【报名】楼宇卫士智能服务监测机器人

我叫泰哥

参赛项目：楼宇卫士智能服务监测机器人
参赛组员： 我叫泰哥

项目简介：

作品目的
1．为仓库管理人员提供仓库的实时环境数据，便于对突发事件进行处理；
2．以服务楼宇用户为目标，住户可以通过手机端APP进行预约，提供自助搬运服务，减轻住户的负担，提高住户的生活质量；
3．连接公共场所的安保系统，降低安保人员的劳动强度，减少公共场所的监控盲区，提升楼宇的安全系数；
4．在发生特殊状况时，发出警报，争分夺秒降低损失，挽救生命。

作品样机实物图

   

                              机器人样机                           

系统设计详细介绍

系统设计

轮式机器人移动模块设计



        设计的轮式机器人系统采用三路寻迹模块寻迹模式，与红外单点避障与超声波双路避障相结合的模式，实现对障碍物的全方位有效避障，同时实现自动巡回功能。为此，在前端中央设置一个红外避障传感器，用于探测轮式机器人前方障碍物，再在机器人前端设置一个安装舵机云台超声波避障传感器，它们分别探测轮式机器人前方左右两侧障碍物，有效的扩大了探测范围，从而实现了轮式机器人在寻迹过程遇到障碍物停止。
本系统利用多模块协调配合，使其具有较高自适应能力。硬件以需求为基础，选择了合适的模块，驱动模块中包含：电源模块，寻迹模块、红外传感模块，超声波传感模块，电机驱动模块， Arduino模块、wifi703N、摄像头等。
       驱动模块主控为Arduino UNO板，外加传感器扩展板，由两块L293驱动芯片驱动四个直流电机为轮式机器人提供动力，寻迹模块自主巡线，辅助模块红外传感器和超声波传感器实现监测障碍物，安装光敏灯模块实现在光源不充足区域自主寻迹更稳定，电压表模块实时监测电源电量状态，TL-WR703Nwifi模块实现摄像头上传以及PC端wifi控制机器人运动。各个模块组合起来实现轮式机器人的驱动、自主寻迹、实时监测、避障功能。

环境数据采集模块设计

        移动监测机器人的环境数据采集模块采用温湿度传感器、烟雾报警装置、人体红外传感器进行采集环境数据。由ESP8266串行端口wifi模块进行上传环境数据，针对上传网络物联网数据按照以太网数据传输的格式和规则进行编码。同时针对物联网平台配置好系统的API后，可以通过因特网在物联网进行远程和实时查看环境数据，实现了物联网环境监测。
温湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器都是数字传感器，数字信号通过ESP8266WIFI模块CPIO2端口进行上传。则需要对ESP8266进行串行端口调试，使用AT指令进行参数配置，8266使用的是AT命令进行参数配置的，命令详细使用方法可查阅《Espressif AT指令集》，可参照《ESP8266新手入门调试指导(补全)》的内容进行调试



硬件设计详细介绍

硬件设计

Arduino UNO控制板

       控制板采用Arduino平台，它是基于Atmel的AVR和ARM微控制的开源软硬平台，近年来发展迅速，应用广泛，在各种基于传感器的系统原型设计方面得到了广泛应用，其硬件设计采用CC BY-SA3.0协议，软件采用类C++的高级语言。
Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本作为Arduino平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是ATmega328，同时具有14路数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出），6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。

电机模块

      轮式机器人采用直流电机驱动方式，通过控制左右四个直流电机来控制小车转动转向，电机模块如图3所示，直流电机采用两块直流电机驱动芯片L293进行控制。
L293D是一款单片集成的高电压、高电流、4通道电机驱动，设计用于连接标准DTL或TTL逻辑电平，驱动电感负载（诸如继电线圈、DC和步进电机）和开关功率晶体管等等。为了简化为双桥应用L293D每个通道对都配备了一个使能输入端。L293D逻辑电路具有独立的供电输入，可在更低的电压下工作。此外，L293D还内置了位二极管。L293D适用于频率达5 kHz的开关应用。
      由于芯片L293并没有对电机转速的控制方式，因此，通过Arduino程序控制调节驱动电机的PWM信号，改变电机输出功率，从而控制左右电机的转速。

