基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，包括四旋翼无人机，所述四旋翼无人机下方悬挂云台，所述云台上活动式装载有均与微处理器相连的监测摄像头和气体监测模块，所述四旋翼无人机上设置有四个用于转速和转向的电机，所述电机分别与电子调速器相连，所述电子调速器与所述微处理器相连，所述微处理器还与协处理器相连，所述协处理器分别与双目摄像头、超声波测距模块、气压传感器、GPS和陀螺仪相连。本实用新型提供的一种基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，具有成本低、响应迅速、立体监测等诸多优点，应用前景巨大。
【专利说明】
基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，属于无人飞行器与大气探测技术领域。
【背景技术】
[0002]随着我国工业经济的迅猛发展，化工企业违规排放已成为大气污染的重要污染源，由于自然灾害或工程质量、维修工作的欠缺，引发的化工厂爆炸或有害气体泄漏，严重影响区域大气环境质量。而大气环境监测是环境保护和应对突发大气污染事故工作中最重要的基础性工作。这就需要快速、准确、安全的获得大气主要有毒有害气体的浓度和种类。因此，需要设计一种响应速度快、成本低廉、作业效率高的有毒有害气体监测器。
[0003]目前国内外市场常见的大气污染监测器以固定式为主，使用局限性较大，难以在突发大气污染事件中对大气进行移动探测。市场上也有以无人机为平台的大气探测方式，主要是基于固定翼无人机和单旋翼直升机。固定翼无人机虽然滞空时间长，但难以对小范围内大气进行探测，而且对起飞降落条件有较高要求;单旋翼无人直升机体积大，成本颇尚O
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种体积小、响应速度快、能够立体监测、成本低的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器;进一步地，本实用新型提供一种能够实现无线通信和远程控制的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器;更进一步地，本实用新型提供一种提升安全性，保证无人机安全着陆的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:
[0006]基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，包括四旋翼无人机，所述四旋翼无人机下方悬挂云台，所述云台上活动式装载有均与微处理器相连的监测摄像头和气体监测模块，所述四旋翼无人机上设置有四个用于转速和转向的电机，所述电机分别与电子调速器相连，所述电子调速器与所述微处理器相连，所述微处理器还与协处理器相连，所述协处理器分别与双目摄像头、超声波测距模块、气压传感器、GPS和陀螺仪相连。
[0007]所述微处理器还与电池监测模块和报警模块相连。
[0008]所述微处理器还与无线通信模块相连，所述无线通信模块与地面遥控站通讯连接，所述地面遥控站与地面监视器通讯连接。
[0009]所述微处理器还与设置于所述四旋翼无人机顶端的降落伞相连。
[0010]降落伞为小型降落伞。
[0011 ]所述双目摄像头的个数为两对。
[0012]所述协处理器包括FPGA。
[0013]所述气体监测模块包括多种有毒有害气体传感器。
[0014]所述电机、微处理器、监测摄像头、气体监测模块、电子调速器、协处理器、双目摄像头、超声波测距模块、气压传感器、GPS、陀螺仪和报警模块均与电池相连，所述电池与所述电池监测模块相连。
[0015]所述报警模块包括指示灯和蜂鸣器。
[0016]所述有毒有害气体传感器包括二氧化硫传感器、氯气传感器、氨气传感器、一氧化碳传感器和氮氧化物传感器。
[0017]本实用新型设计了一种安全可靠、响应迅速、立体监测、成本低廉的大气有毒气体探测器。采用无人机载二氧化硫、氯气、氨气、一氧化碳、氮氧化物等多种有毒有害气体传感器感知大气中的有毒气体，传感器模块为通用可拆卸式，便于维修或根据实际探测需求更换传感器。机载降落伞使无人机安全性大大提升，即使发生坠机事故，也可通过降落伞使无人机缓慢安全降落，避免对地面人员财产的伤害。云台上的监测摄像头更为实时监控提供了方便。这样即可避免人员进入大气污染核心区域，实现快速响应，对小范围内大气进行立体多点探测。为快速处置大气污染事故提供数据基础。
