江家強(qiáng) 基于無線信號發(fā)送與接收技術(shù)的智能跟蹤狗申請書

序號： 編碼： 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽華南農(nóng)業(yè)大學(xué)選拔賽作品申報書作品名稱：基于無線信號發(fā)送與接收技術(shù)的智能跟蹤狗所在學(xué)院：工程學(xué)院 申報者姓名 （集體名稱）：工程實(shí)踐 類別：自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文哲學(xué)社會科學(xué)類社會調(diào)查報告和學(xué)術(shù)論文科技發(fā)明制作A類科技發(fā)明制作B類A2申報者情況（集體項目）說明：1.必須由申報者本人按要求填寫； 2.申報者代表必須是作者中學(xué)歷最高者，其余作者按學(xué)歷高低排列； 3.本表中的學(xué)籍管理部門簽章視為對申報者情況的確認(rèn)。申報者代表情況姓名江家強(qiáng)性別男出生年月1986.5學(xué)院工程學(xué)院系別、專業(yè)、年級06級電氣工程及其自動化學(xué)歷大學(xué)本科學(xué)制四年制入學(xué)時間2006.9作品名稱基于無線信號發(fā)送與接收技術(shù)的智能跟蹤狗畢業(yè)論文題目通訊地址華南農(nóng)業(yè)農(nóng)學(xué)華山宿舍6棟206郵政編碼510000辦公電住地通訊地址華南農(nóng)業(yè)農(nóng)學(xué)華山宿舍6棟206郵政編碼510000住宅電話其他作者情況姓 名性別年齡學(xué)歷所在單位林洪軍男20大學(xué)本科華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院趙業(yè)有男20大學(xué)本科華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院資格認(rèn)定學(xué)院學(xué)籍管理部門意見以上作者是否為2009年7月1日前正式注冊在校的全日制非成人教育、非在職的高等學(xué)校中國籍本科生、碩士研究生或博士研究生。是 否 （學(xué)院蓋章）年 月 日院、系負(fù)責(zé)人或?qū)熞庖姳咀髌肥欠駷檎n外學(xué)術(shù)科技或社會實(shí)踐活動成果。是 否負(fù)責(zé)人簽名：年 月 日B3申報作品情況（科技發(fā)明制作）說明：1必須由申報者本人填寫； 2本部分中的科研管理部門簽章視為對申報者所填內(nèi)容的確認(rèn)；3本表必須附有研究報告，并提供圖表、曲線、試驗數(shù)據(jù)、原理結(jié) 構(gòu)圖、外觀圖（照片）,也可附鑒定證書和應(yīng)用證書； 4作品分類請按照作品發(fā)明點(diǎn)或創(chuàng)新點(diǎn)所在類別填報。作品全稱基于無線信號發(fā)送與接收技術(shù)的智能跟蹤狗作品分類（ A）A機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技術(shù)（包括計算機(jī)、電信、通訊、電子等） C數(shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等） D生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健 康、衛(wèi)生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化 工、生態(tài)、環(huán)保等）作品設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點(diǎn)，技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)1 作品發(fā)明目的： 本作品基于簡單的無線信號發(fā)射與接收技術(shù)，配合上一些簡單機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)機(jī)器對信號源的準(zhǔn)確定位和跟蹤，可以廣泛應(yīng)用于日常生活，工廠產(chǎn)品分配工作，商場商品發(fā)送以及科研中。由于本作品實(shí)現(xiàn)了電機(jī)對信號源（假如人帶上信號源，電機(jī)跟蹤的目標(biāo)就變成人了）的隨時跟蹤，這就相當(dāng)于人的身邊多了一位幫忙“拉東西，提東西的忠實(shí)助手”，這就可以大大減少人的工作負(fù)擔(dān)，讓人工作，生活，旅行等雖然物質(zhì)很多，但也能輕松應(yīng)對，加上本產(chǎn)品設(shè)計簡單，零件價格便宜，易于操作，可以廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用。2 作品總體描述本作品是基于無線電磁信號的發(fā)送及接收技術(shù)的一項小發(fā)明,整個系統(tǒng)由五個部分組成,分別是信號接收系統(tǒng),信號發(fā)生器,電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng),報警系統(tǒng),電源檢測系統(tǒng).。