陈永煌
【摘要】论文阐述了一种多旋翼无人飞行器PM25监测系统，包括空中测量装置和地面遥测装置。空中测量装置和地面遥测装置通过无线通信连接，利用多旋翼无人机搭载PM25传感器，采用无线通信技术、GPS定位导航技术进行PM25监测，实现对较大区域的PM25数据进行连续、自动和快速的监测，进行多点测量，得到PM25参数的平均浓度数据，为PM25数据统计和分析提供了一种非常实用的监测设备。
【Abstrt】APM25trsystultrtrudrlvhl（UAV）sdsrbdthspprItludsrsurtdvsdrudtltrydvsThrbrsurtdvdthrudtltrydvrtdbyrlssutThPM25ssrsquppdthultrtrUAV，dthPM25trsrrdutbyrlssutthlydGPSpstvtthlyItrlztuus，uttdfsttrfPM25dtlrr，drryutult-ptsurtttthvrtrtdtfPM25prtrs，sstprvdsvryprtltrdvfrPM25dtsttstsdlyss
【关键词】PM25监测；多旋翼无人飞行器；通信
【Kyrds】PM25tr；ultrtrudrlvhl；ut
【中图分类号】P23【文献标志码】B【文章编号】673-069（208）04-062-02
引言
PM25是指大气中直径小于或等于25微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的/20。PM25粒径小，含有大量的有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，被称为大气污染的元凶。PM25的污染對人和环境造成很大的影响，对PM25质量浓度的监测已迫在眉睫。
2总体方案
该系统主要由空中测量装置和地面遥测装置两大部分组成。空中测量装置主要包括：多旋翼飞行器主体，主控模块、飞行器通信模块、GPS导航模块、PM25测量模块、PM25空中通信模块组成；地面遥测装置主要包括：飞行器地面遥测模块、PM25地面通信模块、PM25显示模块组成。其工作原理如下：空中测量装置中的多旋翼飞行器主体和GPS导航模块由主控模块控制，主控模块的控制信号由飞行器通信模块提供。空中的飞行通信模块通过无线通信受地面遥测装置中的飞行器地面遥控模块控制，由地面发出相应的指令，控制飞行器的姿态[]。飞行器采用有两种控制方式：“手动操作”方式和“自动操作”方式。在“手动操作”方式时，由地面操作人员操作地面遥控模块按人工指令执行；在“自动操作”方式时，按预先设置好的导航地图路线和空中的GPS导航模块通信实现自动巡航监测功能。搭载在空中多旋翼飞行器主体上的PM25测量模块采用高精度的PM25传感器，其在空中测量到的PM25数据通过PM25空中通信模块和PM25地面通信模块通过无线通信方式通信，返回给PM25地面通信模块，返回的PM25数据最后在PM25显示模块显示和储存。
3空中系统
主要由以下几个部分组成。
无人机机载平台设备所示：采用四旋翼无人机，包括：
①机架：采用碳管加碳纤维板结构，质量轻，强度高，机身轴距为550。
②电机：采用350三相无刷电机，可控性高，扭力大，效率高。
③螺旋桨：345型高强度碳塑桨。
④电源：块6s4500h锂聚合物电池，最大放电倍率为0C。
⑤飞控：DJIN飞控，集成了三轴加速度计、三轴陀螺仪、磁力计、气压高度计等多种高精度传感器和丰富的API接口，操控简单，能够根据SDK开发丰富的自动飞行功能，同时飞控板外接GPS可实现无人机自主导航飞行。
⑥电调：电子调速器，采用DJI620D正弦波电调，通过飞控发送正弦波信号控制电机转速调节，精确灵敏。
⑦飞行通讯模块：采用24GHZ的rf240和58GHZ的图传模块，实时将飞行器数据和飞行指令和地面段进行通信。
PM25测量平台：
①p25测量模块为SDS0，使用激光散射原理，能够得到空气中03～0微米悬浮颗粒物浓度，使用进口激光器与感光部件，数据稳定可靠，数字化输出，集成度高[2]。当照到通过检测位置的颗粒物时会产生微弱光散射，在特定方向上的光散射波形与颗粒直径有关，通过不同的分类统计及换算公式可以得到不同粒径的实时颗物数量浓度，按照标定方法得到跟官方单位统一的质量浓度。
②无线传输模块：RF240是单片射频收发芯片，工作于24～25GHzISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dB的功率发射时，工作电流只有05A，接收时工作电流只有8A，多种低功率工作模式，节能设计更方便[3]。RF240内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。
4地面系统
如图天空端测量设备与地面手持端设备所示。地面遥测装置主要包括：飞行器地面遥测模块、PM25地面通信模块、PM25显示模块组成。地面无线接收显示模块：JLX2864G-086可以显示28*64点阵单色图片，或显示6×6点阵的汉字8×4行，或显示8×6点阵的英文、数字、符号6个×4行。或显示5×8点阵的英文、数字、符号2个×8行。采用4线SPI串行接口，结构轻、薄、带背光。
5数据处理
PM25监测系统采用有两种控制方式：“手动操作”方式和“自动操作”方式，在“手动操作”方式时，由地面操作人員操作地面遥控模块按人工指令执行；在“自动操作”方式时，按预先设置好的导航地图路线和空中的GPS导航模块通信实现自动巡航监测功能[4]。搭载在空中多旋翼飞行器主体上的PM25测量模块拟采用高精度的PM25传感器，其在空
中测量到的PM25数据通过PM25空中通信模块和PM25地面通信模块通过无线通信方式通信，返回给PM25地面通信模块，返回的PM25数据最后在PM25显示模块显示和储存。
6结论
①文章阐述的《基于多旋翼无人飞行器的PM25监测系统》把PM25传感器搭载在多旋翼无人飞行器上，可在某一区域空中“多点监测”PM25数据和“连续监测”PM25数据，返回地面接收装置，方便进行数据统计和分析；
②《基于多旋翼无人飞行器的PM25监测系统》的多旋翼无人飞行器具有GPS导航模块，因此，监测系统可按人们预先制定的地图路线巡航监测，便于PM25监测自动化。
【参考文献】
【】杨新兴，冯丽华，尉鹏大气颗粒物PM25及其危害[J]前沿科学，202（）：22-3
【2】章轩语，罗孟飞大气颗粒物质PM25的产生、危害及防治[J]今日科技，202（5）：70-70
【3】于雅莉，孙枫，王元昔基于多传感器的四旋翼飞行器硬件电路设计[J]传感器与微系统，20230（8）：3-5
【4】刘峰，吕强，王国胜，等四轴飞行器姿态控制系统设计[J]计算机测量与控制，20，9（3）：583-586
文章来源于：中小企业管理与科技·上旬刊