[0018]本实用新型提供的一种基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，四旋翼无人机的设置，使本实用新型体积小、成本低、响应迅速快、实现立体监测；协处理器分别与双目摄像头、超声波测距模块、气压传感器、GPS和陀螺仪的设置，用于四旋翼无人机飞行轨迹和飞行姿态的获取;气体监测模块的设置，用于监测多种有毒有害气体;监测摄像头的设置，用于实时监测飞行轨迹和大气环境;无线通信模块与地面遥控站的设置，实现了本实用新型的无线通信和远程控制；降落伞的设置，使本实用新型提升安全性，保证无人机安全着陆；云台上活动式装载监测摄像头和气体监测模块的设置，使本实用新型为通用可拆卸式，便于维修或更换。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
[0021]如图1所示，基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，主要包括地面遥控站、微处理器与FPGA、气体监测模块、四旋翼飞行轨迹姿态获取模块、电池检测模块、电子调速器、无线通信模块和地面遥控显示模块(即地面监视器)。其中四旋翼飞行轨迹姿态获取模块由双目摄像头、超声波测距模块、气压传感器、GPS和陀螺仪构成。
[0022]基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，以一个微处理器为主和一个FPGA为协处理器为辅的主控模块。微处理器通过4个电子调速器控制四个电机的转速实现对无人机姿态的调整。而FPGA与两对双目摄像头、超声波测距模块、气压传感器、GPS、陀螺仪相连后再与微处理器相连。利用机载多种有毒有害气体传感器实现对大气污染物的探测;无人机下方悬挂云台，云台装载监测摄像头与气体监测模块，云台所载监测摄像头同样将视频实时发送给地面遥控站，供控制人员观察情况，并且地面控制人员可操控监测摄像头转向，便于观察。在地面遥控站通过无线遥控操控无人机运动或者通过设定好的程序由无人机自动运动，自动检测空气中的有毒有害气体;无人机通过无线通信模块实时将检测数据和监测摄像头图像传输回地面遥控站，由地面遥控站将数据进行处理汇总。
[0023]本实用新型是以地面遥控站为控制核心，通过四旋翼无人机对大气环境中的有毒有害气体进行基本探测，采用多种有毒有害气体传感器监测大气中是否有有害气体存在及其浓度，实现在地面遥控站实时显示大气探测情况与四旋翼无人机的飞行状态的功能。无人机云台上的监测摄像头，可供人员观察地面目标。同时机载降落伞提升安全性，在无人机高空遇到射桨、电机故障等严重情况时，使用降落伞让无人机安全着陆，降低无人机高空坠落对地面的人员财产的损伤。四旋翼无人机对起飞着落条件要求宽松，只需有小块平整的表面即可完成起飞与降落。
[0024]地面遥控站发出遥控指令，操控四旋翼无人机的运行;在自动模式下，由地面遥控站遥控无人机自动起飞飞往探测核心区域，并自动在多点采集大气信息，实时传回地面站，当一轮探测结束或电池电量过低时，四旋翼无人机自动飞回起飞地点并降落。在手动模式下；需操作员通过地面遥控站手动遥控无人机飞往探测区域，无人机同样将探测结果发回地面站，并将无人机的飞行状态，电池电量等信息发送至操作员的遥控终端。四旋翼无人机通过两对双目摄像头、超声波测距、GPS、陀螺仪、气压传感器来获得当前飞行状态以及飞行路径，当其中任意一种传感器失效时都不会对无人机造成坠机影响，此时无人机强制停止执行任务，进入故障处理模式。在遇到严重问题导致无人机无法正常飞行或悬停时，微处理器暂停电机供电并控制降落伞弹出，无人机依靠降落伞降落;并且蜂鸣器发出滴滴的警告声，提醒附近人群注意安全。
[0025]本实用新型的使用步骤如下:
[0026]准备过程:在上风远离污染源的位置打开四旋翼无人机和地面遥控站电源，使地面遥控站与四旋翼无人机建立连接，将四旋翼无人机放置在起飞平台上，在地面遥控站设置自动飞行模式或者手动控制模式。若条件允许，起飞平台可以lm*lm绿色H型标志为底，四旋翼无人机可在自动返航时通过云台所载监测摄像头捕捉H型降落场地，实现更为精准安全的降落。
