一种无人机智能空气采集分析设备[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 207881762 U(45)授权公告日 2018.09.18

(21)申请号 201820333381.9(22)申请日 2018.03.12

(73)专利权人 广州市第八十九中学

地址 510520 广东省广州市天河区天源路

1219号(72)发明人 杨宏伟　张华　林晓丽　陈越　(74)专利代理机构 广州三辰专利事务所(普通

合伙) 44227

代理人 范钦正(51)Int.Cl.

G01D 21/02(2006.01)BC 27/08(2006.01)BC 39/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图2页

()实用新型名称

一种无人机智能空气采集分析设备

(57)摘要

本实用新型涉及空气监测技术领域，具体是一种无人机智能空气采集分析设备，包括无人机以及搭载的空气监测传感器，空气监测传感器包括温湿度传感器、PM2.5粉尘检测传感器和二氧化硫检测传感器，无人机包括机架、电机、旋翼、以及主控器，主控器包括无人机微处理器以及与之相连的陀螺仪模块、电子罗盘模块、气压计模块、超声测距传感器、蓝牙模块、无线通讯模块、导航定位模块和光流定位模块，无人机微处理器通过输入线束连接空气监测传感器，并通过无线通讯模块连接外部的发射接收终端。本实用新型使用导航定位模块和光流定位模块，对重大污染地区(人不能进入区域)能够实现无人工操作下的智能空域定点巡航、监测、采集、储存、传输等任务。

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权　利　要　求　书

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1.一种无人机智能空气采集分析设备，其特征在于，包括无人机以及搭载在无人机上的空气监测传感器，所述空气监测传感器包括温湿度传感器、PM2.5粉尘检测传感器和二氧化硫检测传感器，所述无人机包括机架、电机、旋翼、以及主控器，所述主控器包括无人机微处理器以及与之相连的陀螺仪模块、电子罗盘模块、气压计模块、超声测距传感器、蓝牙模块、无线通讯模块、导航定位模块和光流定位模块，所述光流定位模块包括光流传感器和对应的摄像头，所述无人机微处理器通过输入线束分别连接所述温湿度传感器、PM2.5粉尘检测传感器和二氧化硫检测传感器，并通过无线通讯模块连接外部的发射接收终端。

2.根据权利要求1所述的无人机智能空气采集分析设备，其特征在于，所述导航定位模块为GPS导航模块或者北斗导航模块。

3.根据权利要求1所述的无人机智能空气采集分析设备，其特征在于，所述机架上设有减震台，主控器通过减震台安装在机架上。

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一种无人机智能空气采集分析设备

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技术领域

[0001]本实用新型涉及空气监测技术领域，尤其涉及一种无人机智能空气采集分析设备。

背景技术

[0002]随着现代工业的迅速发展，雾霾已成为城市污染的重要来源，由空气质量问题引发的疾病屡见不鲜，为了提前预防空气污染对人们造成的危害，减霾抗污成为城市治理的重要手段，为彻底解决雾霾的生成源和大气污染因素，对小范围局部地区空气质量的监控愈发显得重要起来。过去气象和环保部门监测空气污染依赖于站网布局，“环保”以污染物对人体健康的影响及排放源监测为出发点，在布设监测仪器时主要考虑人群分布、人类活动范围以及污染排放源区等；而气象部门的监测更多以环境气象预报、气候变化、污染物输送等方面为出发点，依托现有气象站进行布局，这样的布局对局部地区的监测缺乏针对性，特别是对相对集中的工业企业排放和大型企业空域的空气精确监测，更是亟待解决的问题。

实用新型内容

[0003]为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种无人机智能空气采集分析设备，设计人工智能无人机技术，实现无人工操作下的智能空域定点巡航、监测、采集、储存、传输等任务。

[0004]本实用新型的目的采用如下技术方案实现：[0005]一种无人机智能空气采集分析设备，包括无人机以及搭载在无人机上的空气监测传感器，所述空气监测传感器包括温湿度传感器、PM2.5粉尘检测传感器和二氧化硫检测传感器，所述无人机包括机架、电机、旋翼、以及主控器，所述主控器包括无人机微处理器以及与之相连的陀螺仪模块、电子罗盘模块、气压计模块、超声测距传感器、蓝牙模块、无线通讯模块、导航定位模块和光流定位模块，所述光流定位模块包括光流传感器和对应的摄像头，所述无人机微处理器通过输入线束分别连接所述温湿度传感器、PM2.5粉尘检测传感器和二氧化硫检测传感器，并通过无线通讯模块连接外部的发射接收终端。[0006]优选地，所述导航定位模块为GPS导航模块或者北斗导航模块。[0007]优选地，所述机架上设有减震台，主控器通过减震台安装在机架上。[0008]相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：[0009]和人工遥控无人机检测空气指数的技术不同，本实用新型使用导航定位模块和光流定位模块，对重大污染地区(人不能进入区域)也能开展监测活动且采样精度高，不受外界无线电信号的干扰，由于使用经纬度坐标定位，能更加精确到达指定位置，无需人工操控。相比目前市面上基于地图导航的无人机，在精度方面具有地域判断误差小、采集区域精度高、监测数据精准等明显优势，同时检测到的空气质量指数可以随时传回地面或存储在无人机中，从而实现了空气采集分析的空域监测精准化、数据传输标准化和航采坐标精准

