《無人機(jī)水濁度探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》9500字（論文）

-7-無人機(jī)水濁度探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：目前在我國(guó)的各行各業(yè)都能看到無人機(jī)的身影，根據(jù)我國(guó)的目前發(fā)展現(xiàn)狀，環(huán)保問題是不容忽視的問題，我國(guó)的前期工業(yè)大多以犧牲環(huán)境為代價(jià)，對(duì)我國(guó)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展極為不利，而大多數(shù)污染企業(yè)多建立在地廣人稀的偏遠(yuǎn)區(qū)域，同時(shí)由于水的流動(dòng)性對(duì)于水的檢測(cè)仍舊存在較多的檢測(cè)盲區(qū)，隨著無人機(jī)應(yīng)用的興起，這為我國(guó)的水質(zhì)檢測(cè)找到了目標(biāo)，智能化的檢測(cè)，高效率的管理，為環(huán)境創(chuàng)造更多的價(jià)值。對(duì)此針對(duì)此類現(xiàn)象本文主要闡述如此利用無人機(jī)來檢測(cè)人類無法到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行相關(guān)的水質(zhì)檢測(cè)工作，充分利用無人機(jī)的便利性和實(shí)用性。所以目前的水質(zhì)檢測(cè)基于目前所存在的無人機(jī)技術(shù)，通過對(duì)無人機(jī)相關(guān)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化和相關(guān)件的改造更利于水質(zhì)檢測(cè)的利用。關(guān)鍵詞：無人機(jī)；探測(cè)；高效率；智能化；濁度目錄TOC\o"1-3"\h\u4835第1章緒論 5210761.1選題背景與意義 5243881.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 682191.3選題的目標(biāo)與內(nèi)容 62646第2章濁度的測(cè)量 8231212.1濁度相關(guān)定義和測(cè)量單位 8162612.1.1濁度相關(guān)定義 8196932.1.2濁度單位 8308122.2濁度的檢測(cè)方法 869202.3濁度的公式分析 89286第3章濁度傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10215613.1系統(tǒng)架構(gòu) 10171613.2光源的選擇 1155153.3系統(tǒng)硬件組成 11123843.3.1信息采集模塊 1169803.3.2信號(hào)放大模塊 1143843.3.3轉(zhuǎn)換器 1245783.3.4主控模塊 1258363.3.5液晶顯示模塊 13102253.3.6復(fù)位電路 14134463.3.7電源電路 14122043.4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 14309043.4.1程序設(shè)計(jì) 15221513.4.2液晶顯示程序 1663903.4.3轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計(jì) 1627145第4章無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18270984.1飛行器分類簡(jiǎn)述 1873474.2系統(tǒng)控制器 1828054.3傳感器模塊介紹 1847924.3.1慣性測(cè)量單元 1838454.3.2羅盤 19322094.3.3GPS 19274014.4執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1921734.4.1電機(jī) 1928104.4.2電子調(diào)速器 1952234.4.3螺旋槳 1984864.4.4電池 20114624.5地面站系統(tǒng) 2011648第5章無人機(jī)技術(shù)與濁度傳感器共生方案 21217465.1共生無人機(jī)類型選擇 21257055.2共生結(jié)構(gòu) 21236935.2.1結(jié)構(gòu)融合 2163275.2.2信息互通 21281345.3共生優(yōu)勢(shì) 2111017第6章實(shí)驗(yàn)與調(diào)試 23288006.1姿態(tài)穩(wěn)定性控制測(cè)試 23206496.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè) 2326864結(jié)論 2422154參考文獻(xiàn) 25

