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摘要：当前我国工业化的发展速度不断加快，对大气环境的污染问题也越来越明显，对大气污染物的检测工作就显得非常重要。我国传统的大气污染物检测技术上还存在一定的局限性，主要表现在检测设备维护成本较高，并且难以确定污染物产生的源头。因此，通过四旋翼无人机大气污染检测技术的运用，有效解决了传统形式下大气污染物检测工作的局限性。
关键词：大气污染物检测;四旋翼无人机;传感器
当前阶段随着人们对环境保护意识的程度不断升高，其中大气污染问题已经成为了人们日常生活当中非常关注的社会问题。在对大气环境污染物的检测过程当中，传统的检测方式主要是将检测设备直接固定在某一个区域或者是特定的位置上，对大气当中的污染物进行检测，这种传统形式下的检测方式在范围上比较有限，同时设备的维护成本较高，检测过程当中很难准确的找到污染源头。除此之外，在社会当中一些工厂的大型烟囱排放，在检测工作当中存在设备安装困难等一系列局限问题。针对上述问题本文重点研究了一种全新的四旋翼无人机，实现了对传统大气污染物检测问题的有效解决。
一、四旋翼无人机的大气污染物检测系统整体设计
本次所研究的四旋翼无人机，主要是通过四旋翼无人机的系统模块、大气污染物检测模块以及上位机工作模块所构成。整个系统的设计工作当中主要的工作内容为，通过系统内部的遥控设备，对四旋翼无人机在环境检测区域范围内进行自由活动，无人机系统当中的传感器可以对大气当中的污染物进行准确的检测，检测出大气当中污染物的参数信号，可以通过系统电路来进行分析和处理，然后直接输送到STM32微型控制器当中来进行二次处理，最后通过CC1101无线数据传输系统，直接将信号传送到上位机工作设备当中，然后可以实时性显示在上位机的工作页面中，实现了对大气污染物检测参数的科学化控制，提高了大气污染物检测数据的准确性和有效性。
二、四旋翼无人机
四旋翼无人机在内部的控制系统当中，主要是通过微型控制器模块，电语言动作模块，传感器，工作模块，无线通信模块以及电子调速器等工作模块所构成，通过对ARM Cortex-M3内核的32位处理器的应用，它作为STM32内部的主控制器设备，选择MPU6050作为姿态控制传感设备，有效运用了三轴陀螺仪和三轴加速器来进行操作。在系统工作过程当中的工作原理，主要是以主控制器来带动传感器工作模块，对大气当中的污染物信息来进行收集，并且在工作过程当中可以实现无人机位置的准确定位。依照相关操作人员对无人机的飞行任务指令的下达，有效结合了无人机在飞行过程当中的路线控制算法，输出相对应的飞行线路信号信息。无人机在检测过程当中的转速控制信号，通过系统内部的电子调速设备处理之后，直接传输到无刷直流电机系统当中，实现了对整个无人机工作过程当中的飞行方向以及飞行姿态的控制。
（一）大气污染物检测模块
在大气的污染物和污染气体当中，主要包含了一氧化碳、一氧化氮以及二氧化硫等气体，通过四旋翼无人机设备的监测方式，运用了ME3三型电化学传感器来对大气当中的污染物进行监测，传感器在工作过程当中输出的模拟信号，通过STM32微控制器来进行数据处理，然后处理完成之后的数据，通过无线传感器模块直接输送到无人机的上位机当中，因为对化学传感器输出信号的强度上相对较弱，不能充分达到对微控制器的A/D转换工作的标准要求，因此需要对传感器的工作信号进行二次放大处理。在信号传输系统当中，主要使用的是德州仪器生产出的LMP91000芯片类型，它属于一种能耗较低的化学传感器类型，可编程模拟前端为电化学传感器以及微控制器提供出良好的信号处理，然后将传感器系统当中所传输的信号放大到STM32系统检测的标准范围之内，进而可以实现整个无人机的大气污染物的准确检测和操控。
（二）电化学传感器原理
在无人机系统当中，电化学传感器系统主要是通过透气孔、过滤器以及电解液等环节所构成，电化学的传感器工作寿命通常保持在2～3年之间，传感器所处于外部的工作环境当中，比如工作湿度、工作压力以及待测气体的浓度大小，直接关系到整个设备的寿命长短。在大气污染物的监测工作当中，通过对目标气体的有效收集，气体会直接通过系统内部的透气孔进入到传感器内部，然后通过内部的过滤器以及透气膜直接输送到工作电极当中，然后在工作电极的表面直接产生氧化还原反应然后形成一种定性回路。电极相互之间的电阻产生的大气气体的浓度比例信号，将产生的信号转化成为电流信号，通过调理电路以及系统当中的微处理器的有效处理，可以实现对大气当中气体浓度的有效检测，传感器在工作一段时间之后可能会造成工作电极的极化问题，进而表现出检测工作当中的电位无法保持良好的稳定性，进而会造成传感器的工作灵敏度降低。因此，在引入参考电极的过程当中必须要充分保证电机在工作过程当中的稳定性，这样才可以实现检测数据的科学性。
