基于四旋翼無人機的溫度采集系統的實現

蔡瑩玥，陸慧晨，計晨旭

（南京工程學院計算機工程學院，南京 211167）

基于四旋翼無人機的溫度采集系統的實現

蔡瑩玥，陸慧晨，計晨旭

（南京工程學院計算機工程學院，南京 211167）

特殊環境（如高空電線環境、水面環境、危險動物生活環境溫度、防踐踏植被環境）溫度采集是研究熱點。以四旋翼無人機為平臺，首先設計并實現平臺的軟、硬件結構設計，然后搭建服務器并將傳回的溫度數據存放到服務器，通過終端訪問服務器實現特殊環境溫度采集，設計實現的溫度采集系統具有一定的工程應用意義。

四旋翼；無人機；溫度采集；嵌入式系統

0 引言

高空高壓電線環境溫度、風機設備環境溫度、水面環境溫度、危險動物生活環境溫度、防踐踏植被生長環境溫度等特殊環境的溫度采集問題一直是研究的熱點和難點。近年來，隨著無人機技術的發展，基于無人機的特殊環境溫度采集技術迅速成為現計算機控制領域中一項非常重要的技術，并逐漸在工業、農業、環境保護等領域得到廣泛的應用。

目前，國內外特殊環境溫度的采集主要是作業人員通過手工方式、機械延長設備、高技術感應設備等完成的，這也是特殊環境溫度采集最繁雜的工作之一。手工采集方法往往會對現場環境造成破壞，延長機械設備采集又受到面積和延長長度等的限制，高技術感應設備則因價格昂貴不被人們所接受。如何以價格低廉、方便、快捷的方式實現自動溫度采集就成為亟需解決的問題。因此，本文研究基于四旋翼無人機的特殊環境溫度采集系統的實現過程，給出所研究系統軟、硬件結構設計的具體過程，并以實現的四旋翼無人機的特殊環境溫度采集系統為基礎，進行相關實例的實驗研究，實驗結果表明，本文研究的基于四旋翼無人機的特殊環境溫度采集系統具有一定的工程實踐和應用價值，對無人機技術及特殊環境溫度采集等問題的研究有重要的參考意義。

1 特殊環境溫度采集系統的設計與實現

基于四旋翼無人機的溫度采集系統主要基于嵌入式技術設計開發完成，以BCM283x微處理器和STM32微控制器作為系統開發硬件核心設計和實現，通過硬件平臺設計、軟件控制系統開發、定點飛行控制算法的研究及數據回傳模塊的開發等實現特殊環境中實時溫度的采集，通過手動控制旋翼無人機，實現特殊環境實時溫度的采集、回傳，在手機終端進行溫度數據的查看分析，并根據溫度標準值進行預警等。基于四旋翼無人機的溫度采集系統的結構圖如圖1所示。

溫度采集系統中的四旋翼無人機硬件采用四個旋翼的機械結構組成，使用四個電機作為飛行的直接動力源，通過改變四個螺旋槳產生的升力來控制，結構和動力學特性得到了簡化，飛行過程中可以實現垂直起降、上下飛行和自由懸停。硬件主要由四軸機架、起落架、螺旋槳、無刷電機、無刷電調、電源、飛控板、遙控接收機等部分組成。

圖1 四旋翼無人機溫度采集系統結構圖

系統設計一個高性能的濾波器來估計四旋翼的飛行狀態。通過改變四個螺旋槳產生的升力來控制平衡性，四旋翼的前槳1和后槳3逆時針旋轉，左右兩槳順時針旋轉，通過改變四個旋翼的轉速，四旋翼將產生各種飛行姿態使四旋翼向預定方向運動，完成溫度采集任務。

溫度采集及數據處理模塊實現過程中選用Dallas半導體公司生產的數字化溫度傳感器DS18B20。DS18B20傳感器采集到的現場溫度直接以單總線數據通信方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。溫度采集控制系統的軟件主要包括主程序、溫度上下限值設定子程序、溫度讀取子程序、溫度顯示子程序、輸出控制子程序等模塊。

基于四旋翼無人機的特殊環境溫度采集系統電路板及無人機硬件部分設計如圖2所示：

圖2 四旋翼無人機硬件部分實現

2 系統結果演示

通過四旋翼無人機硬件平臺的設計、Android端平衡控制程序及溫度采集系統程序的實現，本文設計實現的四旋翼無人機特殊環境溫度采集系統有效實現了平穩飛行及特定環境中溫度的采集，采集后的溫度保存在數據庫中，當溫度超過閾值則進行報警提醒。系統展示效果如圖3所示。

圖3 四旋翼無人機溫度采集系統效果演示

3 結語

本文給出了基于嵌入式的視覺跟蹤系統的詳細設計過程，并基于開源圖像處理庫實現了視覺跟蹤系統，通過實例實驗演示，驗證了所實現系統目標跟蹤的準確性和有效性，具有一定的工程應用價值，系統的設計與實現方法對于視覺跟蹤系統的研究具有重要的參考意義。

[1]劉云平，李先影，王田苗等．四旋翼無人機偏航飛行過程量化穩定性分析[J]．南京理工大學學報，2016，40（5）：520-526.

[2]嚴孝鑫，張航，周鑫．基于四旋翼無人機的環境監測系統[J]．自動化與儀器儀表，2016，10（204）：85-86.

[3]王玉菡，曾自強，陳鴻雁等．基于ZigBee和VC6.0的無線溫度采集系統[J]．重慶理工大學學報（自然科學版），2016，30（5）：108-111.

Implementation of Temperature Acquisition System Based on Quad-Rotor UAV

CAI Ying-yue ，LU Hui-chen ，JI Chen-xu
（College of Computer Engineering,Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167）

Special ambient temperature acquisition problem such as the ambient temperature of high altitude wire,water surface,dangerous animal living environment and wide lawn,has become a research focus for many scholars.Based on the platform of Quad-rotor UAV,designs a special ambient temperature acquisition system which including software module,hardware module,server module and temperature acquisition module,discusses and presents the numerical experiments to validate the practical application value of the system.

Quad-Rotor;UAV;Temperature Acquisition;Embedded System

1007-1423（2017）07-0055-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.07.014

蔡瑩玥（1997-），女，江蘇沭陽人，在讀本科，研究方向為嵌入式技術

2016-12-13

2017-02-10

江蘇省大學生科技創新計劃項目（No.201611276016Z）

陸慧晨（1995-），男，江蘇常熟人，在讀本科，研究方向為嵌入式方向

計晨旭（1994-），男，江蘇蘇州人，在讀本科，研究方向為嵌入式硬件方向