2.1 整個系統(tǒng)的大體構(gòu)架如下所示： 2.2 各子塊組成元件及其簡略功能2.2.1信號發(fā)生器信號發(fā)生器是由一個電磁信號發(fā)生源和一個藍(lán)牙信號發(fā)生器組成，其功能主要是負(fù)責(zé)發(fā)出正常穩(wěn)定的電磁信號和藍(lán)牙信號，確保信號接收系統(tǒng)在接收到信號的情況下可以正確顯示出來。2.2.2 信號接收系統(tǒng)：信號接收系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心部分，在系統(tǒng)中居于CPU作用，主要由一個無線電測向機(jī)，一個藍(lán)牙接收器，一個TMS320LS2407A芯片和五個紅外傳感器，還有一個單片機(jī)組成，其功能是接收各方面的信號，并作出正確的指令。其中，無線電測向機(jī)接收電磁信號，判斷電磁信號的位置，給電磁信號定位，發(fā)出指令給電機(jī)驅(qū)動部分，讓其實(shí)現(xiàn)跟蹤。藍(lán)牙接收裝置接收藍(lán)牙信號，通過判斷藍(lán)牙信號的有無來決定接收部分是否超出信號發(fā)生裝置允許范圍，假如超出，處發(fā)出指令到報警系統(tǒng)，讓其報警。假如有障礙物（主要是生物）五個紅外傳感器可以接受到該物體的紅外，通過TMS320LS2407A芯片的處理轉(zhuǎn)為對電機(jī)轉(zhuǎn)向的功能，此功能主要由distbug算法實(shí)現(xiàn)。2.2.3電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動采用根據(jù)H橋結(jié)構(gòu)，應(yīng)用MOSFET驅(qū)動芯片IR2110自制的驅(qū)動電路。此電路是一個成熟的科研技術(shù)，接收到紅外傳感器的信號，經(jīng)過處理，可以實(shí)現(xiàn)避障功能。2.2.4報警系統(tǒng)報警系統(tǒng)是由若干個蜂鳴器組成。由于考慮到產(chǎn)品在跟蹤過程中因為客觀條件限制或者其他人為因素（例如他人趁主人不在意的盜竊行為），不可避免地出現(xiàn)系統(tǒng)離開信號源允許范圍（例如6m）的情況，為避免因為這樣而財產(chǎn)丟失，特定設(shè)計一個報警器。因為藍(lán)牙信號接收具有范圍限制，一般為5m6m，假如信號接收系統(tǒng)中藍(lán)牙接收不到信號，則說明系統(tǒng)已經(jīng)在信號源允許范圍內(nèi)，則報警系統(tǒng)發(fā)出報警信號，提醒主人尋找系統(tǒng)。2.2.5電源檢測系統(tǒng)由于也有一種情況是因為系統(tǒng)電力不足而導(dǎo)致跟不上，所以特意設(shè)置一個電源檢測系統(tǒng)隨時檢測電源電量，出現(xiàn)電量不足情況馬上發(fā)出更換電池的報警信號。2.3其中，五個部分協(xié)調(diào)工作時可以實(shí)現(xiàn)的整體功能有：信號發(fā)生器發(fā)出信號，信號接收系統(tǒng)通過接收信號的方向以及大小，判斷出信號源的距離和方向，對信號源進(jìn)行測距和定位，并通過單片機(jī)處理作出相應(yīng)指示到電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，指揮電機(jī)對信號源進(jìn)行跟蹤，為了避免信號接收系統(tǒng)距離信號發(fā)生器太遠(yuǎn)而造成丟失信號接收系統(tǒng)裝置，設(shè)定一個合理的距離，假如信號接收系統(tǒng)距離信號發(fā)生器超過這個距離，信號接收系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)指示到報警系統(tǒng)指揮其發(fā)出報警信號。另外，接收系統(tǒng)中還有五個紅外線接收傳感器，對整個系統(tǒng)前進(jìn)方向進(jìn)行障礙探測，如檢測到有障礙存在，則可以發(fā)出指令讓其實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，避免不必要的碰撞。同時，電源檢測系統(tǒng)會時刻檢查信號接收系統(tǒng)的電源電量，假如電量不足，報警系統(tǒng)也會發(fā)出更換電池的報警信號，避免因電源不足而造成信號接收系統(tǒng)跟不上信號發(fā)生器。五個分系統(tǒng)共同寫調(diào)工作，就可以信號接受系統(tǒng)對信號接收器的快速準(zhǔn)確跟蹤。3 設(shè)計基本思路3.1 整個系統(tǒng)工作流程圖如下： 是3.2 工作流程說明和功能實(shí)現(xiàn)技術(shù)方法：開啟信號發(fā)生裝置和信號接收系統(tǒng)的開關(guān)，信號發(fā)生裝置同時發(fā)出電磁信號和藍(lán)牙信號，其中電磁信號由一個PX-80C系列無線電測向信號源發(fā)出。信號接收系統(tǒng)中，藍(lán)牙接收器搜尋藍(lán)牙信號，如果能接收到，就說明離信號發(fā)生源在允許范圍內(nèi)（大約6m），電機(jī)繼續(xù)正常工作。假如接收不到，則說明已經(jīng)超出允許范圍，藍(lán)牙處于開啟而無信號的條件下，這時通過單片機(jī)處理向報警系統(tǒng)發(fā)出報警脈沖指令，命令報警系統(tǒng)報警。同時，無線電測向信號源發(fā)出的信號由與之對應(yīng)的無線電測向接收機(jī)接收，通過比較芯片的多方向比較，尋找最大信號源方向，實(shí)現(xiàn)對信號源的定位，當(dāng)確定找到信號源方向時，驅(qū)使電機(jī)按這個方向行走。