电池连接，报警器与电压检测芯片输出端连接，电压检测芯片能够检测锂电池的电压，当锂电池的电压低于设定的值2.7V后，电压检测芯片控制报警器报警。

所述的大气监测传感器模块（4）采用UniTec公司的空多组分气体传感器AQI-601，每一个传感器专门测量特定的污染气体，采用铝合金外壳，嵌入式电子版，可对传感器性能进行全电子控制，多组分气体传感器具有总线RS485输出，使其可以把不同的气体传感器集成到现有的采集设备中，所有的功能参数可以进行电子控制并进行校正。多组分气体传感器能够根据客户需求选择不同的传感器进行组合，最终集成输出信号；对于CO、NO2、O3、SO2、Voc等气体采用高精度电路处理与三维建模软件处理技术，能大大提升传感器的检测精度与稳定性。针对某些气体（空气质量检测类）传感器更是采用了国家标准试验设备进行重复试验标定，在保证与高端光学仪器检测一致的情况下才具备出厂标准，传感器的检测原理可分为电化学检测原理，红外NDIR检测原理,PID光离子检测原理，催化燃烧检测原理。传感器的精度与稳定性则是通过使用软件算法实现的，由于传感器的功能参数非常多而且设置很方便，可以保证传感器长期数据重复性，而无需经常维护保养。

无人机在起飞前，给无人机输入一个飞行路线，在无人机升空后导航模块2把无人机当前的GPS坐标信息传递给主控模块1，主控模块1通过当前的GPS坐标信息与预定设置的飞行路线GPS坐标信息对比，如果偏离了最佳飞行路线则主控模块1通过控制电子调速器6输出电流的大小来控制不同方位的直流无刷电机7与对应的螺旋桨叶片11的转速，从而调整无人机回到最佳的飞行线路上。当无人机进入飞行航线后，主控模块1通过信号输出口给大气监测传感器模块4发出一个启动信号，大气监测传感器4启动工作，多分组气体传感器通过与空气中的有毒有害气体接触发生氧化还原反应，产生微量的电信号，通过传感器电路板生成标准的信号，标准的电信号通过RS485串口传输给主控模块1，主控模块1分析数据后得出各种有毒有害气体污染物在空气中的含量数据，然后主控模块1通过数据传输模块5把当前的大气污染气体信息传输给地面站。

本实用新型一种基于STM32的大气质量监测无人机工作过程：本实用新型一种基于STM32的大气质量监测无人机工作具有根据预先设定好的航向通过导航模块2自主飞行的功能，在设定好飞行区域GPS坐标信息后，无人机可在空中持续飞行过程中无人机所搭载的大气监测传感器模块4持续采集当前的大气中各种气体、微小固体颗粒物的成分和含量并传送给主控模块1，主控模块1通过数据传输模块5把当前的大气信息传输到地面站进行实时的分析。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于STM32的大气质量监测无人机，其特征在于：所述的无人机包括控制系统、大气监测传感器模块（4）、螺旋桨叶片（8）、螺旋桨支撑杆（9）、起落架（10）、机身（11）、起落架连接杆（12）、横向连接杆（13）；所述的控制系统包括主控模块（1）、导航模块（2）、电源模块（3）、数据传输模块（5）、电子调速器（6）、无刷直流电机（7）；所述的无人机机身（11）为圆形，所述的螺旋桨支撑杆（9）有四个，四个螺旋桨支撑杆（9）均匀的安装在机身（11）的圆周方向上，每个螺旋桨支撑杆（9）端部安装有一个无刷直流电机（7），无刷直流电机（7）的动力输出端与螺旋桨叶片（8）连接，起落架（10）与两个起落架连接杆（12）链接，两个起落架连接杆（12）用螺丝固定安装于机身（11）的下方，横向连接杆（13）通过螺丝固定连接于两个起落架连接杆（12）之间；所述的主控模块（1）、电源模块（3）、数据传输模块（5）、导航模块（2）置于无人机机身（11）内部，所述的导航模块（2）与主控模块（1）信号输入端连接，大气监测传感器模块（4）、数据传输模块（5）的信号输入端与主控模块1的信号输出端连接，大气监测传感器模块（4）的信号输出端与主控模块（1）的信号输入端通过RS485串口连接，电源模块（3）输出端与导航模块（2）、电子调速器（6）、主控模块（1）的电源端口连接，四个电子调速器（6）的信号输入端分别与四个主控模块（1）的信号输出端连接，电子调速器（6）的电源输出端与直流无刷电机（7）连接；所述的大气监测传感器模块（4）外置于无人机机

身（11）下方，是一种多组分气体传感器，包括NO2传感器、SO2传感器、CO传感器、O3传感器、Voc传感器。

2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的大气质量监测无人机，其特征在于：所述的主控模块（1）采用STM32F469主控芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于STM32的大气质量监测无人机，其特征在于：所述的电源模块（3）包括锂电池、电压检测芯片、报警器，电压检测芯片连接在锂电池的电源输出端，报警器与电压检测芯片输出端连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于STM32的大气质量监测无人机，其特征在于：所述的导航模块（2）采用GPS导航，GPS导航芯片为ATK-NEO-6M-V2.3。