基于四旋翼无人机的温度采集系统的实现

蔡莹玥，陆慧晨，计晨旭

（南京工程学院计算机工程学院，南京 211167）

基于四旋翼无人机的温度采集系统的实现

蔡莹玥，陆慧晨，计晨旭

（南京工程学院计算机工程学院，南京 211167）

特殊环境（如高空电线环境、水面环境、危险动物生活环境温度、防践踏植被环境）温度采集是研究热点。以四旋翼无人机为平台，首先设计并实现平台的软、硬件结构设计，然后搭建服务器并将传回的温度数据存放到服务器，通过终端访问服务器实现特殊环境温度采集，设计实现的温度采集系统具有一定的工程应用意义。

四旋翼；无人机；温度采集；嵌入式系统

0 引言

高空高压电线环境温度、风机设备环境温度、水面环境温度、危险动物生活环境温度、防践踏植被生长环境温度等特殊环境的温度采集问题一直是研究的热点和难点。近年来，随着无人机技术的发展，基于无人机的特殊环境温度采集技术迅速成为现计算机控制领域中一项非常重要的技术，并逐渐在工业、农业、环境保护等领域得到广泛的应用。

目前，国内外特殊环境温度的采集主要是作业人员通过手工方式、机械延长设备、高技术感应设备等完成的，这也是特殊环境温度采集最繁杂的工作之一。手工采集方法往往会对现场环境造成破坏，延长机械设备采集又受到面积和延长长度等的限制，高技术感应设备则因价格昂贵不被人们所接受。如何以价格低廉、方便、快捷的方式实现自动温度采集就成为亟需解决的问题。因此，本文研究基于四旋翼无人机的特殊环境温度采集系统的实现过程，给出所研究系统软、硬件结构设计的具体过程，并以实现的四旋翼无人机的特殊环境温度采集系统为基础，进行相关实例的实验研究，实验结果表明，本文研究的基于四旋翼无人机的特殊环境温度采集系统具有一定的工程实践和应用价值，对无人机技术及特殊环境温度采集等问题的研究有重要的参考意义。

1 特殊环境温度采集系统的设计与实现

基于四旋翼无人机的温度采集系统主要基于嵌入式技术设计开发完成，以BCM283x微处理器和STM32微控制器作为系统开发硬件核心设计和实现，通过硬件平台设计、软件控制系统开发、定点飞行控制算法的研究及数据回传模块的开发等实现特殊环境中实时温度的采集，通过手动控制旋翼无人机，实现特殊环境实时温度的采集、回传，在手机终端进行温度数据的查看分析，并根据温度标准值进行预警等。基于四旋翼无人机的温度采集系统的结构图如图1所示。

温度采集系统中的四旋翼无人机硬件采用四个旋翼的机械结构组成，使用四个电机作为飞行的直接动力源，通过改变四个螺旋桨产生的升力来控制，结构和动力学特性得到了简化，飞行过程中可以实现垂直起降、上下飞行和自由悬停。硬件主要由四轴机架、起落架、螺旋桨、无刷电机、无刷电调、电源、飞控板、遥控接收机等部分组成。

图1 四旋翼无人机温度采集系统结构图

系统设计一个高性能的滤波器来估计四旋翼的飞行状态。通过改变四个螺旋桨产生的升力来控制平衡性，四旋翼的前桨1和后桨3逆时针旋转，左右两桨顺时针旋转，通过改变四个旋翼的转速，四旋翼将产生各种飞行姿态使四旋翼向预定方向运动，完成温度采集任务。

温度采集及数据处理模块实现过程中选用Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器DS18B20。DS18B20传感器采集到的现场温度直接以单总线数据通信方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。温度采集控制系统的软件主要包括主程序、温度上下限值设定子程序、温度读取子程序、温度显示子程序、输出控制子程序等模块。

基于四旋翼无人机的特殊环境温度采集系统电路板及无人机硬件部分设计如图2所示：

图2 四旋翼无人机硬件部分实现

2 系统结果演示

通过四旋翼无人机硬件平台的设计、Android端平衡控制程序及温度采集系统程序的实现，本文设计实现的四旋翼无人机特殊环境温度采集系统有效实现了平稳飞行及特定环境中温度的采集，采集后的温度保存在数据库中，当温度超过阈值则进行报警提醒。系统展示效果如图3所示。

图3 四旋翼无人机温度采集系统效果演示

3 结语

本文给出了基于嵌入式的视觉跟踪系统的详细设计过程，并基于开源图像处理库实现了视觉跟踪系统，通过实例实验演示，验证了所实现系统目标跟踪的准确性和有效性，具有一定的工程应用价值，系统的设计与实现方法对于视觉跟踪系统的研究具有重要的参考意义。

[1]刘云平，李先影，王田苗等．四旋翼无人机偏航飞行过程量化稳定性分析[J]．南京理工大学学报，2016，40（5）：520-526.

[2]严孝鑫，张航，周鑫．基于四旋翼无人机的环境监测系统[J]．自动化与仪器仪表，2016，10（204）：85-86.

[3]王玉菡，曾自强，陈鸿雁等．基于ZigBee和VC6.0的无线温度采集系统[J]．重庆理工大学学报（自然科学版），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

蔡莹玥（1997-），女，江苏沭阳人，在读本科，研究方向为嵌入式技术

2016-12-13

2017-02-10

江苏省大学生科技创新计划项目（No.201611276016Z）

陆慧晨（1995-），男，江苏常熟人，在读本科，研究方向为嵌入式方向

计晨旭（1994-），男，江苏苏州人，在读本科，研究方向为嵌入式硬件方向