另外，信號接收系統(tǒng)中的紅外傳感器每時每刻對電機(jī)前進(jìn)方向傳過來的紅外進(jìn)行探測和判斷，假如在前方一定距離內(nèi)有有障礙物，接收到較強(qiáng)的紅外線，則通過TMS32OLS2407A 芯片和E30S6-360光電旋轉(zhuǎn)編碼器的處理，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動電機(jī)繞過障礙物的功能。而電源檢測系統(tǒng)也會時刻檢測信號接收系統(tǒng)的電量，假如電量足夠，電機(jī)繼續(xù)前進(jìn)，假如電量不足，發(fā)出指令到報警系統(tǒng)讓其報警。最后，電機(jī)在所有允許運(yùn)行的條件都滿足的情況下，實(shí)現(xiàn)對信號源的快速，精確跟蹤。4 創(chuàng)新點(diǎn)本產(chǎn)品與一般的定位跟蹤系統(tǒng)有很多區(qū)別和改造： 首先，本產(chǎn)品制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，才來均來自現(xiàn)成，不需要太多的高端科研技術(shù)卻可以實(shí)現(xiàn)先對齊全的功能。在整個系統(tǒng)里設(shè)有電源報警及距離報警，完善了整個系統(tǒng)的人性化操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器與人的一種必要溝通，保護(hù)主人利益不受侵害，更加貼近生活。而在總體設(shè)計方面，增加了系統(tǒng)一個繞障功能，避免不必要的碰撞和麻煩，使到系統(tǒng)更加智能化，無需人為地控制。5 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) 本作品技術(shù)關(guān)鍵有兩處：5.1 如何實(shí)現(xiàn)對信號源的準(zhǔn)確定位 經(jīng)過老師的耐心指導(dǎo)和我們隊員的長時間討論分析，我們總結(jié)出有三種方案可實(shí)現(xiàn)對信號源的定位，三種方案各有優(yōu)劣，最終我們確定一個正選方案和兩個后備方案，現(xiàn)分析如下： 方案一：利用現(xiàn)成的無線電測向機(jī)發(fā)射與接收模塊，價格便宜，操作簡單，而且測量準(zhǔn)確，只要能將接收系統(tǒng)準(zhǔn)確接入電路，就能實(shí)現(xiàn)接收功能，然后根據(jù)發(fā)生諧振的方向就是信號最強(qiáng)的方向的特點(diǎn)，就能準(zhǔn)確定位出信號源的位置了。本設(shè)計唯一的不足就是發(fā)射裝置和接收裝置體積相對大了點(diǎn)，（和對講機(jī)體積相當(dāng)），攜帶有點(diǎn)不方便。發(fā)射模塊技術(shù)指標(biāo)如下：1發(fā)射頻率：在3500-3600KHz內(nèi)選定 2、頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于5010-6 3、輸出功率：0.7W 4、整機(jī)效率：約30%5、電源：DC9V電路結(jié)構(gòu)圖如下所示電路結(jié)構(gòu)功能如下：為磁棒天線，為拉桿天線，為單、雙向轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于判斷信號源方向，及外圍電路組成高頻放大器，將天線接收的信號放大后由耦合輸出。、及組成可調(diào)式變形電容三點(diǎn)式振蕩器，調(diào)節(jié)可改變變?nèi)荻O管反偏電壓，從而改變該管電容量使振蕩頻率發(fā)生變化。穩(wěn)壓管用于消除因電池電壓下降造成振蕩頻率不穩(wěn)。振蕩信號與輸出的高頻信號疊加，再由二極管混頻產(chǎn)生差拍信號，經(jīng)檢波和低通濾波后產(chǎn)生的音頻信號由、組成的低頻功放電路放大，這里起到混頻和檢波雙重作用。工作點(diǎn)的檢查：穩(wěn)壓管可取的，當(dāng)置于增益最大時兩端電壓約為（約），兩端電壓約，兩端電壓約。 當(dāng)產(chǎn)生諧振信號時，信號接收器所對方向就是信號源方向。 由于方案一操作簡單，價格便宜，測量準(zhǔn)確，被我們確定為首選方案。方案二： 利用磁場作為信號源，線性霍爾集成傳感器作為接收器，并通過對線性霍爾集成傳感器進(jìn)行一定的位置安排，達(dá)到定位功能。線性霍爾集成傳感器將霍爾器件，放大電路，電壓調(diào)整，電流放大輸出級，失調(diào)調(diào)整和線性度調(diào)整等部分集成在一塊芯片上，其特點(diǎn)是輸出點(diǎn)隨外磁場感應(yīng)強(qiáng)度B顯線性變化。它分為單輸出端和雙輸出端。如果將硅平面工藝技術(shù)將差分放大器，施密特觸發(fā)器及霍爾元件集成在一起，可以大大提高傳感器靈敏度， 線性霍爾集成傳感器的電路圖如下所示：芯片SL3501M外型與接口如下： 至于如何安排接收器的位置，又有兩種排列方法，現(xiàn)比較如下排列方法一：將六塊傳感器排列成正六邊形，每條邊都有一塊，結(jié)構(gòu)如下圖所示： 線性霍爾集成傳感器是怎樣感應(yīng)到磁場的大小的會有兩種情況，情況一：信號源不在相鄰兩傳感器形成的夾角的角平分線上，如下圖所示： 這樣，六塊傳感器中只有一塊接收到的磁場信號是最強(qiáng)的,而這一塊正是正對著信號源的那一塊傳感器，如圖中的傳感器A，所以顯示出來相應(yīng)的電壓值也就是最大的，這時，只要通過幾塊74HC85芯片對六塊傳感器相應(yīng)顯示出來的電壓值作比較，就能找出這塊芯片，也就找出了信號源方向，再發(fā)出指令到電機(jī)，命令其跟蹤A的方向，就能實(shí)現(xiàn)定位跟蹤功能了。