[0027]使用过程:当准备过程完成后，即可让四旋翼无人机起飞执行大气监测任务。在自动模式下，在地面遥控站发出起飞命令后，四旋翼无人机自动起飞，按照预定设置执行检测任务，当完成检测任务后自动返回指定地点降落;地面遥控站则可实时监测大气探测结果与无人机飞行状态。当有突发情况时，可随时通过地面遥控站切换到手动控制模式，由手动操控无人机安全探测及返回。以此为突发性大气污染事件及时提供大气环境监测数据。
[0028]突发情况解决方案:在自动模式导航模式下，如遇前方有障碍，通过前置的双目摄像头感知前方障碍与距离，四旋翼无人机可自动与障碍保持距离，并提升飞行高度以躲避障碍;在跨越断崖等地面落差巨大时，会导致四旋翼无人机的超声波测距模块所测数据失去价值，此时根据气压传感器所提供的高度数据继续飞行；当四旋翼无人机靠近高大建筑物或在建筑物内时会失去GPS信号，但遥控信号仍然有效时，此时采用双目摄像头、陀螺仪与超声波测距模块进行惯性导航。
[0029]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，其特征在于，包括四旋翼无人机，所述四旋翼无人机下方悬挂云台，所述云台上活动式装载有均与微处理器相连的监测摄像头和气体监测模块，所述四旋翼无人机上设置有四个用于转速和转向的电机，所述电机分别与电子调速器相连，所述电子调速器与所述微处理器相连，所述微处理器还与协处理器相连，所述协处理器分别与双目摄像头、超声波测距模块、气压传感器、GPS和陀螺仪相连。2.根据权利要求1所述的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，其特征在于:所述微处理器还与电池监测模块和报警模块相连。3.根据权利要求1所述的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，其特征在于:所述微处理器还与无线通信模块相连，所述无线通信模块与地面遥控站通讯连接，所述地面遥控站与地面监视器通讯连接。4.根据权利要求2所述的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，其特征在于:所述微处理器还与设置于所述四旋翼无人机顶端的降落伞相连。5.根据权利要求1所述的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，其特征在于:所述双目摄像头的个数为两对。6.根据权利要求1所述的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，其特征在于:所述协处理器包括FPGA。7.根据权利要求1所述的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，其特征在于:所述气体监测模块包括多种有毒有害气体传感器。8.根据权利要求2所述的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，其特征在于:所述电机、微处理器、监测摄像头、气体监测模块、电子调速器、协处理器、双目摄像头、超声波测距模块、气压传感器、GPS、陀螺仪和报警模块均与电池相连，所述电池与所述电池监测模块相连。9.根据权利要求2所述的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，其特征在于:所述报警模块包括指示灯和蜂鸣器。10.根据权利要求7所述的基于四旋翼无人机的有毒有害气体监测器，其特征在于:所述有毒有害气体传感器包括二氧化硫传感器、氯气传感器、氨气传感器、一氧化碳传感器和氮氧化物传感器。
【文档编号】G01D21/02GK205691166SQ201620617447
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月21日 公开号201620617447.8, CN 201620617447, CN 205691166 U, CN 205691166U, CN-U-205691166, CN201620617447, CN201620617447.8, CN205691166 U, CN205691166U
【发明人】裴晓芳, 张廷潇, 张秀再, 丁立, 马杰, 吴静, 朱雯
【申请人】南京信息工程大学