第1章緒論1.1選題背景與意義我國(guó)目前的發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展了帶來了很多發(fā)展問題，不解決我國(guó)的環(huán)境問題便為今后的發(fā)展埋下了危機(jī)，隨著二三產(chǎn)業(yè)的比重不斷上升，首先便是空氣的污染不斷加重，同時(shí)也有水污染嚴(yán)重和水資源的短缺，面臨著前兩大問題之一的水資源問題，目前的水源檢測(cè)一般是選擇準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，選擇的一般是上游河道的中心點(diǎn)，現(xiàn)狀便是工作人員迫于當(dāng)時(shí)環(huán)境無法到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)，造成難以避免的檢測(cè)誤差，高頻率的檢測(cè)和高檢測(cè)精度的要求都為水質(zhì)檢測(cè)提出了更高的要求。目前我國(guó)的無人機(jī)的個(gè)性化與智能化。我國(guó)的發(fā)展迅速，工業(yè)的崛起和目前人民對(duì)于民用無人機(jī)的了解變多，我國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程的加快，目前對(duì)于高端專業(yè)化無人機(jī)的性能及技術(shù)索求逐年增多，在面相未來的發(fā)展中，無人機(jī)更強(qiáng)的性能和更多的功能是必須且必要的發(fā)展目標(biāo)。盡量的降低無人機(jī)的機(jī)載成本，使得無人機(jī)集成功能低，拓展能力強(qiáng)，例如農(nóng)業(yè)信息探測(cè)方面的應(yīng)用，只需要應(yīng)用適宜無人機(jī)的長(zhǎng)距離傳感器，可以取得高品質(zhì)的遠(yuǎn)程探測(cè)信息。對(duì)此經(jīng)過相關(guān)的調(diào)查了解，并未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)無人機(jī)搭載相關(guān)采樣或勘測(cè)設(shè)備進(jìn)行有關(guān)作業(yè)的相關(guān)方式方法，對(duì)此本篇文章特此介紹此類方法。1、解放勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率。中國(guó)由之前的人口大國(guó)具備人力富足的現(xiàn)實(shí)情況逐漸走向中度老齡化社會(huì)，我國(guó)的人口資源優(yōu)勢(shì)逐漸消失，人力資源逐漸寶貴而且面對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速大多數(shù)年輕人逐漸選擇前往城市，農(nóng)村僅留存部分留守老人。在這樣的人口現(xiàn)狀之下，無人機(jī)具有高機(jī)動(dòng)性，能夠更快的到達(dá)采樣點(diǎn)進(jìn)行工作，提升工作效率，在極大程度內(nèi)解放了勞動(dòng)力。能夠?qū)o人機(jī)應(yīng)用于此提高整體化的應(yīng)用程度能夠大大提高水采樣活動(dòng)的機(jī)械化程度。2、降低采樣成本。人力支出是從事勞動(dòng)最大的支出，同時(shí)由于采樣時(shí)間的要求極其嚴(yán)格，對(duì)此利于無人機(jī)能搞提升效率的同時(shí)降低采樣成本。3、保護(hù)工作人員生命安全。首先部分污染水源具有劇毒性，每年年我國(guó)都有工作人員因?yàn)椴杉芪廴舅粗卸緦?dǎo)致急性食物中毒甚至是死亡。其次部分污染水源的具體污染區(qū)域地處偏遠(yuǎn)區(qū)域，前往具體的采集地區(qū)道路較為危險(xiǎn)，對(duì)采集工作人員的生命安全造成威脅。4、安全高效，操作容易。隨著目前無人機(jī)操作的簡(jiǎn)單性及便捷性，只需通過簡(jiǎn)單培訓(xùn)基本都能上手，既保證了安全也提高了效率。由于無人機(jī)是通過地面遙控或程序飛行的。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前對(duì)于無人機(jī)的發(fā)展而言，我國(guó)的無人機(jī)發(fā)展較為迅速，同時(shí)伴隨我國(guó)最大乃至世界最大的無人機(jī)公司——大疆，將整個(gè)無人機(jī)的影像發(fā)展推向高潮，并拓展了無人機(jī)電力巡檢以及農(nóng)業(yè)無人機(jī)藥物噴灑等等行業(yè)，但是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，逐步加強(qiáng)了對(duì)于環(huán)境及各類資源的檢測(cè)力度，但是依舊停留于利用傳統(tǒng)的人力資源進(jìn)行取樣，目前國(guó)外對(duì)于無人機(jī)的拓展應(yīng)用也達(dá)到了有史以來的利用高潮，各國(guó)的應(yīng)用都是對(duì)于整個(gè)無人機(jī)拓展應(yīng)用的強(qiáng)有力的支持。單靠無人機(jī)的發(fā)展僅僅可以為整個(gè)行業(yè)發(fā)展市場(chǎng)提供有關(guān)支持與協(xié)助，主要是目前對(duì)于濁度的測(cè)量。對(duì)于無人機(jī)濁度檢測(cè)的相關(guān)發(fā)展由以下幾個(gè)階段：目視比濁法：即選取一定的標(biāo)桿渾濁度，此類方法有著較大的誤差，首先是因?yàn)闃?biāo)桿尺度的選擇，其次是通過個(gè)人的視覺感受進(jìn)行有關(guān)判斷。重量測(cè)量法，其主要以懸浮物的重量作為濁度的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)分光光度法，其中較為典型的便是散射法，投射法以及比值法。