基于四旋翼無人機的多參數(shù)空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)設計
發(fā)布時間：2021-06-18 17:17
近年來,隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展的同時,環(huán)境污染問題也日益凸顯。環(huán)境污染不僅嚴重影響人們的正常生活和身體健康,還影響經(jīng)濟持續(xù)健康的發(fā)展,采取更為有效的環(huán)保措施刻不容緩�？諝赓|(zhì)量檢測是環(huán)境保護工作中最重要的基礎性工作,目前傳統(tǒng)的檢測方式主要是利用環(huán)境監(jiān)測站和人工檢測。環(huán)境監(jiān)測站的檢測范圍有限,安裝維護不便,而且難以定位污染源位置;人工檢測時,人員攜帶設備進入受污染的區(qū)域可能會對人身安全造成傷害,而且工作效率較低,受交通條件影響較大。因此,本文針對傳統(tǒng)空氣質(zhì)量檢測方式的不足,設計了一種基于四旋翼無人機的多參數(shù)空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)機動性強,能夠擴大檢測范圍、提高檢測效率、保障人員安全,實現(xiàn)對空氣質(zhì)量的立體化檢測。主要設計的內(nèi)容包括:首先根據(jù)檢測的需求,對四旋翼無人機進行選型,并分析了其飛行原理,建立了機體坐標系與地面坐標系。根據(jù)動力學模型,采用模糊PID控制算法設計了無人機控制系統(tǒng),并使用MATLAB軟件進行了仿真。然后設計了空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)的硬件和軟件部分,實現(xiàn)了對空氣中CO濃度、O3濃度、SO2濃度、NO2濃度以及溫濕度的...
【文章來源】：安徽理工大學安徽省
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
大氣污染圖
其性能的好壞直接影響到檢測數(shù)據(jù)的結果。所選取的無人機應具有可靠性高，易于操控，良好的機動性和靈活性等優(yōu)點。綜合以上特點以及價格方面，本課題設計選用F450四旋翼無人機作為空氣質(zhì)量檢測平臺。四旋翼無人機如圖2所示，相關參數(shù)如表1所示。圖2 四旋翼無人機平臺Fig2 Four-Rotor unmanned aerial vehicle platform表1 四旋翼無人機基本參數(shù)表Tab1 Basic parameters table of four-rotor UAV參數(shù)種類 參數(shù)詳情重量 1.2 kg載重 300-400 g軸距 450 mm續(xù)航時間 20 min 左右遙控距離 1000m飛控系統(tǒng) APM2.8電機型號 B2212-920 自鎖電機由圖 2 可見，四旋翼無人機主要由飛控系統(tǒng)、四軸機架、螺旋槳、無刷電機、無刷電調(diào)、電源、GPS 等部分組成。其中飛控系統(tǒng)是無人機的核心組成部分，它
量檢測中的要求。因此，針對傳統(tǒng) PID 控制的不足，本文采用模糊 PID 算法對無人機進行控制。模糊 PID 控制能夠根據(jù)無人機當前的飛行狀態(tài)和動力學模型，利用所設計的模糊規(guī)則不斷地在線調(diào)節(jié)控制器中的 PID 參數(shù)，使無人機能夠更好的保持穩(wěn)定的飛行狀態(tài)。2.4.1 模糊 PID 控制理論在模糊 PID 控制系統(tǒng)中，最核心的部分是模糊控制器，它主要由模糊化接口、模糊控制規(guī)則庫、解模糊接口[36]三部分組成。首先模糊化接口把輸入的誤差 e和誤差變化率 ec 變成模糊量，然后在模糊規(guī)則庫中完成模糊推理，最后由解模糊接口把推理的結果轉(zhuǎn)換成精確的輸出量 Kp、 Ki和 Kd。這三個輸出量對 PID 初始設定的參數(shù) Kp0、Ki0和 Kd0進行在線調(diào)節(jié)，最終得到滿足這一時刻誤差 e 和誤差變化率 ec 要求的 Kp、Ki和 Kd，從而使系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定的運動狀態(tài)�？刂平Y構框圖如圖 8 所示。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]空氣污染、氣候變化與健康:從證據(jù)到行動[J]. 施小明. 中華預防醫(yī)學雜志. 2019 (01)
[2]無人機平臺航空遙感監(jiān)測核電站溫排水——以遼寧省紅沿河核電站為例[J]. 王祥,王新新,蘇岫,孟慶輝,鄒德君,伊曉東,王林,文世勇,趙建華. 國土資源遙感. 2018(04)