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化。

附图说明

[0010]图1为本实用新型无人机智能空气采集分析设备的结构示意图；[0011]图2为本实用新型无人机智能空气采集分析设备的原理框图；[0012]图中：无人机-1，机架-11，减震台-111，电机-12，旋翼-13，主控器-14，空气监测传感器-2，温湿度传感器-21，PM2.5粉尘检测传感器-22，二氧化硫检测传感器-23，无人机微处理器-31，陀螺仪模块-32，电子罗盘模块-33，气压计模块-34，超声测距传感器-35，无线通讯模块-36，导航定位模块-37，光流定位模块-38。具体实施方式[0013]下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

[0014]请参照图1-2所示，无人机智能空气采集分析设备，包括无人机1以及搭载在无人机1上的空气监测传感器2，所述空气监测传感器2包括温湿度传感器21、PM2.5粉尘检测传感器22和二氧化硫检测传感器23，所述无人机1包括机架11、电机12、旋翼13、以及主控器14，机架11上设有减震台111，主控器14通过减震台111安装在机架11上，所述主控器14包括无人机微处理器31以及与之相连的陀螺仪模块32、电子罗盘模块33、气压计模块34、超声测距传感器35、无线通讯模块36、导航定位模块37和光流定位模块38，所述光流定位模块38包括光流传感器和对应的摄像头，所述无人机微处理器31通过输入线束分别连接所述温湿度传感器21、PM2.5粉尘检测传感器22和二氧化硫检测传感器23，并通过无线通讯模块36连接外部的发射接收终端。

[0015]所述无人机微处理器31主要进行飞控算法的运行、传感器的读取、数据的处理、电机12的控制、用户程序的运行和下载，搭载GPS或者北斗导航定位模块37指定环境经纬度坐标以供无人机1使用。各种空气监测传感器2通过模数转换获得相应的空气指数传递到无人机1单片机中存储及发送。

[0016]所述陀螺仪模块32为整合性6轴运动处理组件，整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，并含可藉由第二个I2C端口连接其他加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理硬件加速引擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题。[0017]所述电子罗盘模块33由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和MCU构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场，磁场测量范围为±2Gauss。通过采用12位A/D转换器，磁力仪能够分辨出小于1mGauss的磁场变化量，我们便可通过该高分辨力来准确测量出200-300mGauss的X和Y方向的磁场强度，不论是在赤道上的向上变化还是在南北极的更低值位置。

[0018]所述气压计模块34包括一个高线性度的压力传感器和一个超低功耗的24位模数转换器，提供了一个精确的24位数字压力值和温度值以及不同的操作模式，可以提高转换速度并优化电流消耗；高分辨率的温度输出无须额外传感器可实现高度计/温度计功能；可以与几乎任何微控制器连接。通信协议简单，无需在设备内部寄存器编程。本实用新型中选

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用主要用于测量飞行高度使用。

[0019]所述超声测距传感器35是通过超声波发射装置发出超声波，超声波遇障碍物后反射回来，根据接收器接到超声波时的时间差就算出机器人与障碍物之间的距离，检测精度为±1cm。该传感器可用来计算出机器人距离障碍物的距离，防止无人机1撞物。[0020]所述蓝牙模块，是一种集成蓝牙功能的PCBA板，用于短距离无线通讯；作为取代数据电缆的短距离无线通信技术，蓝牙支持点对点以及点对多点的通信；蓝牙信号的收发是由蓝牙模块完成的，我们这里用到的蓝牙模块为HC-08蓝牙串口通信模块。[0021]所述电机12为由电动机主体和驱动器组成，不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机12，以霍尔传感器取代碳刷换向器，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机12那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。

[0022]所述导航定位模块37为GPS导航模块或者北斗导航模块；所述所述光流定位模块38包括光流传感器和对应的摄像头，用于获取水平方向运动的数据，利用光流传感器对捕捉的图像进行分析，实时获取飞行器自身位置及运动情况，并将测得数据信息实时传输到主控芯片分析处理。目前无人机1导航常见的坐标系包括：地球中心坐标系(ECEF)，WGS-84大地坐标系，当地水平坐标系(NED)，机体坐标系(BodyFrame)和机体水平坐标系等五种；无人机1定位一般有四种方式，1、GPS定位，2、光流定位，3、超宽带定位，4、地图坐标定位。GPS定位精度误差为10米，百度和高德地图加偏后误差为5米以上(这是基于国家地理坐标公布必须加密偏差的要求)，所以，目前的无人机1导航定位系统不管是采用GPS或是地图定位实际误差都较大，对于要求较高的空域精确采集样品实际运用就有较大的误差率和不准确性，不能真实反映空域数据。光流传感器检测运动物体的基本原理是：给图像中的每一个像素点赋予一个速度矢量，这就形成了一个图像运动场，在运动的一个特定时刻，图像上的点与三维物体上的点一一对应，这种对应关系可由投影关系得到，根据各个像素点的速度矢量特征，可以对图像进行动态分析。如果图像中没有运动物体，则光流矢量在整个图像区域是连续变化的。当图像中有运动物体时，目标和图像背景存在相对运动，运动物体所形成的速度矢量必然和邻域背景速度矢量不同，从而检测出运动物体及位置。基于这个原理本实用新型采用光流传感器作为坐标参照修正使用，导航定位模块37加光流传感器实时坐标修正的技术很好地解决了坐标定位的误差问题，其采集的精准性和样品的可靠性得到了保障。

[0023]上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

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图2

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