國(guó)內(nèi)的濁度測(cè)量相對(duì)于國(guó)外來說起步較晚，剛開始主要是以流通式的安裝方式為主，用戶的選擇較為單一，但是在20世紀(jì)90年代后國(guó)內(nèi)的檢測(cè)技術(shù)突飛猛進(jìn)，武漢沃德和上海雷磁對(duì)于檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展可謂功不可沒。綜上所述，目前我國(guó)的民用無人機(jī)發(fā)展可謂舉世矚目，真正的做到了簡(jiǎn)單好用，又隨著對(duì)于生態(tài)技術(shù)的重視和檢測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，根據(jù)了解目前我國(guó)對(duì)于此類無人機(jī)拓展方面的發(fā)展較少，且整體發(fā)展速度較慢。1.3選題的目標(biāo)與內(nèi)容充分挖掘無人機(jī)的個(gè)性化與智能化。我國(guó)的發(fā)展迅速，工業(yè)的崛起和目前人民對(duì)于民用無人機(jī)的了解變多，我國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程的加快，目前對(duì)于高端專業(yè)化無人機(jī)的性能及技術(shù)索求逐年增多，在面相未來的發(fā)展中，無人機(jī)更強(qiáng)的性能和更多的功能是必須且必要的發(fā)展目標(biāo)。盡量的降低無人機(jī)的機(jī)載成本，使得無人機(jī)集成功能低，拓展能力強(qiáng)。了解并解決目前濁度傳感器應(yīng)用壁壘。目前的濁度傳感器主要基于目前取得的濁度收據(jù)應(yīng)用于洗衣機(jī)的洗衣水的渾濁程度，通過渾濁程度來判斷當(dāng)時(shí)的洗衣質(zhì)量。但是目前隨著各行業(yè)對(duì)水資源的重視，各種水質(zhì)量探測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，能夠?yàn)樗Y源是否達(dá)標(biāo)提供了有力的參考和保障，但因此會(huì)造成一定的人力物力浪費(fèi)，用于無人機(jī)可以順勢(shì)解決取樣困難的問題。不同監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)的融合與應(yīng)用。多方面無人機(jī)系統(tǒng)的資料收取同于結(jié)合目前近地傳感設(shè)備的檢測(cè)資料，將以上資料匯總整合后會(huì)對(duì)目前的水資源目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)的未來形式預(yù)測(cè)及事后的精確化管控。無人機(jī)的應(yīng)用能夠充分地實(shí)時(shí)檢測(cè)，大大降低了取樣后的部分水質(zhì)因?yàn)橄嚓P(guān)環(huán)境的影響導(dǎo)致了最后測(cè)量結(jié)果的誤差。想要達(dá)到以上方面就務(wù)必需要做好無人機(jī)的拓展延伸，制作并完善濁度傳感器的功能以及準(zhǔn)確的進(jìn)行各類信息融合，確保信息的準(zhǔn)確性以及整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

第2章濁度的測(cè)量2.1濁度相關(guān)定義和測(cè)量單位2.1.1濁度相關(guān)定義濁度是指所檢測(cè)液體取樣的光學(xué)特性的表示，類似于透光度等參數(shù)，依照國(guó)標(biāo)ISO07027當(dāng)中有對(duì)濁度的相關(guān)描述：難溶性物質(zhì)的存在而導(dǎo)致液體的透光度降低。當(dāng)水中有泥沙、土壤、有機(jī)物等懸浮固體時(shí)，以上所述物體會(huì)對(duì)穿過水的光澤具有勸止作用，其結(jié)果既是產(chǎn)生了衍射，這就是濁度的產(chǎn)生。2.1.2濁度單位濁度是一種對(duì)水透光度的一種顯示方式，但是由于缺乏一些非常明確的規(guī)范化文件，所以濁度的定義都是模糊的。據(jù)了解我們目前知道的有“度”、“JTU，,、"ppm”、“mg/L”、“FTU”、‘FNU、tcNTLT、“FAU”。這其中JTU是出現(xiàn)的較為提前的，這是一種濁光濁度計(jì)的單位，其原理是有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的蠟燭，主要通過人眼目測(cè)來確認(rèn)濁度的大小，其他單位度和ppm、mg/L的相關(guān)定義類似，其主要指的是每升液體中·存在1mg的土。2.2濁度的檢測(cè)方法根據(jù)相關(guān)資料顯示，目前的濁度的檢測(cè)案發(fā)大部分是利用化學(xué)相關(guān)試劑或者有關(guān)儀器，對(duì)于前者的化學(xué)分析主要是針對(duì)現(xiàn)在具有實(shí)施條件的一些實(shí)驗(yàn)利用此類方法，缺乏這種使用環(huán)境會(huì)嚴(yán)重影響最終的檢測(cè)結(jié)果。而利用儀器進(jìn)行檢測(cè)便是通過檢測(cè)整個(gè)液體的透光性，有一定的光源照明，然后具有光源接收設(shè)備。通過合理的設(shè)計(jì)光路完成透光度的檢測(cè)，目前我們所要解決的是利用無人機(jī)進(jìn)行相關(guān)液體濁度的檢測(cè)，這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要我們主要采用儀器分析法對(duì)濁度進(jìn)一步的探測(cè)。