基于六旋翼无人机的PM2.5近地层垂直分布测量系统设计与实现

发布时间：2017-05-25 02:15

  本文关键词：基于六旋翼无人机的PM2.5近地层垂直分布测量系统设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来国内雾霾天气频现且危害日益加重,雾霾污染已经引起人们的高度关注,对于造成雾霾的主要元凶——PM2.5,国内已经开展了广泛研究。其中对PM2.5分布规律的研究较少,对PM2.5在空中垂直方向上的分布规律的研究更少,主要原因是难以获取空中PM2.5测量数据。针对上述问题,本文设计一套基于六旋翼无人机的PM2.5近地层垂直分布测量系统,该系统通过无人机搭载PM2.5测量模块进行空中测量,测量模块可通过无线传输系统将测量数据实时发回地面并进行保存。整个系统主要分为两部分:多旋翼无人机和PM2.5测量单元。多旋翼无人机具有结构简单、飞行稳定、载重大等显著优点,且多旋翼无人机具有垂直起降和定点悬停的功能,特别适合做一些针对近地层垂直方向上大气环境研究的测量实验。本文设计制作了一架六旋翼无人机作为空中测量平台,该无人机有效载重达2kg,由于无人机的飞控系统非常复杂,本无人机采用了APM国际开源飞控系统。由于目前电池能量密度有限,为了尽量提高无人机滞空时间,本文研究了旋翼与电机的工作力效,尽量使旋翼与电机在满足载重需求的前提下达到最佳匹配。无人机的制作过程较为简单,但后期调试过程较为复杂,本人花费了大量时间进行无人机的调试,稳定可靠的无人机是整个系统成功的前提。PM2.5测量单元包括机载测量模块和地面站PC端数据监控软件两部分。本文选用了质量较轻的光学PM2.5测量传感器,采用了STM32开发平台进行开发,PC端PM2.5数据监控软件采用了VB进行编写。测量模块功能开发好以后,为了验证测量功能是否正常,本文做了大量测试进行模块标定。最后进行的是系统测试,对0~150m垂直方向上的PM2.5进行了测量。
【关键词】：PM2.5 六旋翼无人机 垂直 测量
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X84;V279
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 本课题选题背景及意义8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 PM2.5 对人体的危害8-9
• 1.2.2 PM2.5 近地层垂直分布测量方法9-10
• 1.2.3 多旋翼无人机在大气测量中的应用及发展现状10-12
• 1.3 论文主要研究内容及关键技术12-13
• 1.4 文章节安排13-14
• 2 系统总体设计14-18
• 2.1 方案总体设计14-16
• 2.1.1 系统总体结构设计14-15
• 2.1.2 系统主要模块选型15-16
• 2.2 方案开发流程安排16-17
• 2.3 本章小结17-18
• 3 六旋翼无人机设计18-46
• 3.1 六旋翼无人机的结构和飞行原理18-20
• 3.2 飞控系统组成及控制原理20-24
• 3.2.1 APM系统概述20-23
• 3.2.2 APM系统姿态控制原理23-24
• 3.3 无人机动力系统设计24-34
• 3.3.1 力效25-28
• 3.3.2 电机28-30
• 3.3.3 旋翼30-32
• 3.3.4 电池32-33
• 3.3.5 电调33-34
• 3.4 无人机通讯系统34-36
• 3.4.1 飞行参数数传系统34-35
• 3.4.2 无人机手动遥控系统35-36
• 3.5 无人机组装36-37
• 3.6 无人机调试37-44
• 3.6.1 飞控板传感器校准37-39
• 3.6.2 无人机姿态校准39-42
• 3.6.3 无人机试飞42-44
• 3.7 本章小结44-46
• 4 PM2.5 测量系统设计46-60
• 4.1 PM2.5 机载测量模块的开发46-54
• 4.1.1 测量模块系统结构46
• 4.1.2 传感器测量原理46-49
• 4.1.3 无线传输模块49-50
• 4.1.4 软件开发50-54
• 4.2 PC端数据监控软件开发54-56
• 4.3 PM2.5 测量模块的标定56-58
• 4.4 本章小结58-60
• 5 系统测试60-64
• 5.1 近地层PM2.5 垂直分布测量60-61
• 5.1.1 前期准备60-61
• 5.1.2 空中采样61
• 5.2 数据处理及结论61-62
• 5.3 本章小结62-64
• 6 总结与展望64-66
• 6.1 总结64
• 6.2 展望64-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表（含录用）的硕士学位论文72

【参考文献】

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本文编号：392513