情況二：信號源剛好在相鄰兩傳感器形成的夾角的角平分線上，如下圖所示：傳感器A信號源 。. 傳感器B這時，就有兩塊傳感器（如圖上的傳感器A和B）接收到的信號強(qiáng)弱是一樣的，并且比其他四塊都要強(qiáng)，通過74HC85芯片的比較出來，有兩個相同的數(shù)值，這時，只要通過編程，要求相同數(shù)值時，電機(jī)的運(yùn)動方向就是這兩塊傳感器的對角線，只要信號源保持在對角線上，也能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)定位跟蹤，當(dāng)信號源開始偏離對角線時，這是又回到情況一的解決方法上。這種排列方式在理論上可以實(shí)現(xiàn)得很完美，但因為現(xiàn)實(shí)中，傳感器的靈敏度可能達(dá)不到理論上那樣精細(xì)，所以，這種排列方式之作后備之選。 排列方法二 這種方法的基本構(gòu)思是將線性霍爾傳感器貼在一個可旋轉(zhuǎn)的小型圓柱形旋轉(zhuǎn)器表面上，這旋轉(zhuǎn)器在旋轉(zhuǎn)的同時帶動一個可調(diào)電位器，機(jī)器外表結(jié)構(gòu)大體如下所示： 僅一塊傳感器 變阻器 圓柱形旋轉(zhuǎn)器上緊貼有一塊線性霍爾集成傳感器，因為線性霍爾集成傳感器對磁場非常敏感，會對磁場最強(qiáng)的方向產(chǎn)生效應(yīng)，便會產(chǎn)生力矩調(diào)整傳感器位置，使其正對著信號方向，力矩對圓柱體產(chǎn)生驅(qū)動作用，而圓柱體旋轉(zhuǎn)過程中拉動變壓器左右滑動，設(shè)定滑動角度與電阻阻值成正比，則可以使變阻器具有記憶功能。例如設(shè)傳感器原來位置為0度，電阻值相應(yīng)為0歐，當(dāng)旋轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)過順時針90度時，電阻值相應(yīng)向右滑動一定距離，使阻值變?yōu)?0歐；當(dāng)旋轉(zhuǎn)器逆時針旋轉(zhuǎn)90度時，變阻器向左滑一定距離，使阻值變回0歐。這樣便實(shí)現(xiàn)了記憶功能，可以發(fā)出更準(zhǔn)確的指令給電機(jī)，讓其實(shí)現(xiàn)跟蹤。兩種排列方式各有優(yōu)劣，因為方法一中 六塊傳感器很難實(shí)現(xiàn)精確測量，如果實(shí)現(xiàn)的條件下可以方便比較，方法二中避免了誤差比較問題，但很難實(shí)現(xiàn)傳感器對信號的跟蹤。但兩者比較，方法二可以實(shí)現(xiàn)得更加好，最終我們選用了排列方式二。 但是，對于方案二而言，由于霍爾傳感器的信號源是磁場，沒有固定頻率，不能達(dá)到一對一跟蹤，而且，在生活中常有磁場干擾，在工廠中尤其嚴(yán)重，雖然這種方法相比較方案一而言價格會便宜很多，但總體考慮，還是將其作為后備方案。方案三 用超聲波作為信號源，超聲波傳感器作為接收接收系統(tǒng)，并且經(jīng)過合理的位置安排，也能實(shí)現(xiàn)在一定程度上對信號源的定位功能。由于超聲波是一種高頻率聲波，具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，但是，因為超聲波的波長很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，一般遇到障礙物就會被反射回來，而在本設(shè)計中，顯然是不太合實(shí)際的，再多障礙物的地方，跟蹤就跟不上了。但，在沒有障礙物的地方，本方案也達(dá)到相當(dāng)高的跟蹤水平。而且，第三方案設(shè)計起來是最便宜的，所以，也將本方案作為第二后備方案。 至于位置上的安排，也就是對應(yīng)方案二中的兩種排序方法，最終選用排列方法二。綜上所述，經(jīng)過詳細(xì)比較，我們決定對于實(shí)現(xiàn)對信號源的跟蹤技術(shù)這個問題，采用利用現(xiàn)成的無線電測向機(jī)發(fā)射與接收模塊。5.2 如何實(shí)現(xiàn)遇障礙拐彎技術(shù)“ 智能路徑規(guī)劃算法的移動機(jī)器人”是一門獨(dú)立的課題，但經(jīng)過改造，也適用于我們這個設(shè)計。實(shí)現(xiàn)移動部分功能的底盤俯視圖如下圖所示，通過調(diào)節(jié)電機(jī)部分2個主動輪的速度變化改變運(yùn)動軌跡，當(dāng)V左=V右,時，電機(jī)驅(qū)動直線前進(jìn)；當(dāng)V左V右時，電機(jī)向右運(yùn)動。兩個從動輪能準(zhǔn)確地返回電機(jī)的運(yùn)動距離。采用這種主從設(shè)計，而沒有采用編碼器和主動輪同軸的方式，是為了防止電機(jī)在受到意外碰撞或者電機(jī)加速度太大造成的主動輪空轉(zhuǎn)但位置卻沒有改變的現(xiàn)象。