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1、 “博创杯”全国大学生嵌入式物联网设计大赛作品设计报告小区安防监控机器人Residential security robot设计报告组别：工程硕士组 本科组高职组 参选奖项： 标准赛项恩智浦专项 风河专项 摘 要当前，许多生活小区的治安巡逻任务由物业保安人员负责完成，巡逻任务靠人工实施往往会造成管理困难，薪酬纠纷不断等问题，而保安人员很多时间疲于空转，抓不住实质性的防控重点。为了有效协助保安人员完成常规性的巡逻任务，与时了解防控区的治安状况，准确实时的锁定关键防控部位，同时也为了协助物业部门解决劳动力成本过高，有效安排、管理保安人员等问题，本文开发了一种能够代替保安人员在小区规定的路线上完成巡
2、逻，监测任务的小区安防监控机器人。小区安防机器人主要由行走机构、传感器系统、控制决策系统组成。其中行走机构是机器人的重要组成部分，良好的行走机构控制方法是机器人顺利完成任务的重要保证；传感器系统由电子罗盘、光电传感器、灰度传感器组成，对多种传感器信息进行融合后，对运动状态做出合理的决策，并反馈给控制系统；控制系统是小区安防机器人的核心系统，指挥传感器系统和控制系统协同工作，通过分析获取到的信息，得出合理的方案，能够使用小区安防机器人进行自主躲避障碍物、沿黑线自主行走，并实时将采集到的图像反馈控制界面。本系统对小区安防机器人的行走机构、传感器系统和控制系统进行了设计与实现，科学的分析小区安防机器
3、人工作的环境和需要完成的功能，合理设计、组装该机器人的硬件结构，开发平台由博创的cotex-A8组成，执行对机器人的运动控制和图像监控以与工作状态监控；利用2个51单片机控制轮式运动机构的运动；人机交互程序的编程语言是QT开发语言，界面设计人性化、合理化；步进电机控制程序的编程语言是Ceil51，通信方式由wifi和串口完成。小区安防机器人的创新点在于该系统的智能性，首先通过机器学习，使安防机器人对小区的工作环境进行熟悉、了解，在工作模式中，机器人会自主的选择运动路径，对路径的规划，在交叉路口进行科学的决策。关键词： 机器人行走机构,传感器系统,控制系统,步进电机,机器学习AbstractAt
4、 present, the security patrol is responsible for the property security of living area, Artificial patrol work often causes management difficulty, long time work of patrol in the living area often cause security staff tired, A number of security issues are omitted.In order to complete the patrol of l
5、iving area in time and effective, reducing the word of the security staff, using residential security patrol robot to completed residential surveillance work,instead of security personnel.Residential security robot includes three main systems,such as sensor system, control and decision system. The w
6、alking mechanism is an important part of robot, controled by control system to complete the task of the robot,the sensor system collects the information of all kinds of sensors,such as electronic compass, gray sensor.Basing on the information of the sensor system,the control part can make reasonable
7、 decision on the motion state. Such as avoiding obstacle in the moving state, walking along the black line, monitoring the image of the living area.We designed and realized the walking mechanism and sensor system and control system ,the contol system is the main part of the robot basing on the scien
8、tific analysing on the work environment and the function of the robot, Development platform of the robot is composed of cotex-A8 of Bo Chong composition, controling the motion of robot motion control and displaying video captured by camera, using 2 Ceil51 to control DC motor. The UI of the interacti
9、ve programming use QT language to complete,the program of Ceil51 is developed by C language, and other wise the communication of the each part is accomplished by WiFi and serial port.Thi innovation of the residential security robot is the intelligence of the system, through the robot learning on the
10、 work area. the robot can collect some impotant information of the working area,in the work mode, the robot will choose the path independently, planning the path to move.Key words: robot walking mechanism sensor system controling system DC motor robot learning摘要2Abstract3第一章绪论61.1 课题来源61.2 课题研究背景61.