（三）CO电化学传感器
在大气污染物的检测过程当中，其中对一氧化碳的检测选择的是ME3-CO型电化学传感器设备，在檢测过程当中大气当中的气体，会直接通过透气孔扩散到传感器内部工作面当中，通过过滤器以及透气膜可以直接形成一种工作电机。在工作电极的表面催化器作用下，直接会生成氧化还原反应，在氧化还原反应的工作当中会释放出氢离子和电子，通过电解液的作用将释放出来的电子直接转移到对应的电机上。在电极当中氢离子会和电解液中的氧离子之间进行充分的结合，这样可以产生一系列的氧化反应反应，反应过程当中会将反应产物的信息，通过电信号传输的方式来进行显示，这样可以实现对大气当中一氧化碳污染物的有效监测。
（四） PM2.5检测传感器
PM2.5传感器在对角位置上设置的红外发光管以及光敏三极管，当带有颗粒物质的气体直接通入到内部气孔传感器当中的时候，红外发光二极管会直接映射到红外线的颗粒物质上，会产生反射光信号，产生的光信号被光敏三极管进行接收。因为，反射光的强度和颗粒物之间的浓度成正比状态，因此，通过测量散射光的工作强度，可以直接检测到空气当中所含有的颗粒物质的浓度，通过单片机的PBO引脚作为传感器的脉冲信号输入点，实现了传感器信号和模拟信号之间的A/D转换。在系统软件的设计过程当中，主要包含了对大气污染物的检测工作环节以及上位机工作环节，对大气当中污染物检测系统，通过气体传感器工作模块和大气物质颗粒粉尘传感器模块来进行协调工作，上位机工作系统当中的主要功能是对用户信息的实时性处理，包含了对历史监测数据的查询以及环境当中实时性数据的查询等。
三、结束语：
通过该项设备来对大气当中的污染物进行有效的检测，可以将无人机和污染物检测技术之间进行有效的结合，充分展现出无人机在高空作业当中的机动性和灵活性，并且可以实现对整个检测范围内的大气污染物问题进行准确的检测和判断，为相关的检测工作人员提供出了更加准确的污染数据参数。
参考文献：
[1]杨添，王鑫鹏，苏晓亮.基于六旋翼无人机的多维度大气监测系统设计与实现[J].电子世界，2019（06）：113-116+119.
[2]谢涛.基于四旋翼无人机的大气污染物检测系统设计[J].物联网技术，2018，8（12）：25-27+29.
[3]郭英琦，李晓双，侯毅苇.无人机电化学传感器大气污染监测系统的设计与实现[J].内燃机与配件，2018（08）：19-21.
作者简介：张真（1997—），男，汉族，籍贯：江苏靖江，学历：本科，职务：学生，单位：山东工商学院，研究方向：工业工程
关键词：大气污染物检测;四旋翼无人机;传感器
当前阶段随着人们对环境保护意识的程度不断升高，其中大气污染问题已经成为了人们日常生活当中非常关注的社会问题。在对大气环境污染物的检测过程当中，传统的检测方式主要是将检测设备直接固定在某一个区域或者是特定的位置上，对大气当中的污染物进行检测，这种传统形式下的检测方式在范围上比较有限，同时设备的维护成本较高，检测过程当中很难准确的找到污染源头。除此之外，在社会当中一些工厂的大型烟囱排放，在检测工作当中存在设备安装困难等一系列局限问题。针对上述问题本文重点研究了一种全新的四旋翼无人机，实现了对传统大气污染物检测问题的有效解决。
一、四旋翼无人机的大气污染物检测系统整体设计
本次所研究的四旋翼无人机，主要是通过四旋翼无人机的系统模块、大气污染物检测模块以及上位机工作模块所构成。整个系统的设计工作当中主要的工作内容为，通过系统内部的遥控设备，对四旋翼无人机在环境检测区域范围内进行自由活动，无人机系统当中的传感器可以对大气当中的污染物进行准确的检测，检测出大气当中污染物的参数信号，可以通过系统电路来进行分析和处理，然后直接输送到STM32微型控制器当中来进行二次处理，最后通过CC1101无线数据传输系统，直接将信号传送到上位机工作设备当中，然后可以实时性显示在上位机的工作页面中，实现了对大气污染物检测参数的科学化控制，提高了大气污染物检测数据的准确性和有效性。
二、四旋翼无人机
四旋翼无人机在内部的控制系统当中，主要是通过微型控制器模块，电语言动作模块，传感器，工作模块，无线通信模块以及电子调速器等工作模块所构成，通过对ARM Cortex-M3内核的32位处理器的应用，它作为STM32内部的主控制器设备，选择MPU6050作为姿态控制传感设备，有效运用了三轴陀螺仪和三轴加速器来进行操作。在系统工作过程当中的工作原理，主要是以主控制器来带动传感器工作模块，对大气当中的污染物信息来进行收集，并且在工作过程当中可以实现无人机位置的准确定位。依照相关操作人员对无人机的飞行任务指令的下达，有效结合了无人机在飞行过程当中的路线控制算法，输出相对应的飞行线路信号信息。无人机在检测过程当中的转速控制信号，通过系统内部的电子调速设备处理之后，直接传输到无刷直流电机系统当中，实现了对整个无人机工作过程当中的飞行方向以及飞行姿态的控制。
