基于六旋翼无人机的pm2.5低空测量系统

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1、第14卷第36期2014年12月科学技术与工程Vol.14No.36Dec．20141671—1815(2014)36-0072-05ScienceTechnologyandEngineering2014Sci.Tech.Engrg.基于六旋翼无人机的PM2.5低空测量系统*牛记王仁波(东华理工大学核应用技术研究所，南昌330000)摘要研究PM2.5低空的分布规律对大气污染综合治理提供科学依据具有重要意义。针对目前不便获取低空PM2.5分布数据的情况，开发一套用六旋翼无人机搭载设备进行低空测量的系统。该

2、系统将空中采集的PM2.5数据与机上GPS数据进行融合，并存储到SD卡;同时通过无线将数据实时传回地面，地面站利用基于VC++编写的PC数据监测软件实时监控测量情况。测量结果表明，无人机能够准确稳定的按照规划的航线进行飞行测量，采集数据高效完整。初步测量表明，在5月底在至6月初，南昌地区0～150m垂直方向上PM2.5的浓度大小无明显变化。关键词PM2.5无人机测量无线中图法分类号TM930.12;文献标志码B六旋翼无人机(six-rotorUAV)，是一种有6个无人机;然后采购电机、电池和螺旋桨等零件进行

3、制螺旋桨的多旋翼飞行器，其6个螺旋桨均匀的分布作;制作完成后进行试飞，先是反复的姿态校准及手在机身的外侧，该机通过协调各旋翼的转速差进行动试飞，之后进行搭载GPS、摄像头和通讯天线的自［1］姿态调整，具有载重大，可垂直起降、定点悬停，主飞行试飞。精确按照预定航向和高度飞行等优点，精确飞行和(2)上位机测量数据监控软件采用VC++进行定点悬停对采集数据具有重要意义。利用无人机对编写，测量数据传输采用GPＲS无线传输系统。底层大气PM2.5的垂直分布特征进行分析，能为大(3)PM2.5测量模块采用美国GE公司的

4、SW-［2］气污染综合治理决策提供新的科学依据。目前PWM-01A光学粉尘传感器在STM32平台进行在研究PM2.5低空垂直分布情况时，采集数据的途开发。［3］径主要是借助高塔或高楼，该方法不但低效而且(4)载机和数据传输系统调试完成后，进行载位置单一，采用无人机可以很方便的避免这些问题。机搭载无线系统及载重试飞，试飞完成后便可进行本方案中无人机的控制系统采用了国际开源Ardu搭载测量模块的测量飞行。开发流程见图1。PilotMega(APM)系统，该系统不仅有稳定的飞行控制硬件电路，而且还有完善的地面站飞

5、行控制软件。通过地面站规划好测量航线，无人机利用GPS自主导航飞行，同时还可以人为进行遥控飞行，保证了测量方式的灵活性。1总体方案图1开发流程图Fig．1Developmentprocesschart1.1开发流程1.2系统框图本方案采用载机(六旋翼无人机)、上位机软件主要分两部分:飞行平台和地面站(见图2)。和测量模块同步开发，分开测试，最后进行综合测试(1)飞行平台除了包含飞行控制系统及动力系的路线。(1)因需要能精确定点飞行及悬停的载机，同统，还包括飞行参数无线发射模块、视频数据发射模块，以及传感器(

6、测量PM2.5)、GPS和数据处理输时要求载机有效载重能达2kg，选定载机为六旋翼模块。无人机的控制系统采用了国际开源ArduPil-2014年8月17日收到国家自然科学基金(11165002)资助otMega(APM)系统，其硬件电路图和代码在网上均第一作者简介:牛记(1988—)，男，硕士研究生。研究方向:嵌入有共享。数据处理模块将测量的PM2.5数据与式系统与自动化控制。E-mail:niuji163@163.com。GPS进行合成，即每个测量数据有一个三维坐标与*通信作者简介:王仁波，男，教授，硕士

7、生导师。E-mail:rbwang@之对应，该模块将合成后的数据存储到SD卡并发ecit.edu.cn。送回地面。36期牛记，等:基于六旋翼无人机的PM2.5低空测量系统73(3)螺旋桨:碳纤维1447桨，该桨长35.56cm(14in)，螺距119.38cm(4.7in);(4)电源:2块10000mA·h锂聚合物电池，最大放电倍率20C(即最大放电电流为200A);(5)APM2.5飞控板: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先进的控制算法设计，操控简单，同时飞控板外接

8、GPS可实现无人机自主导航飞行;(6)“好赢”牌电子调速器(电调)，最大工作电流30A，飞控板发送PWM信号通过电子调速器，转化为电流信号控制电机的转速;图2系统框图(7)飞行通讯模块:采用进口XBee-pro模块，工Fig．2Systemblockdiagram作频率为900MHz，最大功率250mW，最大传输速率为200Kb/s，配合7dB接收天线，有效传输距离(2)地面站主要由笔记本电脑和接收天线达10km