因為從動輪反映的就是電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行軌跡，所以，能夠作為作為機(jī)器人位置和瞬時速度的反饋信號。紅外傳感器能檢測一定距離內(nèi)是否有障礙物，用于電機(jī)局部避障的輸入信號。 電機(jī)的控制系統(tǒng)如下圖所示 ： 處理器采用TMS320LS2407的16位DSP芯片，因其采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，降低了控制的功耗。另外，編碼器采用Autonix的E30S360光電旋轉(zhuǎn)編碼器。電機(jī)驅(qū)動采用根據(jù)H橋結(jié)構(gòu)，應(yīng)用MOSFET驅(qū)動芯片IR2110自制的驅(qū)動電路。輸入信號包括1方位控制信號（0為正轉(zhuǎn)，1為反轉(zhuǎn)）和一個通道的PWM控制信號，可以有效調(diào)節(jié)點(diǎn)機(jī)的頻率和速度。電機(jī)的驅(qū)動電路圖如下所示：紅外傳感器的檢測距離距離可以達(dá)到01m的范圍內(nèi)可調(diào)，輸出的數(shù)字信號經(jīng)光耦濾波后輸入給處理器。TMS320LS2407芯片根據(jù)紅外傳感器陣列檢測到的信號采取相應(yīng)的避讓措施。前側(cè)的紅外傳感器陣列的實(shí)時信息，根據(jù)Distbug算反實(shí)現(xiàn)電機(jī)局部避障能力。作品的科學(xué)性先進(jìn)性（必須說明與現(xiàn)有技術(shù)相比、該作品是否具有突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。請?zhí)峁┘夹g(shù)性分析說明和參考文獻(xiàn)資料）1與現(xiàn)有技術(shù)的相比11發(fā)射與接收系統(tǒng)11 1無線電波發(fā)射與接收經(jīng)過討論，我們小組最終采用了基于無線電波技術(shù)制成的發(fā)射與接收系統(tǒng)，而我們的發(fā)射與接收系統(tǒng)，信號源主要由一個電磁信號發(fā)生源和一個藍(lán)牙信號發(fā)生器組成，接收主要就由一個無線電測向機(jī)和一個藍(lán)牙接收器組成，這幾個就構(gòu)成我們作品信號的發(fā)射與接收系統(tǒng)。下圖為電磁信號發(fā)射與接收的裝置： 無線電波的發(fā)射與接收系統(tǒng)該裝置在原理上比一般的機(jī)器人的發(fā)射與接收系統(tǒng)為簡單，是市場上普遍存在、現(xiàn)成的裝置，所以在制作比較簡單，而且該裝置不屬于高端的產(chǎn)品，所以整體成本上比市場上部分的發(fā)射與接收系統(tǒng)低。而現(xiàn)在某些機(jī)器人采用紅外線傳感器或其它的一些元件來組成機(jī)器人的發(fā)射與接收系統(tǒng)，例如現(xiàn)在的自動追蹤紅外線源的機(jī)器人，主要由三部分組成：紅外線感應(yīng)接收部分、微處理器和電機(jī)驅(qū)動部分。結(jié)構(gòu)框圖見圖1各部分的功能：紅外線感應(yīng)接收部分檢測載波頻率為38kHz的紅外線發(fā)射波；微處理器負(fù)責(zé)處理傳感器輸入的信號，并為電機(jī)驅(qū)動部分提供相應(yīng)的方向控制信號；電機(jī)驅(qū)動部分步進(jìn)電機(jī)使用權(quán)電器人按照相應(yīng)的指令的方向前進(jìn)。 如上圖，紅外線感應(yīng)部分主要由紅外線傳感器組成，整個功能也可以實(shí)現(xiàn)跟蹤功能，但因紅外線在電磁波譜中，波長介于紅光和微波間，波長在0.773微米為近紅外區(qū)；330微米為中紅外區(qū)；301000微米為遠(yuǎn)紅外區(qū)。所以紅外線的波長很短，通常的障礙物的尺寸要比紅外線的波長大好多，因此紅外線的衍射本領(lǐng)很差，一般遇到障礙物就會被反射回來，而且紅外線的的傳輸距離短，只沿直線傳輸，在發(fā)射與接收中實(shí)現(xiàn)的是點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸,在整個發(fā)射與接收系統(tǒng)里存在一定的不足。而相對于我們的作品，我們采用無線電波來實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的信號的發(fā)射與接收，而我們發(fā)射置的發(fā)射頻率：在3500-3600KHz內(nèi)選定 ，頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于5010-6 ，無線電波在傳輸過程中，是依靠電場和磁場的相互激發(fā)來實(shí)現(xiàn)一種信號的傳輸，傳輸過程不受傳播介質(zhì)的限制，而且電磁波的傳播是四周各個方向進(jìn)行傳播的，在跟蹤狗與信號在人群密集的場所時，無線電波的傳播能夠很好地繞過人群，實(shí)現(xiàn)信號的接收，而且信號源發(fā)送一種頻率的信號，無線電測向機(jī)則會接收同種頻率的電波，實(shí)現(xiàn)了對信號源的一種識別，不會令到自動跟蹤跟蹤狗出現(xiàn)跟錯人的現(xiàn)象。而我們的發(fā)射與接收裝置的傳播距離比較長，可達(dá)幾十米。而我們的無線電測向機(jī)整機(jī)設(shè)計緊湊，性能穩(wěn)定，對信號發(fā)射的信號具有較高的靈敏度，測量的誤差較小。