網(wǎng)絡(luò)控制智能家庭安全機(jī)器人

陳志遠(yuǎn)+齊愛學(xué)+李春輝+高志偉+王學(xué)慧+李世輝+李麗麗

摘 要：機(jī)器人以無線WIFI和安卓及電腦上位機(jī)為核心，WIFI模塊通過連接到家庭路由，與外網(wǎng)建立聯(lián)系，然后通過路由“端口映射”，達(dá)到利用網(wǎng)絡(luò)“遠(yuǎn)程控制”的目的。同時，機(jī)器人配有攝像頭，GSM，火焰、氣體傳感器等模塊，智能檢測和采集家庭環(huán)境信息，當(dāng)有異常發(fā)生時，可以通過GSM給主人發(fā)短信，然后主人可以通過網(wǎng)絡(luò)及時檢測家庭狀況，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，即無論你處于世界任何一個角落，只要有網(wǎng)絡(luò)，你都可以看到家庭中的當(dāng)前信息，并實(shí)現(xiàn)對小車的控制。此外，小車還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程/近程澆花，遠(yuǎn)程/近程控制家庭點(diǎn)燈，熱水器，電視機(jī)，窗簾等家電。讓生活變得更加方便、智能、美好。

關(guān)鍵詞：WIFI；上位機(jī)；傳感器；GSM模塊；攝像頭

家庭安全機(jī)器人是機(jī)器人研究中的一個新興發(fā)展領(lǐng)域，其屬于危險作業(yè)機(jī)器人中的一個分支，具備了危險作業(yè)機(jī)器人的所有特點(diǎn)。其往往具備多功能作用，可以在救火現(xiàn)場自由行駛、傳遞信號，并能自動向被困者提供食品物資，為救災(zāi)救火工作做出巨大的貢獻(xiàn)。

目前，一般的家庭安全裝置只能簡單的檢測火焰和防盜，而且存在誤報率高，精準(zhǔn)度低等缺陷，因而限制了其推廣使用。由于家庭安全越來越受到關(guān)注，提高探測的可靠性和排除安全隱患成為當(dāng)今時代的主題，而本裝置就利用傳感器和GSM模塊，攝像頭模塊，WIFI模塊，手機(jī)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線控制機(jī)器人排除家庭安全隱患。極大地提高了家庭的安全性。

1 總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以無線WIFI和安卓及電腦上位機(jī)為核心，WIFI模塊通過連接到家庭路由，與外網(wǎng)建立聯(lián)系，然后通過路由“端口映射”，達(dá)到利用網(wǎng)絡(luò)“遠(yuǎn)程控制”的目的。同時，機(jī)器人配有攝像頭，GSM，火焰、氣體傳感器等模塊，智能檢測和采集家庭環(huán)境信息，當(dāng)有異常發(fā)生時，可以通過GSM給主人發(fā)短信，然后主人可以通過網(wǎng)絡(luò)及時檢測家庭狀況。系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，該系統(tǒng)以stm32f103z8t6單片機(jī)為主芯片，外接火焰?zhèn)鞲衅髂K、攝像頭模塊、機(jī)器臂模塊、GSM模塊等。通過各個模塊檢測外界環(huán)境將采集的信號送到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路，然后將數(shù)字信號傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，進(jìn)而單片機(jī)控制各個模塊進(jìn)行工作。當(dāng)有異常發(fā)生時，可以通過GSM給主人發(fā)短信，然后主人可以通過網(wǎng)絡(luò)及時檢測家庭狀況。

火焰?zhèn)鞲衅鳎╢lame transducer）是機(jī)器人專門用來搜尋火源的傳感器，當(dāng)然火焰?zhèn)鞲衅饕部梢杂脕頇z測光線的亮度，只是本傳感器對火焰特別靈敏?；鹧?zhèn)鞲衅骼眉t外線對對火焰非常敏感的特點(diǎn)，使用特制的紅外線接受管來檢測火焰，然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號，輸入到中央處理器中，中央處理器根據(jù)信號的變化做出相應(yīng)的程序處理。

