[发明专利]一种空间三维多参数分布测试系统及其实施方法

权利要求书

1.一种空间三维多参数分布测试系统，其特征在于所述的系统由可无线遥控无人机、电控单元、减震单元和地面无线接收单元组成；其中：

①所述的无人机遥控距离大于3500m；

②所述的电控单元包括三层结构，第一层为中控单元，包括锂电池单元，中控电路和数据存储单元，分别与中控电路基板连接；为电控单元提供能源，收集传感器数据，对收集到信号的管理与存储；第二层，是多传感器组合单元，包括PM2.5，温湿度、TVOC和CO2组合传感器、GPS和高度计三个模块；将传感器信息收集通过层间双列插针传输到中控单元；第三层为无线收发单元，将数据信号传输到地面无线接收单元；

③减震单元用四根弹簧连接上下两层镁合金板，上层镁合金板通过四个螺丝与无人机相连接；

④地面无线接受单元与电脑相连，接受无人机上发射的信息，发送控制无人机的升降指令；电脑中软件将采集的多传感器数据和时间，位置数据绘制成图表。

2.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述的中控单元内部，中控电路，锂电池和flash通过电路板连接，连接到双列插针，控制数据的存储，监控电池电量和健康状况。

3.按权利要求1所述的系统，其特征在于：

①所述的无人飞机为深圳市大疆创新科技有限公司的Phantom3Adv无人机；

②锂电池单元6000mAh，电池重量365g，载荷1000g；

③基于Arduino嵌入式开发平台完成了无线收发程序、无人机升降控制程序的设计；

④将锂电池flash和中控电路置于第一层，旨在将锂电池与传感器层隔离，增加散热面积，减少对传感器采集数据精度影响，三层叠连结构不仅符合热学和电学设计的要求，而且使电控单元体积减小；

⑤中控单元与多传感器单元、无线收发单元通过插针相连；

⑥组成中控单元的中控电路，锂电池和数据存储单元分别与中控电路基板相连。

4.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述的组合传感器为深圳盛世物联科技有限公司的MSM-15系列；其中，

a)温湿度的测量范围是温度25℃±0.5℃，湿度＜±3.0％RH；

b)PM2.5测量的精度±10％；

c)采用红外非扩散室NDIR测定CO2，测量范围为0-5000ppm，输出分辨率为1ppm；

d)可挥发性气体传感器测量范围为0-4mg/m3，检测精度±0.01mg。

5.按权利要求1或3所述的系统，其特征在于：

①电控单元体积减小为10cm×5cm×5cm，重量小于500g；

②无人机采用433MHZ频点，在3500m之外遥控；

③垂直高度分辨率达到0.25m；

④支架与机身采用弹性结构连接，弹性数据结构由弹簧和一个挡风镁合金薄板组成，悬挂于机身下部，以减少负荷，同时减少飞机机身飞行震动对测量PM2.5的影响，挡风镁合金薄板用于减少飞行气流对PM2.5测试数据的影响。

6.实施权利要求1-4所述一种空间三维多参数分布测试系统的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)设计空间三维多参数分布测试系统构架图；空间三维多参数分布测试系统由可无线遥控的无人机，电控单元，减震单元，地面无线接收单元组成；无线遥控的无人机，实现系统远程控制功能，测量变化位置条件下，各点大气环境、位置和时间信息；电控单元提供电路需要的电能，采集传感器信息，并发送到地面接收单元；地面接收单元负责接收信息，存储和处理，绘图；

2)电控单元及支架轻量化、微型化设计，采用镁合金型材作为支撑和挡板材料，降低其重量，采用三层立体封装减小电控单元的受风面积，减小空气阻力，降低能耗，采用弹簧结构降低震动，采用挡板减少气流对测试结果影响；

3)电控单元的组装；A、组装中控单元第一层板，以中控单元为基板，集成锂电池，中央控制电路和flash，各单元间采用PCB板走线连接；B、组装多传感器组合单元第二层板，将PM2.5、温湿度、CO2传感器组合模块、GPS、高度计等传感器通过PCB板连线连接，每个传感器都连接到双列插针，双列插针基连接中控单元又连接无线收发单元的第三层板；最终形成三层叠装的三层板结构；

4)完成的抗震结构设计与制作，采用镁合金支架+弹簧的抗结构，减小传感器震动，计算震动强度，使本电控单元震动小于5；用四根弹簧连接2块镁合金板，上层镁合金板通过4个螺丝与无人机相连，下层镁合金板通过4个螺丝与4根镁合金支架相连；

5)安装测试系统与调试，将电控单元与无人机底座用4根螺丝固定，将接收单元与电脑通过USB相连，调试，开启无人机开关，遥控器控制其起飞，观察电脑收到的信息，高度，用标准高度对标，判断高度精度；PM2.5传感器的校准，采用净化室环境测试方法校零，通过TSI8530设备校准测量数值和范围。