（一）大气污染物检测模块
在大气的污染物和污染气体当中，主要包含了一氧化碳、一氧化氮以及二氧化硫等气体，通过四旋翼无人机设备的监测方式，运用了ME3三型电化学传感器来对大气当中的污染物进行监测，传感器在工作过程当中输出的模拟信号，通过STM32微控制器来进行数据处理，然后处理完成之后的数据，通过无线传感器模块直接输送到无人机的上位机当中，因为对化学传感器输出信号的强度上相对较弱，不能充分达到对微控制器的A/D转换工作的标准要求，因此需要对传感器的工作信号进行二次放大处理。在信号传输系统当中，主要使用的是德州仪器生产出的LMP91000芯片类型，它属于一种能耗较低的化学传感器类型，可编程模拟前端为电化学传感器以及微控制器提供出良好的信号处理，然后将传感器系统当中所传输的信号放大到STM32系统检测的标准范围之内，进而可以实现整个无人机的大气污染物的准确检测和操控。
（二）电化学传感器原理
在无人机系统当中，电化学传感器系统主要是通过透气孔、过滤器以及电解液等环节所构成，电化学的传感器工作寿命通常保持在2～3年之间，传感器所处于外部的工作环境当中，比如工作湿度、工作压力以及待测气体的浓度大小，直接关系到整个设备的寿命长短。在大气污染物的监测工作当中，通过对目标气体的有效收集，气体会直接通过系统内部的透气孔进入到传感器内部，然后通过内部的过滤器以及透气膜直接输送到工作电极当中，然后在工作电极的表面直接产生氧化还原反应然后形成一种定性回路。电极相互之间的电阻产生的大气气体的浓度比例信号，将产生的信号转化成为电流信号，通过调理电路以及系统当中的微处理器的有效处理，可以实现对大气当中气体浓度的有效检测，传感器在工作一段时间之后可能会造成工作电极的极化问题，进而表现出检测工作当中的电位无法保持良好的稳定性，进而会造成传感器的工作灵敏度降低。因此，在引入参考电极的过程当中必须要充分保证电机在工作过程当中的稳定性，这样才可以实现检测数据的科学性。
（三）CO电化学传感器
在大气污染物的检测过程当中，其中对一氧化碳的检测选择的是ME3-CO型电化学传感器设备，在檢测过程当中大气当中的气体，会直接通过透气孔扩散到传感器内部工作面当中，通过过滤器以及透气膜可以直接形成一种工作电机。在工作电极的表面催化器作用下，直接会生成氧化还原反应，在氧化还原反应的工作当中会释放出氢离子和电子，通过电解液的作用将释放出来的电子直接转移到对应的电机上。在电极当中氢离子会和电解液中的氧离子之间进行充分的结合，这样可以产生一系列的氧化反应反应，反应过程当中会将反应产物的信息，通过电信号传输的方式来进行显示，这样可以实现对大气当中一氧化碳污染物的有效监测。
（四） PM2.5检测传感器
PM2.5传感器在对角位置上设置的红外发光管以及光敏三极管，当带有颗粒物质的气体直接通入到内部气孔传感器当中的时候，红外发光二极管会直接映射到红外线的颗粒物质上，会产生反射光信号，产生的光信号被光敏三极管进行接收。因为，反射光的强度和颗粒物之间的浓度成正比状态，因此，通过测量散射光的工作强度，可以直接检测到空气当中所含有的颗粒物质的浓度，通过单片机的PBO引脚作为传感器的脉冲信号输入点，实现了传感器信号和模拟信号之间的A/D转换。在系统软件的设计过程当中，主要包含了对大气污染物的检测工作环节以及上位机工作环节，对大气当中污染物检测系统，通过气体传感器工作模块和大气物质颗粒粉尘传感器模块来进行协调工作，上位机工作系统当中的主要功能是对用户信息的实时性处理，包含了对历史监测数据的查询以及环境当中实时性数据的查询等。
三、结束语：
通过该项设备来对大气当中的污染物进行有效的检测，可以将无人机和污染物检测技术之间进行有效的结合，充分展现出无人机在高空作业当中的机动性和灵活性，并且可以实现对整个检测范围内的大气污染物问题进行准确的检测和判断，为相关的检测工作人员提供出了更加准确的污染数据参数。
参考文献：
[1]杨添，王鑫鹏，苏晓亮.基于六旋翼无人机的多维度大气监测系统设计与实现[J].电子世界，2019（06）：113-116+119.
[2]谢涛.基于四旋翼无人机的大气污染物检测系统设计[J].物联网技术，2018，8（12）：25-27+29.
[3]郭英琦，李晓双，侯毅苇.无人机电化学传感器大气污染监测系统的设计与实现[J].内燃机与配件，2018（08）：19-21.
作者简介：张真（1997—），男，汉族，籍贯：江苏靖江，学历：本科，职务：学生，单位：山东工商学院，研究方向：工业工程