2.3濁度的公式分析以下是濁度在距離被測(cè)液體表面距離為Y的光照強(qiáng)度計(jì)算方式：IY=K0I0e-K1TY公式（2-1）K0是透光系數(shù)的數(shù)值。K1是液體套對(duì)平行光的吸收系數(shù)，I0是入射光能力，T表示的是水濁度。dIS1=K2TIYdy公式（2-2）其中：K2為溶液對(duì)光的散射系數(shù)，IY為深度Y處的光照強(qiáng)度。濁度儀的光學(xué)原理如圖2.1。圖2.1濁度儀的光學(xué)原理將式（2-1）代入式（2-2）可得Y處沿X方向散射光為：dIS1=K2TK0I0e（-K1TY）·dy公式（2-3）實(shí)際到達(dá)硅光電池的散射光的強(qiáng)度為：dIS=dIS1·e-K1TX公式（2-4）式中X為散射光到達(dá)硅光電池表面的距離。則可以得到從X這個(gè)位置的入射光程度：0Y0K0.K2.I0.T.eedyIK2K0K1==QUOTEI0e-K1TX(1-e-K1TY0)公式(2-5)

濁度傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)架構(gòu)本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為基礎(chǔ)，即把Atmel公司生產(chǎn)的STC89C52該款單片機(jī)作為主控芯片。具體流程圖如圖3.1。圖3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖圖3.1中各部分介紹如下：電源電路：穩(wěn)定的電路是一個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，首先要保證的便是電源電路。采用5V電源供電為本硬件系統(tǒng)的元件進(jìn)行供電，主要是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電。電源可以提供+5V/-5V的供電操作，充分地試用于各個(gè)設(shè)備。復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)由各大主機(jī)廠制作，所以各主機(jī)廠在出場(chǎng)的時(shí)候給單片機(jī)確定的狀態(tài)，單片實(shí)現(xiàn)復(fù)位就是要在復(fù)位引腳RET上接上外接電阻亦或電容。液晶顯示電路：類同于電腦或者手機(jī)屏幕，主要是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為文字形式，便于我們的讀取，同時(shí)選用液晶顯示主要是有性價(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)保有量較多，充分的穩(wěn)定也經(jīng)歷時(shí)間的檢測(cè)。信號(hào)放大電路：就像題目中所做的功能，主要是方法功能，最基本的模擬信號(hào)被放大，系統(tǒng)的組成可以擁有兩個(gè)及兩個(gè)以上的放大電路，同時(shí)放大電路也是其他模擬電路的主要組成部分。A/D轉(zhuǎn)換電路：該電路就是我們所說的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，又稱作ADC，本次采用的是ADC0832，主要流程是分別經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼這四個(gè)流程。3.2光源的選擇光源的種類具有直接影響。由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為微小，無法提供白熾燈所需要的較大功率，如果依舊選用白熾燈則會(huì)造成電子元件內(nèi)部的溫度漂移，最終導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確。最終本設(shè)計(jì)選用的近紅外發(fā)光二極管即我們常說的LED燈，其主要原因是LED燈的壽命較長(zhǎng)且沒有白熾燈使用時(shí)間長(zhǎng)久后出現(xiàn)發(fā)給導(dǎo)致光源衰弱的情況。3.3系統(tǒng)硬件組成3.3.1信息采集模塊所謂的采集模塊即是一塊硅光電池但是并沒有電池的作用，是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體元件，同時(shí)不用依托外加電源同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。硅光電池的主要核心便是PN結(jié)，也就是說當(dāng)這個(gè)PN結(jié)感受到光照信號(hào)時(shí)，這時(shí)候就會(huì)有一定的回路電流產(chǎn)生，這便是我們所說的光生伏特效應(yīng)。硅光電池構(gòu)造如圖3.2。圖3.2硅光電池的構(gòu)造3.3.2信號(hào)放大模塊采用ICL7650芯片，斬波自動(dòng)穩(wěn)零結(jié)構(gòu)是該類芯片的重要特點(diǎn)，對(duì)于其他功能有調(diào)制和解調(diào)，同時(shí)放大器又是與硅光探測(cè)器直接連接，是非常重要的零部件，有關(guān)ICL引腳排列順序圖紙如圖3.3所示。圖3.3ICL的引腳排列順序及位置 芯片的有關(guān)原理如圖3.4所示。