基于四旋翼飛行器的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、學(xué)校代碼：10406分類號： TP271+.5 學(xué)號： 150408521038南昌航空大學(xué) 南昌航空大學(xué)碩 士 學(xué) 位 論 文（專業(yè)學(xué)位研究生）基于四旋翼 基于四旋翼飛行器的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 飛行器的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計 研究與設(shè)計碩 士 研 究 生： 邱日鵬導(dǎo) 師： 吳劍 副教授申請學(xué)位級別： 碩士學(xué) 科 、 專 業(yè)： 控制工程所 在 單 位： 信息工程學(xué)院答 辯 日 期： 2018 年 6 月授予學(xué)位單位： 南昌航空大學(xué)I摘

2、要 摘要近年來，頻頻發(fā)生的空氣污染事件，給人們的生活造成嚴(yán)重影響，大氣環(huán)境治理刻不容緩，然而實時準(zhǔn)確的監(jiān)測環(huán)境空氣污染狀況對于大氣污染的防治至關(guān)重要。當(dāng)前常見的大氣環(huán)境監(jiān)測方式多采用固定式或便攜式的監(jiān)測設(shè)備，固定式的通常用于安裝在監(jiān)測站等指定地點，這種方式由于存在監(jiān)測范圍小、監(jiān)測點分布少等缺陷，往往很難真實的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的大氣污染物分布情況；而便攜式的則需要依靠人員攜帶進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)遇到復(fù)雜危險環(huán)境時存在很大困難。針對上述問題，本文設(shè)計一種

3、基于四旋翼飛行器的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)通過四旋翼飛行器搭載空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集模塊對大氣環(huán)境中主要污染物進(jìn)行檢測，采用無線傳輸方式將采集的污染物數(shù)據(jù)實時傳輸至地面監(jiān)控終端進(jìn)行顯示和處理，作為一種流動、立體化監(jiān)測手段，可用于對高空、復(fù)雜危險環(huán)境下的空氣污染狀況進(jìn)行監(jiān)測。本文主要工作如下：首先對四旋翼飛行器平臺進(jìn)行設(shè)計，分析了其組成結(jié)構(gòu)以及工作原理，根據(jù)四旋翼的運動特性和力學(xué)分析，采用牛頓-歐拉定理建立了四旋翼動力學(xué)模型；設(shè)計了以 STM32

4、F407 為控制核心的飛行控制系統(tǒng)，主要包括主控制器、姿態(tài)測量傳感器、無線數(shù)傳等各模塊的選型和硬件電路設(shè)計；軟件實現(xiàn)方面，分析了各傳感器數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計流程，基于四元數(shù)及互補(bǔ)濾波算法對飛行器進(jìn)行姿態(tài)解算，采用串級 PID 控制算法實現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定控制，最終完成四旋翼飛行器平臺的搭建與調(diào)試。其次，針對 PM2.5、PM10、CO 等主要大氣污染物參數(shù)的檢測，設(shè)計了機(jī)載空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計及數(shù)據(jù)采集任務(wù)。然后采用 C#語言開發(fā)