所以相對于紅外線傳感器做成的發(fā)射與接收系統(tǒng)，我們的作品的發(fā)射與接收系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢。112 藍(lán)牙信號的發(fā)射與接收在跟蹤狗里安裝藍(lán)牙的發(fā)射與接收裝置，不僅實(shí)現(xiàn)跟蹤狗與信號源之間距離的測量，而且利用藍(lán)牙接收距離受限的特點(diǎn)，并與報警系統(tǒng)相結(jié)合，當(dāng)跟蹤狗與信號源的距離超過藍(lán)牙允許接收的距離時，報警系統(tǒng)就發(fā)出警報提醒物主，有了這個裝置，使到整個跟蹤狗相比于現(xiàn)有的一部分機(jī)器人更趨向人性化，更好地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)與人的信息溝通。與我們作品相比，現(xiàn)有的一部分采用紅外線與超聲波來測距的機(jī)器人，由紅外線與超聲波自身的波長比較短，不易發(fā)生衍射，所以在傳輸過程遇到障礙物不會繞過障礙物，而被反射回來，而且藍(lán)牙比起以往的紅外線的傳輸技術(shù)，只要在有效的范圍內(nèi)，可以穿透不同的物質(zhì)，不同限度地進(jìn)行設(shè)備間的互聯(lián)，方便性大大增強(qiáng)，而且很省電，對人體危害更小。12 拐彎繞障方面 拐彎繞障技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)了跟蹤狗自動檢測出它前面的障礙物并能順利繞過障礙物的功能，體現(xiàn)自動跟蹤跟蹤狗一個智能化的特點(diǎn)。對比于前面所述的自動跟蹤紅外線源的機(jī)器人，在其左、中、右三個方向放置傳感器以檢測紅外線發(fā)射源的位置，并通過單片機(jī)與三個傳感器的輸出相連，通過單片機(jī)的編程實(shí)其的左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)和直行，但由于紅外線的沿直線傳播的特性，所以當(dāng)該機(jī)器人遇到障礙物或拐彎時，其就法無法追蹤紅外線源，而停止行動。而其他的一些的機(jī)器人只能實(shí)現(xiàn)直線行走，不能拐彎，如果其能實(shí)現(xiàn)拐彎功能，但也是無法檢測出前面是否有障礙物，萬一遇到障礙物就無法繞過障礙物繼續(xù)前行。而我們的自動跟蹤跟蹤狗，在拐彎繞障方面，功能比較完善，跟蹤狗通紅外傳感陣列能檢測一定距離內(nèi)是否有障礙物，用于電機(jī)局部避障的輸入信號，通過前面所述的繞障技術(shù)順利繞過障礙物，繼續(xù)追蹤信號源。而且跟蹤狗是通過輪子來行駛，可以實(shí)現(xiàn)很好的轉(zhuǎn)彎功能。以下為自動跟隨蹤跟蹤狗的底板組成圖： 13 電源檢測系統(tǒng)與報警系統(tǒng) 在現(xiàn)階段里，一般的機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)行走，拐彎，跟蹤等功能，但電源檢測系統(tǒng)與報警系統(tǒng)很少設(shè)計到機(jī)器人里面。但我們考慮到跟蹤狗在行駛過程中出現(xiàn)電量不足而無法前行或距離信號源太遠(yuǎn)這兩點(diǎn)，所以在跟蹤狗里面我們了增設(shè)電源檢測系統(tǒng)與報警系統(tǒng)，比其他的機(jī)器人在功能上更加完善，更加齊備，使到成個系統(tǒng)能有條不紊完成所有的功能。14 總體比較 與其他的機(jī)器人相比，在成本上，我們所使用的元件不多而成本都是比較低，這些元件在市場上都很能容易購買，所以跟蹤狗的實(shí)現(xiàn)成本不高，而且容易實(shí)現(xiàn)。在技術(shù)上，總體的功能比較齊全，而且比一般的機(jī)器人增加了電源檢測系統(tǒng)與報警系統(tǒng)，從信號源的接收，到繞障，再到跟蹤信號源的整個過程，跟蹤狗可以實(shí)現(xiàn)很好跟蹤功能，跟蹤過程可以對信號進(jìn)行跟蹤定位，檢測避開障礙物，脫離距離過大和電源報警等功能，這些使我們的作品比一般的機(jī)器人具有更加完善和齊全的功能。2.1技術(shù)特點(diǎn)：我們的作品能準(zhǔn)確對信號源進(jìn)行定位，并能自動對其跟蹤。當(dāng)而且信號如果持續(xù)不斷地發(fā)射信號，則整個系統(tǒng)將會通過發(fā)射與接收裝置對信號進(jìn)行信號追蹤，并能通過電機(jī)向信號源前進(jìn)追蹤信號，向前跟著信號一起運(yùn)動，并能與信號源保持一定的距離，對信號源進(jìn)行信號的跟蹤，在系統(tǒng)整個運(yùn)作過程都是由由系統(tǒng)自運(yùn)操控，包括遇到障礙物，超過允許范圍時的處理方法，都是由系統(tǒng)自身去完成，可以概括地說我們技術(shù)特點(diǎn)是智能化的，人性化的。3 顯著進(jìn)步：我們的作品成個系統(tǒng)的制作都采用價格比較便宜的元件，所以總體成本都比較低。而且在功能比較齊全和完善，是一個低成本，多功能的裝置。相比于一般的機(jī)器人，我們的作品除了能夠直走和拐彎，還可以自動對信號源進(jìn)行跟蹤，而且在運(yùn)行的過程中，系統(tǒng)能檢測面前出現(xiàn)了障礙物，能夠選一條很好的路徑繞過障礙物，繼續(xù)追蹤信號。