圖3.4ICL7650原理圖3.3.3轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的主要作用便是通過處理器數(shù)字化的讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。主要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢越邮盏臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行下一步的處理工作，根據(jù)目前的技術(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率最高可達(dá)256級(jí)，該設(shè)計(jì)選用的芯片是8位分辨率的芯片，而且體積小價(jià)格低，年限久遠(yuǎn)且穩(wěn)定。3.3.4主控模塊把STC89C52單片機(jī)作為主控模塊，該單片機(jī)是8位單片機(jī)而且是MSC-51系列產(chǎn)品的升級(jí)版，其升級(jí)的主要優(yōu)勢(shì)為充分利用了半導(dǎo)體公司ATMEL的掉電不丟數(shù)據(jù)的閃存生產(chǎn)技術(shù)，也利用了新的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝。該款單片機(jī)芯片具有低功耗同時(shí)高性能的優(yōu)勢(shì)，能夠進(jìn)行靈巧的編程同時(shí)性能穩(wěn)定可靠。單片機(jī)STC89C52最小系統(tǒng)原理圖如3.5所示。圖3.5主控模塊引腳圖3.3.5液晶顯示模塊液晶顯示器我們也稱作LCD顯示器，其優(yōu)勢(shì)眾多，主要有體積小，功耗低同時(shí)價(jià)格也低，因?yàn)槎嘀貎?yōu)點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于單片機(jī)所控制的部分儀器作為主要的顯示設(shè)備。同時(shí)液晶顯示也要充分地考慮目前的接口為串行方式，占用了單片機(jī)的接口，充分地保證了整個(gè)硬件系統(tǒng)的整體性設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)利用的SMC1602液晶屏。SMC1602A液晶顯示特性：首先是具有5V電源，低能耗、長(zhǎng)使用時(shí)間、高可靠性。其次具備192種符號(hào)；1602LCD與單片機(jī)接口電路圖如圖3.6所示。圖3.61602LCD與單片機(jī)接口電路圖3.3.6復(fù)位電路復(fù)位和置位電路，就將單片機(jī)的電路初始化到之前的一個(gè)確定狀態(tài)，它的操作就類似于我們所常用計(jì)算機(jī)的歸零。復(fù)位電路圖如圖3.7所示。圖3.7復(fù)位電路圖3.3.7電源電路本文所所描述的整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)是電源電路，即需要通過電源電路對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電來保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。5V的供電機(jī)制是目前我們所常見的供電電壓，其主要是對(duì)單片機(jī)以及轉(zhuǎn)換器進(jìn)行供電。系統(tǒng)的有關(guān)電源電路如圖3.8所示。圖3.8電路圖電源3.4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件層面全部由模塊進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，其就是各個(gè)相關(guān)功能分別由各個(gè)模塊完成。系統(tǒng)主程序的作用是進(jìn)行系統(tǒng)的初始化、相關(guān)中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)定等。其關(guān)鍵便是實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的連接。3.4.1程序設(shè)計(jì)首先是主控程序，即對(duì)本設(shè)計(jì)硬件中的外部包括內(nèi)部的有關(guān)寄存器開展初始化進(jìn)程。開始進(jìn)程包括以下幾個(gè)步驟：讓系統(tǒng)時(shí)鐘開始變換為外部時(shí)鐘系統(tǒng)；對(duì)堆棧指針進(jìn)行復(fù)原；對(duì)I/O口進(jìn)行初始化；針對(duì)于定時(shí)器的初始化；針對(duì)于UART0串口的初始化；針對(duì)于SPI串口的初始化；針對(duì)于液晶控制器CDM1602A的顯示的初始化。主程序流程圖如圖3.10所示。流程準(zhǔn)備流程準(zhǔn)備流程開始流程開始查找詢問按鍵的有無查找詢問按鍵的有無進(jìn)行處理結(jié)束調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序調(diào)用延時(shí)進(jìn)行處理結(jié)束調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序調(diào)用延時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序圖3.10系統(tǒng)程序流程圖3.4.2液晶顯示程序作為液晶顯示器的主要器件。