随着工业化的发展与生态环境的变化,空气污染已经成为所有国家必须面对的严峻问题,对空气污染程度各项指标进行立体式大范围检测也成为一个必须解决的重要技术问题。目前国内外所采用的空气质量检测方法主要有以下几种:便携式的人工检测方式、固定点式的基站检测方式、车载式的移动检测方式。但以上几种检测方式不够灵活,并且检测点规划起来比较复杂,会耗费大量的人力物力,且无法做到对各个地区进行实时检测。且目前国内外使用的空气质量检测仪器使用的CPU外设少,复杂的功能无法实现,实时性差,内存小,无法加入操作系统。为了解决这些难题,迫切需要一种新型空气质量远程无线检测系统。本课题利用无人机所具有的响应迅速、高效机动、覆盖面积广以及不受交通条件限制的优势,结合嵌入式技术,设计出一款搭载于无人机上的空气质量检测系统,不仅能够减少空气质量检测的成本,同时能从立体空间上掌握空气污染物的分布特点,还可以使得系统具有数据采集速度快、实时性好、可靠性高等优势。本课题的研究对于空气污染物的分布特点及其实时检测,以及对空气质量的三维空间大范围检测均具有重要的意义。本文首先介绍了空气质量检测领域的背景和意义,研究了空气质量检测和传输系统的现状,分析了现有的国内外空气质量检测系统的缺点及空气质量检测系统的发展趋势,研发出了一种以ARM作为主控芯片的空气质量检测系统。该系统不仅能够进行多通道的空气质量检测,还能通过云平台的数据透传,进行稳定的数据远程传输。该系统不仅传输速度快,同时能够保证系统在运行时无线设备永久在线。在硬件设计方案上,整个系统分为两个部分,第一部分是搭载在无人机上的采集端,第二部分是地面基站的接收端。系统采集端主要实现的功能是对二氧化氮、氨气、硫化物、苯系蒸气、烟雾浓度、GPS等参数进行多通道数据采集、数据处理,并实现数据的远程无线发送功能。地面基站接收端除了实现显示和存储数据外,还对外预留了串口、网口、USB口,方便系统后续其它功能的开发。软件设计分为以下几个部分,首先是在原有的ARM内核库函数的基础上进行FreeRTOS操作系统的移植,利用该操作系统具有较强的任务调度及系统资源优化分配等功能有效地提高了数据的采集及传输效率,其次在分析现有操作系统任务调度算法的基础上,提出了一种新型的Earliest Deadline First算法。进一步研究了STM32的多路通道数据采集的软件实现,将传感器采集的数值进行温度补偿和防脉冲平均滤波,从而减小数据误差,有效抑制了随机干扰。本设计同时还在云服务器上搭载了云平台,在此之上建立起了数据透传组,实现了借助CPU的USB2.0接口将M750无线设备的发射端和接收端数据连接到云平台。最后本系统还设计了上位机软件,方便系统各项数据的查看与分析。本设计通过硬件和软件的结合,实现了多路通道的数据采集、传感器调理电路的调试、云平台数据透传等功能。本项目研发的基于无人机的空气质量检测系统可以采集空气中二氧化氮、氨气、硫化物、苯系蒸气、烟雾的浓度等这些污染气体的参数。选用的STM32F407芯片配合FreeRTOS操作系统,可以提高程序运行速率。选择的M750无线设备支持4G网络,传输速率快,能够满足实际需求。本系统的研发能够为研究空气中污染物的分布特点,及空气污染的来源与整治方案提供有效数据支持,本课题的研究对于空气污染物的分布特点及其实时检测,以及对空气质量的三维空间的大范围检测和保障人类的身体健康均具有较强的实际应用价值和广阔的应用前景。