發(fā)布時間：2018-01-03 10:03

  本文關(guān)鍵詞：基于四旋翼飛行器的環(huán)境空氣檢測裝置的研究與設(shè)計　出處：《天津理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：空氣污染早已是全球的焦點問題�？諝馀c人的重要關(guān)系不言而喻。環(huán)境空氣中的氣體成分、濃度影響著人的健康狀況,同時也關(guān)系著一些生產(chǎn)工作的安全性。工業(yè)生產(chǎn)排放的廢氣、汽車尾氣、居民日常生活排放的污染物都對環(huán)境空氣造成了嚴(yán)重的污染,因此,實時掌握環(huán)境空氣的溫濕度以及不同成分的濃度具有極其重要的作用與意義。目前的空氣檢測裝置多是固定式或者是便攜式。固定式的檢測裝置只能檢測一定范圍內(nèi)的空氣參數(shù),使用中存在適用范圍小、需考慮安裝位置等因素。便攜式裝置需要人員攜帶,有時甚至需要進(jìn)入危險的環(huán)境中進(jìn)行檢測,對人員的人身安全存在隱患。本文研究設(shè)計了一種基于四旋翼飛行器的環(huán)境空氣檢測裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)對于危險的、復(fù)雜的地理環(huán)境、高空環(huán)境等的空氣檢測,同時可使工作人員脫離危險。該系統(tǒng)不僅能擴(kuò)大檢測范圍,而且能夠?qū)崿F(xiàn)不同環(huán)境、區(qū)域的空氣檢測。設(shè)計的主要工作包括以下內(nèi)容:首先對四旋翼飛行器進(jìn)行研究,分析其結(jié)構(gòu)特點、飛行原理,建立機體坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系,得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣。根據(jù)牛頓-歐拉方程建立飛行器的數(shù)學(xué)模型。針對建立的四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計適合的飛行控制方案。將四旋翼飛行器飛行分成姿態(tài)控制回路和位置控制回路進(jìn)行控制器設(shè)計。針對飛行控制系統(tǒng)設(shè)計了PID控制器與模糊自整定PID控制器,在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行了控制效果的仿真對比,驗證了模糊自整定PID控制的優(yōu)勢。其次針對能夠?qū)崿F(xiàn)四旋翼飛行器在空氣檢測上的應(yīng)用,分析了飛行器的主要組成部分,并且研究了組成部分的原理與功能。再次設(shè)計空氣參數(shù)檢測裝置。該裝置主要用于實現(xiàn)環(huán)境的溫度、濕度、CO濃度、CO2濃度及空氣中的煙霧濃度的檢測,它將STM32F103RBT6作為控制器,通過FatFs文件系統(tǒng)將各個傳感器測得的數(shù)據(jù)儲存在SD卡。最后將空氣檢測裝置搭載在四旋翼飛行器上進(jìn)行實驗測試。將四旋翼飛行器檢測系統(tǒng)在距離火源不同的位置進(jìn)行飛行,并進(jìn)行數(shù)據(jù)測試,測試數(shù)據(jù)顯示所設(shè)計的系統(tǒng)飛行穩(wěn)定,檢測裝置能夠準(zhǔn)確測得環(huán)境數(shù)據(jù)。此外,在正常環(huán)境中也進(jìn)行了實驗測試,進(jìn)一步證明該系統(tǒng)能夠正確、有效的工作。
[Abstract]:Air pollution is already a focus in the world. It is self-evident important relationship with people. The air gas components in air, concentration affects people's health, but also related to the safety production work. Gas, industrial production emissions of automobile exhaust pollutants, residents of the daily life of the environment caused by air emissions serious pollution, therefore, has the extremely important role and significance of the real-time control of ambient air temperature and humidity and concentration of different components. The air current detecting device is fixed or portable. A certain range only air parameters detecting device fixed in the use of the existing small scope of application, need to consider the installation the location and other factors. The portable device requires personnel to carry, and sometimes need to detect into dangerous situations, the existence of hidden dangers to the personal safety of the research. The design of an air detection device based on four rotor, can realize the dangerous and complex geographical environment, high air testing environment, and can make the staff out of danger. The system can not only expand the detection range, but also can realize the different environment, air detection area. The main task of the design includes the following content: first study of four rotor aircraft, analyzes the structure, principle of flight, the establishment of the body coordinate system and earth coordinate system, coordinate transformation matrix. According to the mathematical model of Newton Euler Fang Chengjian aircraft. On the basis of the established mathematical model of four rotor aircraft, designed for flight control scheme four. Rotorcraft flying into the attitude control loop and position control loop controller is designed. According to the flight control system design PID controller with fuzzy self Tuning of PID controller, simulation of control effect in the MATLAB environment, verify the fuzzy self-tuning PID control advantages. Secondly, to achieve the application of four rotor aircraft in the air testing, analysis of the main part of the aircraft, and the study group into the principle and function of part of the design of air again. Parameter detection device. The device is mainly used to achieve environmental temperature, humidity, CO concentration, CO2 concentration and detection of smoke in the air, it will STM32F103RBT6 as a controller, through the FatFs file system, each sensor measured data stored in the SD card. The air detection device equipped with experimental test in four rotor aircraft the four rotor aircraft. The flight distance of fire detection system in different locations, and test data, test data display system for stable flight design, inspection The measuring device can accurately measure the environmental data. In addition, the experimental test is also carried out in the normal environment, which further proves that the system is able to work correctly and effectively.

【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X831;V275.1

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1 本報記者 李淑Y，

本文編號：1373398