本實(shí)用新型涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于四旋翼飛行器的空氣采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為了做好大氣污染治理，需要在一些特殊的產(chǎn)業(yè)區(qū)，對(duì)其空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。例如鋼鐵廠附近空氣中的二氧化硫、一氧化氮，煉鋁廠附近空氣中的硫化物等。而對(duì)于大范圍的空氣采樣來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很困難的問(wèn)題。

傳統(tǒng)的空氣樣品采集主要分為人工攜帶采集儀的現(xiàn)場(chǎng)采集和固定點(diǎn)樣品采集。這兩種采集方式各有利弊，前者靈活性高，但人力成本和時(shí)間成本較高，同時(shí)采集精度低；后者雖然采集精度高，但固定投資較大，同時(shí)該采集方法需要持續(xù)維護(hù)并占用土地。對(duì)于普通的科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)這兩種樣品采集方式均成本過(guò)高，且當(dāng)采集地為危險(xiǎn)環(huán)境時(shí)，人工采集有較大風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，旋翼無(wú)人機(jī)得到了快速的發(fā)展，我國(guó)也開(kāi)放了低空飛行權(quán)限，這些都使得無(wú)人機(jī)的使用越來(lái)越廣泛了。無(wú)人機(jī)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面己經(jīng)有較多的嘗試，無(wú)人機(jī)的低成本和易操作性也可以滿足了一般科研團(tuán)隊(duì)和環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)部門(mén)對(duì)環(huán)境樣品采集的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于四旋翼飛行器的空氣采集系統(tǒng)，該空氣采集系統(tǒng)適用于日常空氣質(zhì)量和霧霾及環(huán)境檢測(cè)，尤其適用于通行困難或有危險(xiǎn)的地區(qū)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：基于四旋翼飛行器的空氣采集系統(tǒng)，它包括無(wú)人機(jī)、空氣采集系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)和空氣采集系統(tǒng)主控器；所述無(wú)人機(jī)、所述空氣采集系統(tǒng)和所述無(wú)線通信系統(tǒng)分別與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接；所述空氣采集系統(tǒng)包括舵機(jī)和活塞裝置，所述舵機(jī)與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接，所述舵機(jī)與活塞裝置機(jī)械連接，驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述空氣采集系統(tǒng)、所述無(wú)線通信系統(tǒng)和所述空氣采集系統(tǒng)主控器均設(shè)置在無(wú)人機(jī)上。

進(jìn)一步地，所述空氣采集系統(tǒng)還包括空氣分析輔助系統(tǒng)，所述空氣分析輔助系統(tǒng)包括溫度傳感器、濕度傳感器和氣壓傳感器，所述溫度傳感器、所述濕度傳感器和所述氣壓傳感器分別與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接。

進(jìn)一步地，所述空氣采集系統(tǒng)還包括自主避障系統(tǒng)，所述自主避障系統(tǒng)包括紅外避障傳感器，所述紅外避障傳感器與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接。

進(jìn)一步地，所述空氣采集系統(tǒng)還包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括GPS模塊和圖像采集傳輸模塊，所述GPS模塊和所述圖像采集傳輸模塊分別與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接。

進(jìn)一步地，所述空氣采集系統(tǒng)還包括采集保護(hù)系統(tǒng)，所述采集保護(hù)系統(tǒng)包括風(fēng)速傳感器，所述風(fēng)速傳感器與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接。

進(jìn)一步地，所述空氣采集系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置為移動(dòng)硬盤(pán)，所述移動(dòng)硬盤(pán)與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接。

進(jìn)一步地，所述空氣采集系統(tǒng)主控器采用STM32F103C8T6處理器。

進(jìn)一步地，所述無(wú)人機(jī)為四旋翼飛行器。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.自主避障；在空氣采集的過(guò)程，由于飛行器沿預(yù)定路線自主飛行，為避免其與障礙物相撞，通過(guò)紅外傳感，讓飛機(jī)自行感知身前的障礙物，并對(duì)其作出相應(yīng)的躲避，保證了空氣采集過(guò)程中的實(shí)施性。

2.采集保護(hù)；飛行器對(duì)于天氣的依賴性相對(duì)較大，為避免在其空氣采集的過(guò)程中所遇環(huán)境惡劣，風(fēng)速過(guò)大，使得飛行器不能飛行，飛行器設(shè)定風(fēng)速報(bào)警值，當(dāng)檢測(cè)到風(fēng)速超過(guò)報(bào)警值時(shí)，飛行器自動(dòng)切換模式自主返航，保證了空氣采集的安全性。