下面進(jìn)行相關(guān)角位的設(shè)計(jì)情況：D0-D7作為數(shù)據(jù)傳輸引腳。VSS是接地線、VDD是電源線、VEE是主要的LCD驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)節(jié)，顯示調(diào)節(jié)便主要依靠此方面。EN是使能信號(hào)。具體執(zhí)行的流程如圖3.11所示。指令寫入并顯示模式設(shè)置指令寫入并顯示模式設(shè)置光標(biāo)的出現(xiàn)光標(biāo)的出現(xiàn)光標(biāo)的移動(dòng)光標(biāo)的移動(dòng)結(jié)束且數(shù)據(jù)消失結(jié)束且數(shù)據(jù)消失圖3.11LCD初始化程序流程圖3.4.3轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計(jì)硬件主要選取了TLC549作為轉(zhuǎn)換器。工作如下：首先是寫入之前轉(zhuǎn)換器的最終結(jié)果，然后對(duì)本次轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)（模擬信號(hào)）保持采樣并保持最后開始有關(guān)轉(zhuǎn)換。具體流程圖如圖3.12所示。首先進(jìn)行復(fù)位即首先進(jìn)行復(fù)位即CS為高同時(shí)I/OCLOCK為低和移位計(jì)數(shù)為零選選數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片同時(shí)CS置低經(jīng)歷經(jīng)歷1.4us，將I/OCLOC變?yōu)楦唠娖将@取獲取DATAOUT，將I/OCLOCK變?yōu)楦叽_認(rèn)是否為第八位確認(rèn)是否為第八位將CS變?yōu)楦邔S變?yōu)楦咄Ｖ雇Ｖ箞D3.12程序流程圖

第4章無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1飛行器分類簡(jiǎn)述飛行器分類的主要是各類多槳葉飛行器，與傳統(tǒng)的單水平變頻器相比，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)單的維護(hù)、簡(jiǎn)單的操作、具有穩(wěn)定性和易于搬運(yùn)的優(yōu)點(diǎn)，一般多廳影院，如6個(gè)轉(zhuǎn)子和8個(gè)轉(zhuǎn)子廣泛應(yīng)用于膠卷、電視空中攝影、安全監(jiān)測(cè)、農(nóng)園植物保護(hù)、電力線巡邏等領(lǐng)域。4.2系統(tǒng)控制器飛機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)后，用傳感器收集飛行姿勢(shì)數(shù)據(jù)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)飛行。同時(shí)要向遙控器信后發(fā)射器發(fā)送相關(guān)處理信號(hào)，使得遙控人員對(duì)設(shè)備的整體情況有所觀察，同時(shí)遙控器既作為發(fā)射端也是接收端都需要接收正確的命令，使用上級(jí)設(shè)備控制飛機(jī)，控制器結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示。 圖4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖具有多路的PWM輸出功能，用來驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)工作，從而實(shí)現(xiàn)飛行器的飛行功能：在通信接口上，可以實(shí)現(xiàn)spi模式和無線模塊的通信，發(fā)送數(shù)據(jù)，接收控制信號(hào)。4.3傳感器模塊介紹4.3.1慣性測(cè)量單元IMU又稱為慣性測(cè)量單元，主要設(shè)備是利用IMU中的加速度計(jì)、陀螺儀等相關(guān)的感知設(shè)備，各項(xiàng)感知設(shè)備獲得了當(dāng)前無人機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)，例如姿態(tài)數(shù)據(jù)等等，獲得數(shù)據(jù)后通過相關(guān)的算法運(yùn)算得出當(dāng)前有關(guān)飛行參數(shù)，經(jīng)過以上過程后實(shí)現(xiàn)了飛行器的各項(xiàng)高級(jí)輔助程序，例如定高，自動(dòng)規(guī)劃航線等等有關(guān)功能，無人機(jī)的利用性大大提高。4.3.2羅盤羅盤的飛機(jī)非常重要的傳感器設(shè)備之一，首先它負(fù)責(zé)的是為飛行器提供位置信息，我們所知道飛機(jī)目前的飛行方向主要就是通過羅盤進(jìn)行確認(rèn)的，這就要求羅盤的精準(zhǔn)性首先是必須的，其次每次飛行前都要對(duì)羅盤進(jìn)行一定的校準(zhǔn)工作。在這個(gè)位置飛行時(shí)，它根據(jù)指南針的行駛狀況進(jìn)行校正。