[3]基于ARM微控制器的飛行數(shù)據(jù)記錄儀設計[J]. 劉琨,許哲,李飛飛. 電子技術應用. 2018(11)
[4]基于OneNET平臺的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 丁飛,吳飛,艾成萬,張登銀,童恩,張慶. 南京郵電大學學報(自然科學版). 2018(04)
[5]基于STM32的氣體分析儀設計[J]. 劉靜超. 儀表技術與傳感器. 2018(08)
[6]基于無人機的船舶尾氣檢測系統(tǒng)設計[J]. 史華杰,安博文,潘勝達,白響恩,周凡. 自動化與儀表. 2018(06)
[7]基于微型無人機遙感數(shù)據(jù)的城市水環(huán)境信息提取初探[J]. 侍昊,李旭文,牛志春,李衛(wèi)正,王甜甜,張悅. 中國環(huán)境監(jiān)測. 2018(03)
[8]“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保生態(tài)環(huán)境多元感知體系發(fā)展研究[J]. 劉文清,楊靖文,桂華僑,謝品華,劉銳,衛(wèi)晉晉. 中國工程科學. 2018(02)
[9]基于無人機的施工揚塵污染源自動監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 馬國鑫,韓豫,陸建飛,姚佳玥,尤少迪. 中國環(huán)境監(jiān)測. 2018(01)
[10]我國大氣顆粒物來源解析研究工作的進展[J]. 馮銀廠. 環(huán)境保護. 2017(21)
碩士論文
[1]基于STM32的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀的設計與實現(xiàn)[D]. 高海文.華東交通大學 2018
[2]城市大氣測量用高靈敏NO2電化學傳感系統(tǒng)研究[D]. 徐雨.安徽理工大學 2018
[3]四旋翼無人機模糊PID控制算法研究和電路設計[D]. 高潔.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[4]四旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)的研究[D]. 周由.華中科技大學 2017
[5]基于設備云平臺的智能農(nóng)業(yè)溫室大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)[D]. 孫忠祥.哈爾濱理工大學 2017
[6]四旋翼無人機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 許喆.南京理工大學 2017
[7]基于STM32單片機的氣體分析儀設計[D]. 蔡莉媛.西安工業(yè)大學 2016
[8]便攜式氣體檢測儀的設計與研究[D]. 喬忠.鄭州大學 2016
[9]煙囪排放物無人機遠程檢測系統(tǒng)的設計[D]. 祁磊.西北師范大學 2016
[10]具有自主巡航功能的四旋翼飛行器設計[D]. 張學昕.哈爾濱理工大學 2016
本文編號：3237068
【文章來源】：安徽理工大學安徽省
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
大氣污染圖
其性能的好壞直接影響到檢測數(shù)據(jù)的結果。所選取的無人機應具有可靠性高，易于操控，良好的機動性和靈活性等優(yōu)點。綜合以上特點以及價格方面，本課題設計選用F450四旋翼無人機作為空氣質(zhì)量檢測平臺。四旋翼無人機如圖2所示，相關參數(shù)如表1所示。圖2 四旋翼無人機平臺Fig2 Four-Rotor unmanned aerial vehicle platform表1 四旋翼無人機基本參數(shù)表Tab1 Basic parameters table of four-rotor UAV參數(shù)種類 參數(shù)詳情重量 1.2 kg載重 300-400 g軸距 450 mm續(xù)航時間 20 min 左右遙控距離 1000m飛控系統(tǒng) APM2.8電機型號 B2212-920 自鎖電機由圖 2 可見，四旋翼無人機主要由飛控系統(tǒng)、四軸機架、螺旋槳、無刷電機、無刷電調(diào)、電源、GPS 等部分組成。其中飛控系統(tǒng)是無人機的核心組成部分，它