A/D轉(zhuǎn)換電路[3]是將各個傳感器檢測電路采集的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供單片機(jī)處理。從而實(shí)現(xiàn)各個傳感器電路與單片機(jī)的信息傳送與狀態(tài)反饋，進(jìn)而輔助單片機(jī)發(fā)送動作指令。A/D轉(zhuǎn)換電路仿真圖如圖4所示。

STM32F1系列屬于中低端的32位ARM微控制器，該系列芯片是意法半導(dǎo)體（ST）公司出品，其內(nèi)核是Cortex-M3。

該系列芯片按片內(nèi)Flash的大小可分為三大類：小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K和512K）。

芯片集成定時器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多種功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的軟件采用Keil軟件編程，以無線WIFI和安卓及電腦上位機(jī)為核心，WIFI模塊通過連接到家庭路由，與外網(wǎng)建立聯(lián)系，然后通過路由“端口映射”，達(dá)到利用網(wǎng)絡(luò)“遠(yuǎn)程控制”的目的。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

WIFI模塊通過連接到家庭路由，與外網(wǎng)建立聯(lián)系，然后通過路由“端口映射”，進(jìn)而達(dá)到利用網(wǎng)絡(luò)“遠(yuǎn)程控制”小車的目的。GSM模塊與各傳感器之間的配合。各傳感器通過檢測到煙霧或火焰，把信息傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)再控制GSM發(fā)送不同的報警短信。軟件硬件WIFI模塊主要用來實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)軟件與硬件之間的通信功能，軟件設(shè)計(jì)的流程如下：開始-檢測器-數(shù)據(jù)采集成功-AD信號轉(zhuǎn)換-單片機(jī)輸出控制模塊-攝像頭尋找火源，小車出發(fā)-找到火源并搬離-測試結(jié)束-退出程序。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

機(jī)器人以無線WIFI和安卓及電腦上位機(jī)為核心，WIFI模塊通過連接到家庭路由，與外網(wǎng)建立聯(lián)系，然后通過路由“端口映射”，達(dá)到利用網(wǎng)絡(luò)“遠(yuǎn)程控制”的目的。同時，機(jī)器人配有攝像頭，GSM，火焰、氣體傳感器等模塊，智能檢測和采集家庭環(huán)境信息，打破了常規(guī)智能車控制距離短的限制，小車上的WIFI模塊與家庭路由相連接，此時，路由器就相當(dāng)于一個“橋”，實(shí)現(xiàn)了小車與Internet的連接。達(dá)到與我們自主開發(fā)的Android和Windows上位機(jī)數(shù)據(jù)交換的目的。即實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和攝像頭信息的采集。

5 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

該機(jī)器人裝置包括火焰?zhèn)鞲衅鳌熿F檢測、尋找火源和遠(yuǎn)程控制的四種功能，通過無線傳輸攝像頭采集路面信息，并把路面信息傳給上位機(jī)，之后我們可以通過攝像頭發(fā)回的信息方便地在上位機(jī)上操作控制機(jī)器人，使其能夠安穩(wěn)的轉(zhuǎn)彎前行。其次，到達(dá)指定位置后，攝像頭在大范圍內(nèi)掃描確定需要處理的位置，在此同時傳感器開始工作，與攝像頭共同工作找到精確的火源位置確定角度并發(fā)回指令，而且在外來人員進(jìn)入無人家庭時，也會向主人發(fā)送短信實(shí)現(xiàn)報警。它具有智能化，易于攜帶，成本低，利于推廣等優(yōu)點(diǎn)。

6 結(jié)束語

目前，一般的家庭安全裝置只能簡單的檢測火焰和防盜，而且存在誤報率高，精準(zhǔn)度低等缺陷，因而限制了其推廣使用。由于家庭安全越來越受到關(guān)注，提高探測的可靠性和排除安全隱患成為當(dāng)今時代的主題，而本裝置就利用傳感器和GSM模塊，攝像頭模塊，WIFI模塊，手機(jī)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線控制機(jī)器人排除家庭安全隱患。極大地提高了家庭的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]李磊，葉濤，譚民.移動機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與未來[J].2002.

[2]陸新華，張桂林.室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人導(dǎo)航方法研究[J].2003.

[3]田國會，李曉磊，趙守鵬.家庭服務(wù)機(jī)器人智能空間技術(shù)研究與進(jìn)展[J].機(jī)器人，2007，25（5）：470-474.