4.3.3GPS通過加速度的分解計(jì)算基準(zhǔn)姿勢(shì)，通過姿勢(shì)控制的輸入達(dá)到UAV指定的位置。在生物翅膀飛機(jī)研究中，光學(xué)三維運(yùn)動(dòng)捕獲系統(tǒng)具有模擬定位精度，三維位置、姿勢(shì)、奧羅拉角度、準(zhǔn)確捕捉6個(gè)自由度和移動(dòng)物體的其他數(shù)據(jù)，VAV、廣播數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)SDK和其他實(shí)時(shí)UAV的位置和姿勢(shì)的控制，固定點(diǎn)間隔、自律障礙回避和追蹤、飛行控制算法驗(yàn)證等4.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)4.4.1電機(jī)多旋翼飛機(jī)為了維持飛機(jī)的穩(wěn)定飛行和質(zhì)量下降，在四個(gè)飛機(jī)上裝備了4個(gè)沒有刷子的馬達(dá)，進(jìn)行動(dòng)力傳遞。動(dòng)力穩(wěn)定，其寬度有速度、小體積、高效率穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速誤差少等特點(diǎn)這個(gè)高速被廣泛用于轉(zhuǎn)換成飛機(jī)。多應(yīng)用于無人飛行器的是無刷DC電機(jī)，由此電機(jī)主要充實(shí)了整個(gè)的發(fā)動(dòng)機(jī)主干和驅(qū)動(dòng)器，是一個(gè)非常具有代表性的集成作品，沒有刷頭的DC電機(jī)是通過自身控制來運(yùn)行的，所以在可變頻率調(diào)節(jié)下，在負(fù)載大的同步電動(dòng)機(jī)等轉(zhuǎn)子上添加不同的音量由于負(fù)載突然變化時(shí)不會(huì)發(fā)生震動(dòng)和階梯差。4.4.2電子調(diào)速器電調(diào)全稱電子調(diào)速器。主要作用一是保護(hù)電機(jī)，防止其他部分出現(xiàn)大電流同時(shí)具有報(bào)警功能。二是進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)變，把飛控信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。通過電子調(diào)速器能夠保證各個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)正常或者說在必要的時(shí)候會(huì)進(jìn)行報(bào)警。4.4.3螺旋槳對(duì)于整個(gè)多旋翼飛行器而言，目前對(duì)于提供升力最重要的是部件，但是螺旋槳具備螺旋角，各種槳的型號(hào)不同主要是根據(jù)電機(jī)以及電調(diào)的型號(hào)進(jìn)行相關(guān)匹配。飛行器具有兩對(duì)槳但是一對(duì)槳里面一個(gè)正槳，一個(gè)反槳。經(jīng)鉆研取得的成果來看，目前的多旋翼飛行器提供升力的槳葉為二的倍數(shù)最佳。4.4.4電池對(duì)于無人機(jī)電池的選擇大部分都用動(dòng)力鋰電池，但是因?yàn)闊o人機(jī)所從事的工作不同。例如，農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的載重量一般都在40公斤級(jí)左右，一個(gè)近似成年女性的重量，同時(shí)還需要有關(guān)雷達(dá)系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)，還有相關(guān)自主作業(yè)等相關(guān)配套設(shè)施。對(duì)此還選擇了雙電池系統(tǒng)。4.5地面站系統(tǒng)地面站系統(tǒng)是Windows的相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用MP是個(gè)Windows的應(yīng)用，同時(shí)還有pc地面站還有ipad地面站和安卓地面站，隨著科技發(fā)展都是更便攜的調(diào)試設(shè)備，更好的為我們服務(wù)。

第5章無人機(jī)技術(shù)與濁度傳感器共生方案5.1共生無人機(jī)類型選擇無人機(jī)可以做到定點(diǎn)懸停以及定點(diǎn)環(huán)繞，同時(shí)也具有裝載能力強(qiáng)。所以最終選擇采用固定翼無人機(jī)與濁度傳感器相搭載的方式，濁度傳感器受目標(biāo)機(jī)械位置的影響較大，同時(shí)多旋翼無人機(jī)可以定點(diǎn)懸停的優(yōu)勢(shì)及時(shí)的補(bǔ)充了這一缺點(diǎn)，保證了空中較為平穩(wěn)的勘測(cè)以及數(shù)值的準(zhǔn)確性。5.2共生結(jié)構(gòu)5.2.1結(jié)構(gòu)融合本次無人機(jī)與濁度傳感器的組合主要采用機(jī)械化結(jié)構(gòu)硬鏈接方案。首先將色彩傳感器搭載于無人機(jī)的下方，由于無人機(jī)風(fēng)向是由上向下，所以所有連接結(jié)構(gòu)均具備導(dǎo)風(fēng)機(jī)制，疏導(dǎo)無人機(jī)下方氣流。減震機(jī)構(gòu)是必不可少的機(jī)構(gòu)，由于一般多旋翼無人機(jī)為四軸或者六軸甚至八軸，為此多電機(jī)的共振是不可避免的情況，高強(qiáng)度的共振可能會(huì)導(dǎo)致濁度傳感器內(nèi)部的機(jī)構(gòu)損壞甚至是報(bào)廢，對(duì)此減震機(jī)構(gòu)便成了必不可少的機(jī)構(gòu)。