量檢測中的要求。因此，針對傳統(tǒng) PID 控制的不足，本文采用模糊 PID 算法對無人機進行控制。模糊 PID 控制能夠根據(jù)無人機當前的飛行狀態(tài)和動力學模型，利用所設計的模糊規(guī)則不斷地在線調(diào)節(jié)控制器中的 PID 參數(shù)，使無人機能夠更好的保持穩(wěn)定的飛行狀態(tài)。2.4.1 模糊 PID 控制理論在模糊 PID 控制系統(tǒng)中，最核心的部分是模糊控制器，它主要由模糊化接口、模糊控制規(guī)則庫、解模糊接口[36]三部分組成。首先模糊化接口把輸入的誤差 e和誤差變化率 ec 變成模糊量，然后在模糊規(guī)則庫中完成模糊推理，最后由解模糊接口把推理的結果轉(zhuǎn)換成精確的輸出量 Kp、 Ki和 Kd。這三個輸出量對 PID 初始設定的參數(shù) Kp0、Ki0和 Kd0進行在線調(diào)節(jié)，最終得到滿足這一時刻誤差 e 和誤差變化率 ec 要求的 Kp、Ki和 Kd，從而使系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定的運動狀態(tài)�？刂平Y構框圖如圖 8 所示。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]空氣污染、氣候變化與健康:從證據(jù)到行動[J]. 施小明. 中華預防醫(yī)學雜志. 2019 (01)
[2]無人機平臺航空遙感監(jiān)測核電站溫排水——以遼寧省紅沿河核電站為例[J]. 王祥,王新新,蘇岫,孟慶輝,鄒德君,伊曉東,王林,文世勇,趙建華. 國土資源遙感. 2018(04)
[3]基于ARM微控制器的飛行數(shù)據(jù)記錄儀設計[J]. 劉琨,許哲,李飛飛. 電子技術應用. 2018(11)
[4]基于OneNET平臺的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 丁飛,吳飛,艾成萬,張登銀,童恩,張慶. 南京郵電大學學報(自然科學版). 2018(04)
[5]基于STM32的氣體分析儀設計[J]. 劉靜超. 儀表技術與傳感器. 2018(08)
[6]基于無人機的船舶尾氣檢測系統(tǒng)設計[J]. 史華杰,安博文,潘勝達,白響恩,周凡. 自動化與儀表. 2018(06)
[7]基于微型無人機遙感數(shù)據(jù)的城市水環(huán)境信息提取初探[J]. 侍昊,李旭文,牛志春,李衛(wèi)正,王甜甜,張悅. 中國環(huán)境監(jiān)測. 2018(03)
[8]“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧環(huán)保生態(tài)環(huán)境多元感知體系發(fā)展研究[J]. 劉文清,楊靖文,桂華僑,謝品華,劉銳,衛(wèi)晉晉. 中國工程科學. 2018(02)
[9]基于無人機的施工揚塵污染源自動監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 馬國鑫,韓豫,陸建飛,姚佳玥,尤少迪. 中國環(huán)境監(jiān)測. 2018(01)
[10]我國大氣顆粒物來源解析研究工作的進展[J]. 馮銀廠. 環(huán)境保護. 2017(21)
碩士論文
[1]基于STM32的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀的設計與實現(xiàn)[D]. 高海文.華東交通大學 2018
[2]城市大氣測量用高靈敏NO2電化學傳感系統(tǒng)研究[D]. 徐雨.安徽理工大學 2018
[3]四旋翼無人機模糊PID控制算法研究和電路設計[D]. 高潔.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[4]四旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)的研究[D]. 周由.華中科技大學 2017
[5]基于設備云平臺的智能農(nóng)業(yè)溫室大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)[D]. 孫忠祥.哈爾濱理工大學 2017
[6]四旋翼無人機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 許喆.南京理工大學 2017
[7]基于STM32單片機的氣體分析儀設計[D]. 蔡莉媛.西安工業(yè)大學 2016
[8]便攜式氣體檢測儀的設計與研究[D]. 喬忠.鄭州大學 2016
[9]煙囪排放物無人機遠程檢測系統(tǒng)的設計[D]. 祁磊.西北師范大學 2016
[10]具有自主巡航功能的四旋翼飛行器設計[D]. 張學昕.哈爾濱理工大學 2016
本文編號：3237068
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