寻迹模块

      TCRT5000传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，红外接收管一直处于关断状态，此时模块的输出端为高电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，红外接收管饱和，此时模块的输出端为低电平，指示二极管被点亮。
寻迹模式采用三路寻迹，当左边的TCRT5000传感器检测黑线的存在，则执行右边电机启动左转；当右边的TCRT5000传感器检测黑线的存在，则执行左边电机启动右转；当中间的TCRT5000传感器检测黑线的存在，左右电机直线运动。安装如图4所示。

寻迹模块

红外传感器模块

       红外测距模块采用夏普GP2Y0A21红外测距传感器，夏普GP2Y0A21型红外测距传感器是基于位置敏感传感器PSD（Position Sensitive Device）的微距传感器，捕捉的是光信号并且有着基于Lucovusky方程的电路设计，其有效的测量距离为80cm。红外测距其优点是无盲区、 测量精度高、反应速度快，但其缺点受环境影响较大、探测距离较近。采用红外传感器与超声波传感器互补，使机器人具有精确的感测范围。

超声波传感器模块

       超声波模块由发射电路和接收电路组成。其中发射电路由 Em78p153 单片机、MAX232 及超声波发射头T40等组成，接收电路由 TL074运算放大器及超声波接收器R40等组成。探测时，超声波发射器发射出长约 6 mm，频率为40 kHz的超声波信号。此信号被物体反射回来由超声波接收器接收，接收器实质上是一种压电效应的换能器。它接收到信号后产生 mV级的微弱电压信号，电压信号再在核心控制模块中转换为数字信号。设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为t，超声波在统空气中的传播速度为c，则从传感器到目标物体的距离D可用 D=ct/2求出。

TL-704Nwifi模块和摄像头

      使用的wifi模块是采用高通 AR9331 芯片，是一个高度集成的 WLAN 解决方案。JS9331 基于 Atheros AR9331 SOC 方案的 wifi 模块。系统频率达 400MHz,板载 64MB DDR2 RAM，8MB flash，对外引出 USB、GPIO、UART、I2S、以太网接口、wifi 天线接口。本模块体积小、功耗低、发热量小，wifi、网口传输性能稳定。
运行 openwrt（linux）系统，可长期稳定运行。模块外围电路非常简单，仅需加上 33V DC 电源，即可让系统启动，并可通过 WIFI 控制。采用2个 1x19 2.0mm 镀金排针接口，可非常稳定的固定在底板上。该模块预置工作室open wrt固件，适配工作室各系列驱动板，实现视频传输及指令双向传输功能。
       符合国际标准的 802.11 b/g/n 协议，采用DSSS、OFDM、BPSK、QPSK、CCK 和 QAM 基带调制技术，能自适应路由器等设备的无线热点。最大连接速率可达 150Mbps。可用于智能家居、IP camera、VOIP、遥控拍摄飞行器、远程监控系统、便携式3G/4G 路由器、简单的 WEB网络服务器、简单的FTP服务器、远程下载。图2.2.2-5、图2.2.2-6所示。

         TL-704Nwifi模块

                   摄像头

温湿度传感器

       DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。
温湿度传感器接线，VCC一3.3v、CH_PD一3.3v、GND一GND、GPIO2一DHT11 data脚。

烟雾传感器MQ2

       MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

人体红外传感器

       人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
       热释电效应：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。
       菲涅耳透镜：根据菲涅耳原理制成，菲涅耳透镜分为折射式和反射式两种形式，其作用一是聚焦作用，将热释的红外信号折射（反射）在PIR上；二是将检测区内分为若干个明区和暗区，使进入检测区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化电信号。使热释电人体红外传感器(PIR)灵敏度大大增加。

