基于四旋翼的空气质量监测系统设计与实现

苏 峰 ，李中健 ，李 萍 ,雷志荣

（1.西北工业大学 自动化学院，陕西 西安 710129；2.飞行器控制一体化国防科技重点实验室 陕西 西安 710065）

近年来的我国的空气质量状况不容乐观，连续的雾霾天气已经为人们敲响了警钟，建立一套有效的空气质量监测系统对控制大气污染至关重要。目前空气质量监测网络多以覆盖式设定监测站点为主[1]，各子站接受中心站的控制与调试，利用子站的分析仪器直接测量本站空气中的污染物，并将数据实时传输到中心站。这种定点检测方式往往也存在着很多的不足，如监测站布点不尽合理，监测指标偏少，缺乏流动观测和立体观测的技术手段。本方案就将子站的部分功能融合到飞行器中，实现可移动的监测子站。四旋翼由4个螺旋桨驱动，可操作性好，小巧便携，飞行稳定，且零污染，零排放，适于搭载大气检测系统进行大气质量监测[2]。本系统就以检测空气中悬浮颗粒物浓度为例，设计了一整套的监测系统，并进行了大量的系统调试验证工作，最终实现预定功能。

1 总体设计

系统结构如图1所示，采用Xaircraft X650四旋翼飞行器，搭载了空气质量检测及飞行控制系统和一个安全保障装置——手自动切换模块。该系统采用模块化的设计方案，空气质量传感器采用技术上相对成熟的模块化的产品。飞控及空气数据采集系统计以32位ARM内核芯片为核心处理器，外扩空气质量数据采集接口、SD卡存储器、电机驱动接口、PWM波检测接口、多通道串口通信接口构成最基本的电路，辅以微型航向姿态参考系统（AHRS）、超声波高度传感器、空气质量传感器完成空气质量数据采集和飞行控制功能；……