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《西北师范大学》 2016年
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烟囱排放物无人机远程检测系统的设计

祁磊  
【摘要】:雾霾和PM2.5在内的各种大气污染是人们目前普遍关注的重要社会问题,锁定污染来源、监测工业污染排放量的技术方法和手段,是治理大气污染的关键。火力发电厂、水泥生产企业、石化企业等行业的烟囱排放物成为群众怀疑的首要对象,但这些巨大烟囱的排放物监测工作却因设备安装难度和技术问题无法产生让人信服的数据。本文提出了一种利用无人机载荷污染物无线检测系统的创新方法,可以低成本、高效率的方式较好实现大型烟囱排放物的检测难题。本系统就是一个烟囱排放物无人机检测检测系统的设计,本设计的主要目的是用来检测当前烟囱排放物的相关组分(硫化合物、氮化合物、颗粒物)。系统设计主要内容就是:采用人工操控四旋翼无人机作为整个采集系统的运载系统,采集系统利用STM32F103VET6与气体传感器、颗粒物传感器采集烟囱排放物组分含量,然后将采集的数据通过无线数传模块传输到PC客户端,最终实时显示到客户端界面上。本设计充分考虑到无人机的载重、续航时间、飞行高度,通过调校最终实现设计的需求。本设计主要进行了整个系统的搭建、硬件和软件设计,满足本设计的需求。最后,对整个设计进行了整机测试,并从载重、续航、遥控操作飞行、数据采集传输、客户端数据显示五个方面进行了实地试验,已达到本次设计的需求。本设计以实用性、低成本、便携性将会满足未来烟囱排放物检测的需求。
【关键词】:烟囱排放物 气体传感器 无人机 无线数传 STM32F103VET6
【学位授予单位】:西北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:X84;V279
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-8
  • 第1章 绪论8-13
  • 1.1 课题背景8-10
  • 1.1.1 环境问题8-9
  • 1.1.2 无人机发展9-10
  • 1.2 国内外研究现状10-11
  • 1.3 论文主要研究内容11-12
  • 1.4 论文的组织结构12-13
  • 第2章 关键技术研究13-23
  • 2.1 传感器技术13-16
  • 2.1.1 传感器含义13
  • 2.1.2 传感器组成13-14
  • 2.1.3 传感器特性指标14-15
  • 2.1.4 几种传感器工作原理介绍15-16
  • 2.1.5 传感器发展趋势16
  • 2.2 无线数传通信16-17
  • 2.2.1 无线通信16
  • 2.2.2 数传电台16-17
  • 2.3 四旋翼无人机17-18
  • 2.3.1 无人机17
  • 2.3.2 四旋翼无人机组成17-18
  • 2.4 烟囱排放物检测与应用18-22
  • 2.4.1 固定源检测18-20
  • 2.4.2 烟囱排放物检测方法对比20-21
  • 2.4.3 烟囱排放物治理检测21
  • 2.4.4 本文烟囱排放物传感器检测系统21-22
  • 2.5 本章小结22-23
  • 第3章 系统设计与实现23-44
  • 3.1 系统的整体设计23-24
  • 3.2 采集系统硬件电路设计24-30
  • 3.2.1 STM32F1103VET6简介24-26
  • 3.2.2 最小系统电路26-27
  • 3.2.3 USB和USART电路27-28
  • 3.2.4 JTAG/SW电路28-29
  • 3.2.5 无线数传模块、颗粒粉尘模块以及串口电路29-30
  • 3.2.6 温湿度电路与ADC信号采集电路30
  • 3.3 本文四旋翼无人机自组30-32
  • 3.4 采集系统软件驱动设计32-39
  • 3.4.1 检测系统总体驱动设计32-33
  • 3.4.2 STM32开发调试平台33-34
  • 3.4.3 STM32固件库介绍34-35
  • 3.4.4 ADC信号采集驱动设计35-36
  • 3.4.5 串口驱动设计36-39
  • 3.5 客户端设计39-43
  • 3.5.1 客户端登陆窗口设计40-41
  • 3.5.2 客户端COM设置设计41-42
  • 3.5.3 客户端操作菜单42
  • 3.5.4 客户端数据保存功能42-43
  • 3.5.5 客户端数据显示功能43
  • 3.6 本章小结43-44
  • 第4章 整机测试与数据处理44-47
  • 4.1 各个模块的测试结果44
  • 4.2 系统整机测试及数据结果44-46
  • 4.3 本章小结46-47
  • 第5章 总结与展望47-48
  • 参考 文献48-51
  • 附录A 硬件部分设计原理图51-52
  • 附录B 硬件电路PCB52-53
  • 攻读学位期间的研究成果53-54
  • 致谢54

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