這比一般的機(jī)器人只能直走，或不能拐彎，或與障礙物發(fā)生碰撞，我們的自動跟蹤電子在這些問題上作了很大改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)我們的電子能對信號源自動跟蹤，并能在行駛過程中順利繞過障礙物。而且我們增設(shè)了電源檢測系統(tǒng)與報警系統(tǒng)，使到整個作品設(shè)計得更加人性化。而在我們的發(fā)射與接收系裝置里，我們采取一些簡單的裝置：一個電磁信號發(fā)生源發(fā)生源與無線電測向機(jī)組成，在這個系統(tǒng)的構(gòu)造和布局上都是以比較簡便的方式來實(shí)現(xiàn)，使到成個系統(tǒng)的總成本降低。4.參考文獻(xiàn)【1】 電磁場與微波技術(shù)（第二版） 李緒益【2】電磁場與電磁波（第二版） 王家禮 朱滿座 路宏敏【3】 基于多傳感信息融合的移動機(jī)器人路徑規(guī)劃 李瑞峰 李偉招【4】 基于群集智能算法的移動機(jī)器人路徑規(guī)劃 袁楊 陳雄【5】 傳感器與微系統(tǒng) 2008年第27卷第九期【6】 傳感技術(shù) 李春茂作品在何時、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的評審、鑒定、評比、展示等活動中獲獎及鑒定結(jié)果作品所處階 段（ ）A實(shí)驗室階段 B中試階段 C生產(chǎn)階段D （自填）技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式作品可展示的形 式 實(shí)物、產(chǎn)品 模型 圖紙 磁盤 現(xiàn)場演示圖片 錄像 樣品使用說明及該作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢，提供該作品的適應(yīng)范圍、推廣前景的技術(shù)性說明、市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測1 使用說明：本作品有兩個裝置：手持式的發(fā)生裝置和跟蹤主體。 本作品使用簡單，打開發(fā)生裝置和跟蹤狗的開關(guān)電源：系統(tǒng)就迅速運(yùn)行，掃描裝置（在跟蹤狗的內(nèi)部）就立刻掃描發(fā)射裝置的位置，然后自動調(diào)節(jié)跟蹤狗的方向（面向放射裝置），再調(diào)節(jié)與發(fā)射裝置的驅(qū)離（設(shè)定為一米）。完成以上的動作后，跟蹤狗就會自動跟蹤發(fā)射裝置。2.1作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢本作品最大技術(shù)特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)自動跟蹤發(fā)射裝置，實(shí)現(xiàn)無線定位和測距，并且能繞過障礙物。 1 采用的是無線電測向機(jī)發(fā)射與接收模塊來進(jìn)行的信號的準(zhǔn)確定位和測距。通過無線電作為我們的發(fā)射與接收系統(tǒng)，與平時的發(fā)射與接收系統(tǒng)有點(diǎn)區(qū)別，在構(gòu)造上，原理上都比較簡便，不需要高端的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，具有很大的可行性。而信號通過無線電測向機(jī)發(fā)射模塊，可實(shí)現(xiàn)較大范圍的信號傳輸，而且在傳輸上，無線電波的衍射能力比一般的波要好，可以很好地繞過障礙物，準(zhǔn)確地被接收模塊接收180度的轉(zhuǎn)向；2 繞過障礙物的功能：信號接收系統(tǒng)中的紅外傳感器每時每刻對電機(jī)前進(jìn)方向傳過來的紅外進(jìn)行探測和判斷，假如在前方一定距離內(nèi)有有障礙物，接收到較強(qiáng)的紅外線，則通過TMS32OLS2407A 芯片和E30S6-360光電旋轉(zhuǎn)編碼器的處理，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動電機(jī)繞過障礙物的功能。3 超出預(yù)定距離警報（設(shè)定六米）：信號接收系統(tǒng)中，藍(lán)牙接收器搜尋藍(lán)牙信號，如果能接收到，就說明離信號發(fā)生源在允許范圍內(nèi)（大約6m），電機(jī)繼續(xù)正常工作。假如接收不到，則說明已經(jīng)超出允許范圍，藍(lán)牙處于開啟而無信號的條件下，這時通過單片機(jī)處理向報警系統(tǒng)發(fā)出報警脈沖指令，命令報警系統(tǒng)報警。4 電源電量判別：當(dāng)電源的電量少于系統(tǒng)的工作的電量的時候就發(fā)出警報，提示充電！3市場分析：1 隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人已經(jīng)走進(jìn)我們的生活，成為人們休閑娛樂的伙伴。然而你經(jīng)常會遇到這樣的情況：當(dāng)你希望同機(jī)器人進(jìn)行交流的時候，它卻可能不在你的身邊。如果有那么一種機(jī)器人，可以主動地跟隨主人的運(yùn)動，你走到哪里，它會跟你到哪里，那將是一件非常美好的事情。電子跟蹤機(jī)器狗的開發(fā)是基于整套的傳感器系統(tǒng)，它可以實(shí)時獲取目標(biāo)人物的位置，并實(shí)現(xiàn)自動跟蹤。