11、3 客户需求7第二章系统方案83.1 可行性分析83.1.1 经济可行性83.1.2 技术可行性83.2 系统设计方案9第三章总体设计113.1硬件体系结构113.1.1控制台113.1.2安防监控机器人123.2软件体系结构153.2.1 功能模块153.2.2 综合运算模块163.2.3 决策模块17第四章概要设计204.1通信模块204.1.1硬件结构204.1.2 网络通信204.2图像监控224.2.1 图像采集设备224.2.2 图像传输234.3传感器融合模块234.3.1巡迹行走234.3.2位置定位244.3.3超声避障26第五章详细设计与实现275.1 UI界面275.1.
12、1 界面设计275.1.2 实现与效果295.2学习模式325.3工作模式35第六章系统测试386.1网络通信测试用例386.2传感器测试用例396.3学习功能测试用例406.3工作功能测试用例416.5 BUG的处理解决方案42第七章结论特色46附录47参考文献48第一章 绪 论1.1 课题来源随着科学的发展，智能化家居小区进行人们的生活，给人们的生活带来了便捷与安全，当前，许多生活小区的治安巡逻任务由物业保安人员负责完成，巡逻任务靠人工实施往往会造成管理困难，薪酬纠纷不断等问题，而保安人员很多时间疲于空转，抓不住实质性的防控重点。为了有效协助保安人员完成常规性的巡逻任务，与时了解防控区的治
13、安状况，准确实时的锁定关键防控部位，同时也为了协助物业部门解决劳动力成本过高，有效安排、管理保安人员等问题，本文开发的小区安防机器人能够代替保安人员对小区进行安全巡逻，发现潜在的安全隐患，安防机器人能够代替保安人员在小区规定的路线上完成巡逻，监测小区周边环境，并实时采集图像传递给监控人员，使得监控人员足不出户就可以对小区周边的环境了如指掌，高效的完成对小区环境的巡逻任务。1.2 课题研究背景目前视频检测机器人在国有了长足的发展，通过无线进行图像传输，从而完成视频监测的功能。对于安防小区的安防机器人这一领域，刚刚起步，机器人利用机器人携带的摄像装置，实现小区与周边环境的异常情况的检测与巡视，将检
14、测到的数据和图像信息经过无线传输系统发送到监控室；通过监控室监控设备接收、显示发回的数据和图像资料。小区安防机器人涉与的重要的关键技术如下所列：1、视觉检查：视觉检查是应用最为广泛的监控方法，采用高分别率CCD摄像机摄取目标图像，实时传输给监控人员，可以根据图像确定是否存在异常或利用计算机图像处理和人工复查相结合的方法判断是否存在异常的情况。实现这一过程的难点在于巡线机器人如何自主控制携带的摄像设备，捕捉特定兴趣目标，获取多视角、高清晰度目标图像。2、位置定位：实时确定巡线机器人在作业环境中所处的位置与故障点的位置，是巡线过程的又一重要任务。准确标识线路故障点的位置对于设备的检修、维护至关重要
15、。可以采用里程计进行定位，也可以借助于GPS进行定位。在视频检测和位置定位这两方面国外已经有了长足的发展，技术基本成熟，有成功的应用案例，对本项目提供了技术的支撑。1.3 客户需求 通过对小区安防监控机器人工作环境的分析和小区保安人员的工作进行科学的分析，对客户的需求进行梳理，归纳如下：一、用户对“小区安防监控机器人”的客户需求：1、在小区进行巡逻工作时，机器人能够从保安室出来，自主行走，进行路径规划。2、机器人在小区进行巡逻工作时，实时拍摄图像并传输给监控台，在视频监控界面进行显示，与时反馈给保安人员。3、机器人当发现自身的电位不足时，自主返回保安室，进行自主充电。4、当机器人偏离运动轨道时，监控人员可以指挥机器人进行被动运动，回归到正常的轨道。二、完成用于人机交互的“控制台”的客户需求：产品要求：1、操作界面友好；2、能够向机器人发送运动指令；3、能够向机器人发送“图像接收”指令；三、产品开发文档1、要求文档规。2、开发流程科学、严谨、详细。3、责任到人，模块分工明确。四、产品质量：1、产品操作方法简单。2、产品稳定性要高、速度要快。第二章 系统方案3.1 可行性分