濁度傳感器硬鏈接的設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)環(huán)境多變的田間地頭，由于各種戶外環(huán)境生長(zhǎng)的高矮粗細(xì)各不相同，無人機(jī)穿梭其中無論是對(duì)于飛手來說具備更高的操作難度，操作失誤不僅造成無人機(jī)及其顏色傳感器的損害，同時(shí)會(huì)對(duì)莊稼的生長(zhǎng)造成影響甚至造成一定程度的財(cái)產(chǎn)損失，濁度傳感器延長(zhǎng)桿能夠有效的減輕飛手壓力，同時(shí)可以進(jìn)行仔細(xì)觀察后選擇相關(guān)樣品進(jìn)行檢測(cè)。確保以安全性為前提，以穩(wěn)定性為基礎(chǔ)的融合方式。5.2.2信息互通提高信息的整合和共享程度是一個(gè)系統(tǒng)提升效率的重要方式，所以作為一個(gè)新的融合系統(tǒng)，首要提升的便是整個(gè)系統(tǒng)的信息互通程度，本次共生方案主要采用攝像頭加圖傳的系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)上的實(shí)時(shí)LED屏進(jìn)行傳輸，通過專人的記錄得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。5.3共生優(yōu)勢(shì)本次采用此類共生方式主要是充分利用無人機(jī)的高機(jī)動(dòng)性和濁度傳感器的科學(xué)性，首先無人機(jī)的作用是解決道路不通暢的問題，以及可以越過路面的障礙進(jìn)行相關(guān)工作，可根據(jù)勘察需要調(diào)整飛行相關(guān)姿勢(shì)，獲得實(shí)時(shí)的樣品參數(shù)，使得測(cè)量結(jié)果更具有時(shí)效性。第6章實(shí)驗(yàn)與調(diào)試6.1姿態(tài)穩(wěn)定性控制測(cè)試姿態(tài)的穩(wěn)定性是無人機(jī)實(shí)施作業(yè)的前提，所以要保證最基本的牢靠的穩(wěn)定性，以目前行業(yè)頂尖的大疆無人機(jī)的穩(wěn)定性為行業(yè)目標(biāo)。我們首先從GPS的調(diào)試開始，確保收星正常是前提，然后進(jìn)行陀螺儀的矯正，翻滾俯仰進(jìn)行矯正。軟件矯正結(jié)束以后進(jìn)行硬件矯正，首先查看電機(jī)，沉浸板是否存在共振等情況，電池是否固定牢靠，同時(shí)相關(guān)農(nóng)業(yè)設(shè)備是否可以正常運(yùn)行。無人機(jī)作為一種較為具備風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)施，要充分保證其穩(wěn)定性和可控性，在失去控制后要也要保證在空中的穩(wěn)定性。6.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)通過實(shí)地使用無人機(jī)搭載水濁度傳感器對(duì)相關(guān)地的相關(guān)水源進(jìn)行檢測(cè)，并且充分的向有關(guān)從業(yè)人員進(jìn)行了解，包括漁業(yè)從業(yè)人員對(duì)養(yǎng)殖魚的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于漁業(yè)養(yǎng)殖而言，越為寬泛的水域越不容易發(fā)現(xiàn)水污染問題，通過無人機(jī)對(duì)水濁度進(jìn)行檢測(cè)結(jié)合樣方法能夠真正的了解整個(gè)水庫(kù)的水質(zhì)情況，即了解到漂浮物的狀況。并獲得如下數(shù)據(jù)且與傳統(tǒng)水樣采集法進(jìn)行有關(guān)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)因數(shù)據(jù)量的不同無人機(jī)的采集方式所取到的平均值更加符合平均值的相關(guān)特性且真正的做到了定為污染水源的作用。

結(jié)論無人機(jī)作為近年來的新型且高速發(fā)展的行業(yè)，它的發(fā)展得到了市場(chǎng)的足夠認(rèn)可。無人機(jī)的高速發(fā)展勢(shì)必會(huì)使部分工作變得高效，就像本文中所提到的無人機(jī)水濁度探測(cè)系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要功能是進(jìn)行水資源的濁度檢測(cè)，所以對(duì)于本系統(tǒng)而言，可以應(yīng)用于戶外水質(zhì)檢測(cè)，養(yǎng)殖戶水質(zhì)檢測(cè)等等，能夠大大的降低工作強(qiáng)度和工作的危險(xiǎn)系數(shù)。無人機(jī)的整體系統(tǒng)是由電機(jī)、槳葉、電子調(diào)速器、沉浸板、APM飛控、接收機(jī)、GPS、起落架等部分組成，充分考慮了空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)和內(nèi)部有關(guān)程序的研究，真正的能夠做到穩(wěn)定飛行，以無人機(jī)為基礎(chǔ)。濁度檢測(cè)系統(tǒng)主要元件為、電解電容、套餐電容、晶振、電阻、電位器、單片機(jī)、液晶、排阻、開關(guān)、電源、ad轉(zhuǎn)換、水濁度傳感器、溫度傳感器