3.輔助系統(tǒng)；將空氣采集時(shí)飛行器所處的環(huán)境參數(shù)記錄下來(lái)，能更好地幫助后續(xù)分析，保證了空氣采集的完整性。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示為本實(shí)用新型的模塊結(jié)構(gòu)示意圖，基于四旋翼飛行器的空氣采集系統(tǒng)，包括無(wú)人機(jī)、空氣采集系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)和空氣采集系統(tǒng)主控器；所述無(wú)人機(jī)、所述空氣采集系統(tǒng)和所述無(wú)線通信系統(tǒng)分別與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接；所述空氣采集系統(tǒng)包括舵機(jī)和活塞裝置，所述舵機(jī)與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接，所述舵機(jī)與活塞裝置機(jī)械連接，驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述空氣采集系統(tǒng)、所述無(wú)線通信系統(tǒng)和所述空氣采集系統(tǒng)主控器均設(shè)置在無(wú)人機(jī)上。

本實(shí)用新型的空氣采集系統(tǒng)是以無(wú)人機(jī)為載體的空氣采集裝置，對(duì)檢測(cè)點(diǎn)空氣的采集并保存。空氣采集系統(tǒng)包括舵機(jī)和活塞裝置，其中，舵機(jī)與空氣采集系統(tǒng)主控器連接，舵機(jī)與活塞裝置機(jī)械連接，驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使用時(shí)，無(wú)人機(jī)根據(jù)控制飛到監(jiān)測(cè)點(diǎn)，然后空氣采集系統(tǒng)主控器通過(guò)控制舵機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)來(lái)抽取檢測(cè)點(diǎn)的空氣。

所述空氣采集系統(tǒng)還包括空氣分析輔助系統(tǒng)，所述空氣分析輔助系統(tǒng)包括溫度傳感器、濕度傳感器和氣壓傳感器，所述溫度傳感器、所述濕度傳感器和所述氣壓傳感器分別與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接。空氣分析輔助系統(tǒng)的設(shè)置是為了輔助空氣分析工作的進(jìn)行，空氣分析輔助系統(tǒng)設(shè)置有溫度傳感器、濕度傳感器和氣壓傳感器，能夠在空氣采集系統(tǒng)采集空氣樣本的同時(shí)，對(duì)檢測(cè)點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的記錄，以輔助后續(xù)的空氣分析工作。

所述空氣采集系統(tǒng)還包括自主避障系統(tǒng)，所述自主避障系統(tǒng)包括紅外避障傳感器，所述紅外避障傳感器與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接。在空氣采集的過(guò)程，由于飛行器沿預(yù)定路線自主飛行，為避免其與障礙物相撞，通過(guò)紅外傳感，讓飛機(jī)自行感知身前的障礙物，并對(duì)其作出相應(yīng)的躲避，保證的空氣采集過(guò)程中的實(shí)時(shí)性。

所述空氣采集系統(tǒng)還包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括GPS模塊和圖像采集傳輸模塊，所述GPS模塊和所述圖像采集傳輸模塊分別與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一方面通過(guò)GPS模塊對(duì)無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行定位，另一方面通過(guò)圖像采集傳輸模塊采集飛行環(huán)境的圖像信息并傳輸回地面，方便使用者確定何時(shí)何地進(jìn)行空氣采樣。

所述空氣采集系統(tǒng)還包括采集保護(hù)系統(tǒng)，所述采集保護(hù)系統(tǒng)包括風(fēng)速傳感器，所述風(fēng)速傳感器與所述空氣采集系統(tǒng)主控器連接。由于高空與地面的風(fēng)速相差很大高空飛行，危險(xiǎn)系數(shù)較高，為減少安全隱患，采用風(fēng)速傳感器對(duì)飛行器所處環(huán)境的風(fēng)速進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)環(huán)境的風(fēng)速超過(guò)飛行器平穩(wěn)飛行的限度時(shí)，飛行器將自主回到初始位置。

所述空氣采集系統(tǒng)主控器采用STM32F103C8T6處理器。

所述無(wú)人機(jī)為四旋翼飛行器。

通過(guò)在空氣采集系統(tǒng)主控器中設(shè)置航線，使四旋翼飛行器沿預(yù)定航線飛行，并通過(guò)GPS模塊得到四旋翼飛行器的實(shí)時(shí)位置，通過(guò)圖像采集傳輸模塊采集環(huán)境的圖像信息并傳回地面，通過(guò)傳感器檢測(cè)環(huán)境的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速等信息并通過(guò)無(wú)線通信系統(tǒng)傳輸回地面。當(dāng)四旋翼飛行器到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)后，四旋翼飛行器自主懸停，并發(fā)送信息給地面，地面的控制端發(fā)送指令給空氣采集系統(tǒng)主控器，空氣采集系統(tǒng)主控器通過(guò)控制舵機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)來(lái)抽取檢測(cè)點(diǎn)的空氣。當(dāng)空氣收集完畢后，無(wú)人機(jī)再次向地面發(fā)送指令，此時(shí)，地面控制端控制四旋翼飛行器切換模式，讓四旋翼飛行器自主返航。