自動跟蹤跟蹤狗有著非常廣闊的應(yīng)用空間，行李運(yùn)輸就是其中一個潛在的發(fā)展領(lǐng)域：它可以在機(jī)場幫助乘客運(yùn)輸行李，能按照乘客行走的路線，在同一時間將行李運(yùn)送到乘客到達(dá)的位置，也可以商場商品發(fā)送，工廠產(chǎn)品分配工作等等。而基于無線信號傳感器的自動跟蹤跟蹤狗，制作所需的元件成本比較低，而且制作簡單，所以一個這樣的系統(tǒng)總成本都比較低，而且我們的作品在功能上比較完善，而且實(shí)現(xiàn)的功能強(qiáng)大，可以應(yīng)用到生活，工業(yè)等多個領(lǐng)域，應(yīng)用范圍廣，具有很大的發(fā)展法潛力，所以相比一些比較高端的電子產(chǎn)品更能獲取更多的利潤。2 本作品具有便攜的特點(diǎn)，無論是大人，小孩或老人都適用。在當(dāng)今繁忙都的社會，設(shè)計方便人們的生活的產(chǎn)品是更加能適應(yīng)這社會的發(fā)展。在生活上，我們難免會遇到有攜帶文件在辦公樓里走來走去，一兩份就沒什么，但你需要一次搬運(yùn)十來斤的文件，或者有搬運(yùn)好幾次的話。那對誰來說也很辛苦。對于要在街道上派發(fā)傳單的人來說，對于經(jīng)常忘記拿東西的人，如果能有一臺貼心的跟蹤狗跟著你走來走去，這能提高效率，減輕人的負(fù)擔(dān)。3 在餐廳，酒店等服務(wù)性場所，借助自動跟蹤箱的“運(yùn)輸”，把點(diǎn)心、佳肴、小吃送到客人那里。不僅體現(xiàn)本店的服務(wù)水平，更能給人一種享受高檔生活的感覺！在列車，飛機(jī)，一樣可以應(yīng)用到。4經(jīng)濟(jì)效益：本作品設(shè)計簡單，零件價格便宜，易于操作，可以廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用。同比其他相似的產(chǎn)品，本作品的成本相對來言比較便宜，并且本作品集電子產(chǎn)品的跟蹤狗優(yōu)點(diǎn)于一身，將其改造并與其他技術(shù)融合。發(fā)展為可以應(yīng)用在工廠(電子工廠的工人在檢測產(chǎn)品時，用本作品攜帶工具，做到去到哪就檢測到哪)，醫(yī)院（護(hù)士使用本作品可以代替手推車來送醫(yī)藥品，為護(hù)士們減輕負(fù)擔(dān)，提高她們的辦事效率）。除了以上所說之外，本作品可以適當(dāng)修改輸出功率，可以應(yīng)用在小范圍的運(yùn)輸大質(zhì)量物品。應(yīng)用本作品的核心技術(shù)，可以將使用范圍擴(kuò)展，提高經(jīng)濟(jì)效率。專利申報情況提出專利申報 申報號 申報日期 年 月 日已獲專利權(quán)批準(zhǔn) 批準(zhǔn)號 批準(zhǔn)日期 年 月 日 未提出專利申請科研管理部門簽 章 年 月 日C.當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述說明：1.申報者可根據(jù)作品類別和情況填寫； 2.填寫此欄有助于評審。自動目標(biāo)識別與跟蹤的目的就是要在視頻序列的連續(xù)圖像幀之間建立有關(guān)特征的對應(yīng)匹配，獲取關(guān)于位置、速度、形狀、紋理或色彩等的連續(xù)信息。這些被跟蹤匹配的特征可以是點(diǎn)、線、圖像塊、輪廓以及3D特征元等。人體運(yùn)動跟蹤也就是要建立圖像序列中人體的這些特征之間的對應(yīng)關(guān)系。己有的人體運(yùn)動跟蹤研究可分為跟蹤頭、手、腿等身體各部分的運(yùn)動和跟蹤整個人體的運(yùn)動等。就所跟蹤視頻的來源而言，有對應(yīng)于單個攝像機(jī)獲取的單目視頻和對應(yīng)于多個攝像機(jī)同步獲取的多目視頻中的人體跟蹤，與此相應(yīng)的有二維跟蹤和三維跟蹤方法。在機(jī)器視覺領(lǐng)域，對于自動目標(biāo)識別 (ATR:AotomaticJ么rget價cogni-tion)技術(shù)，國內(nèi)外有很多機(jī)構(gòu)在研究，國外如:1997年美國國防高級研究項目署 (DefenseAdvaneedResearehprojeetsAgeney)設(shè)立的以卡內(nèi)基梅隆大學(xué) (CarnegieMellonUniversity)為首、麻省理工學(xué)院等高校參與的重大視覺監(jiān)控項目 VSAM(VISualSurveilianceAndMonitorins)ls，主要研究用于戰(zhàn)場及普通民用場景進(jìn)行監(jiān)控的自動視頻理解技術(shù)，其研究開發(fā)了“實(shí)時視頻中動目標(biāo)識別分類與跟蹤系統(tǒng)” (MovingThrgete一。i且 eationand腸 ackingfrom取 alTimevideo)，可以對視頻中的目標(biāo)實(shí)時監(jiān)控及跟蹤，并識別兩種目標(biāo):人和汽車;實(shí)時視覺監(jiān)控系統(tǒng)W4叫不僅能夠定位人和分割出人的身體部分，而且通過建立外觀模型來實(shí)現(xiàn)多人的跟蹤，并可以檢測人是否攜帶物體等簡單行為;IBM與Mierosoft等公司也正逐步將基于視覺的手勢識別接口應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域中;在民用方面，2007年日本羅