菲涅耳透镜

作品功能详细介绍

两种控制模式

       机器人有两个模式（一是自主寻迹，二是特殊情况wifi控制）。运行测试项目为自主寻迹、避障、舵机云台操作、实时监控、wifi控制、温湿度、烟雾传感器和人体红外数据上传物联网。

楼宇环境情况实时回传

       楼宇卫士智能服务监测机器人运行情况以及巡逻期间楼宇内的环境情况通过机器人上搭载的摄像头以视频形式进行展现。从而实现对楼宇进行360度无死角监测，回传情况可以通过电脑端进行接收，将来还会开发楼宇卫士智能服务监测机器人配套APP，使安保人员和管理人员能够随时随地掌握楼宇建筑物内的情况，便于对突发事件进行处理。下图为机器人实时图传界面。

环境情况实时回传

环境温湿度监测

        对于楼宇内环境的监测，温湿度是无法被忽视的，特别是对于一些特定仓库环境，掌握实时温湿度数据，并采取相应措施是管理人员十分重要的责任之一。传统执行方式是通过仓库内安装的定点温湿度计等传感器，由管理人员读取特定数值，进而判断仓库内的温湿度情况。我们的楼宇卫士智能服务监测机器人可以将监测范围进一步扩大，通过巡逻和实时回传，使管理人员能够获得楼宇内每一处的实时温湿度情况，大大降低了管理人员的劳动强度。图3.2.2-6为机器人电脑端控制界面，通过利用现有创客物联网平台，连接机器人上的esp8266WiFi芯片模块实时传输环境信息。

                    

机器人电脑端控制界面

                                       

                温度监测界面                                                     湿度监测界面

外来人员入侵监测

       对于仓库，居民楼等特定时间内不会有人员进入的建筑，需要安保人员进行彻夜巡查，十分劳累，同时监控设施往往存在一些监控盲区，而不法分子往往抓住这些漏洞实施犯罪活动。因此，通过机器人的红外传感器搭配视频情况实时回传，安保人员只需在值班室内，对回传回的视频画面和数据进行实时比对和监控，出现异常立刻采取相关措施，可以有效提升建筑的监控水平，减少建筑的监控盲区，提升监控效率。

人员入侵监测

烟雾火警监测与报警

        对于楼宇的安全来说，火灾预防往往是排在首位的，很多火灾的发生往往是一些不易被发现的隐患引起的，因此预防火灾难度很高，除了做好相关隐患的排除和配备灭火工具外，对于环境烟雾的实时监测和火灾的第一时间报警也是降低火灾损失的重要措施之一。我们公司的机器人可以通过搭载的烟雾传感器和报警装置实现对环境烟雾的实时监测，如果出现异常情况，立即通过报警装置进行报警，从而做到第一时间发现并处理火灾，将火灾的损失降至最低。
自助搬运服务
       对于楼宇内住户的来说，某些情况下需要一些工具实现搬运功能，如图书馆需要搬运图书，仓库需要搬运货物，居民楼业主需要搬运蔬菜等生活用品及各种家具，办公楼人员需要搬运大量的办公用品及文件资料，因此一款随叫随到的搬运机器人将会存在很大的需求。如果有可能，我们准备开发机器人配套的APP，实现用户对于机器人搬运服务的预约。如果用户有需求，可以立刻前去提供服务，大大降低楼宇人员的劳动强度。作品展示视频如下
http://v.youku.com/v_show/id_XMz ... 1&qq-pf-to=pcqq.c2c

我叫泰哥

作品的视频如下展示视频

牙牙乐

TL-704Nwifi模块这个模块有某宝链接吗？我怎么没有找到？想进一个

小狗吃大白菜

我感觉和网灵机器人差不多