刘俊，娄伟闽，李欣平，王东方
天津职业技术师范大学 自动化与电气工程学院，天津，河西，300222；
摘要：国内外无人机行业飞速发展，其产品可涉及多个领域，而对复杂环境的检测勘探也可以利用无人机技术，在保障人员安全的情况下，完成复杂作业。
本文阐述了如何运用无人机技术在复杂环境下进行复杂环境下的气体检测，完成监测作业。
关键词：云平台；无人机；气体检测；在线监控；
1. 引言
现随着国内外无人机行业飞速发展，其产品可以涉及多个领域，在对复杂环境的检测勘探中，无人机也是大放异彩。我们可以通过利用无人机技术，在保障人员安全的情况下，采集复杂环境气体信息，完成复杂作业。
2. 系统设计
2.1. 设计背景
本文提出基于云平台的无人机复杂环境气体检测系统，这是一种参考物联网设计体系结构的新型移动式监测平台，其具有集成度高、实时性高、灵活性高、监测范围广等优点。无人机作为搭载平台，可进行日常空气质量检测和复杂未知区域检测，获得环境气体数据。有助于实现气体浓度监测、准确判定复杂环境的当前状况并对其进行监督。
2.2. 系统总体结构
本设计是以ESP8266模块为控制核心，集多种传感器于一体的云平台无人机检测系统。该无人机具有实时和灵敏的工作优点：硬件设计部分由单片机控制模块、ESP8266模块、无人机飞行控制模块、SGP30传感器模块、DHT11温湿度传感器模块、GPS模块等多个部分组成。
系统总体结构框图如图1所示。
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2.2. 气体传感器选型
在本文设计中，所测量的是复杂环境的气体检测，针对电厂，化工厂，水泥厂等环境或复杂未知区域的气体，选用SGP30传感器，可以测得氧气，一氧化碳，甲烷，空气质量来对空气中氧气浓度和有毒有害气体浓度进行检测。
2.3. 电源电路设计
电源电路设计选用大疆无人机，引用大疆成熟得技术支持。结合GPS系统、三轴稳定云台、图传、接收机、发射器、ESP8266、SGP30、DHT11等传感器等实现。
2.4. 无线通讯设计
本设计采用无线ESP8266串口WiFi模块,其具有的省电模式适用于各种低功耗应用场景，并结合各种传感器，适应不同环境下的气体检测。ESP8266的工作温度范围大，且能够保持稳定的性能，所以能适应各种操作环境。
3. 程序设计
本文设计并开发了一套基于云平台的无人机复杂环境下的气体检测系统。利用无人机的高机动性实现对空气中复杂气体进行灵活检测并实时监测，通过程序算法实现对数据的可靠评估，最后将监测数据和分析结果进行总结归纳并在PC端和手机端实时显示出来。
4. 实物调试运行
选取一个空旷的场地，将无人机起飞，进行空气质量检测各种气体浓度，实时传输到PC端，利用图传系统进行系统避障和信息采集，保证数据的精准可靠，无人机的机动灵活，既保护了人员的安全，也降低了维护成本，从而提高工作效率。
采集到的数据界面如图2所示。
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5. 结论
本项目开发了一种基于云平台的无人机复杂环境下的气体检测系统，具备功能广泛、使用便捷、可在线检测等众多特点。系统包括GPS信号模块、气体采集模块、数据传输模块、图传模块、通讯模块等。可通过远端遥控实现在复杂环境作业的功能。
该系统弥补了传统空气质量监测系统灵活性低、实时性低、监测空间受限等缺点。提供了实时监测、日常巡检、以及未知区域探测等多种检测、监测方式，提高了复杂环境气体监测的多样性、灵活性和可靠性。
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作者简介：
刘俊,男,1999年生,汉族,天津滨海新区人,天津职业技术师范大学本科在读,测控技术与仪器专业
娄伟闽,男,1998年生,汉族,浙江瑞安人, 天津职业技术师范大学本科在读,测控技术与仪器专业
李新平,男,1999年生,汉族,河南南阳人, 天津职业技术师范大学本科在读,测控技术与仪器专业
王东方,男,1998年生,汉族,河南郑州人, 天津职业技术师范大学本科在读,测控技术与仪器专业
基金项目：天津职业技术师范大学2019级大学生创新创业训练计划项目,项目编号：201910066059