智能巡防機器人設(shè)計報告[共22頁]

1、智能巡防機器人 Smart Guard Robot第十一屆“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式設(shè)計大賽作品設(shè)計報告智能巡防機器人Smart Guard Robot設(shè)計報告隊伍編號： 參賽學校： 作 者： 指導教師： 組 別：碩士組 本科組 高職組 摘 要本項目的智能安防機器人，它是新一代的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)智能安防設(shè)備，由S5PV210構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)并作為任務分配核心再輔以ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測環(huán)境，一旦某個節(jié)點有異常（氣體、入侵等）出現(xiàn)后會立即激活紅外裝置,發(fā)出定位信號提供給自主研發(fā)的紅外定位系統(tǒng)進行定位；在趕往異常節(jié)點附近的同時，還會要求控制臺查看安防機器人實時回傳的視頻；控制臺會顯示傳感器收集到的信息，并

2、可對視頻采集系統(tǒng)的云臺角度進行調(diào)整;安防機器人使用STM32作為運動控制器，使得其具有良好的移動性能，能讓用戶獲得最大視角；通過終端可以手動操縱安防機器人運動；安防機器人在使用的時候會伴有語音提示，提高用戶體驗。機器人設(shè)計很美觀，能很好的融入到使用者的環(huán)境，時刻保護使用者的安全。相信借助未來的市場需求，本項目能夠盡善盡美！關(guān)鍵詞： 智能安防設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、紅外定位系統(tǒng)AbstractOur smart guard robot,it is a new generation of network interconnection intelligent security equipme

3、nt,it consists of S5PV210,assist to wireless sensor network to monitor the environment,once a node has an exception(such as gas、intrude and so on)show up,it will immediately activate the infrared device，to provide positioning signal to independent research and development; At the same time,request t

4、he console view real-time video comes back and display receive message and control holder.smart guard robot use STM32 to control movement.we can through the terminal control smart guard robot finish job;The robot has voice prompt when you operation.The robot design is very beautiful,we believe that

5、can quickly into the users environment to protect user safe.We believe with the help of the future market demand,our smart guard robot will be perfect！Key words: Smart Guard Robot、Network Interconnection、Wireless Sensor Network、Infrared Positioning System第1章 緒 論11.1背景11.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3研究意義2第2章 系統(tǒng)方案22.1

6、 主控芯片32.2 視頻傳輸52.3 電源部分62.4 室內(nèi)定位6第3章 功能與指標73.1 智能巡防機器人實現(xiàn)功能73.2 智能巡防機器人功能指標7第4章 實現(xiàn)原理84.1 Linux實現(xiàn)84.1.1 使用Linux構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)服務器84.1.2 使用Linux進行任務分配84.2 Android終端實現(xiàn)94.2.1 Android終端人機交互實現(xiàn)94.2.2 Android終端與Linux的網(wǎng)絡(luò)通訊Socket114.2.3 Android終端對于H.264解碼124.4 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)124.5 巡防機器人基于室內(nèi)定位的智能路徑實現(xiàn)134.6 多路隔離電源的實現(xiàn)15第5章 硬件

7、框圖165.1 S5PV210硬件框圖165.2 STM32F4硬件框圖17圖5-2 STM32F4硬件框圖175.3 ZigBee硬件框圖175.4 STC15F2K61S2硬件框圖18第6章 創(chuàng) 新18結(jié) 論19參考文獻19第1章 緒 論1.1背景近年來，安防設(shè)備的覆蓋率呈指數(shù)形式暴增，覆蓋從家庭、住宅區(qū)、商鋪到銀行、學校、火車站再到工業(yè)廠區(qū)、倉庫、變電站等等場景，然而，安防領(lǐng)域是國內(nèi)才興起的，驚人的覆蓋率足以讓我們悉知安防設(shè)備的前景是多么的廣闊！不僅如此，北美作為全世界最大的安防市場，目前也體現(xiàn)出了需求量大，競爭激烈的場面；南美、東盟國家同樣也顯現(xiàn)出了安防市場的增速飛快的趨勢，同時南美國

8、家還需要大量依賴進口。就以上信息指引我們看到了這個廣闊的市場，但是隨著 研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)的安防設(shè)備都是固定式、機械式的，不具備移動的能力，要想實現(xiàn)無死角監(jiān)控就必須安放多個攝像頭針對不同的區(qū)域工作，如此一來，成本高昂、布置復雜、智能化程度低；傳統(tǒng)的攝像頭外觀要是在家庭中或者工作環(huán)境中布置的話，會顯得比較突兀，令人不自在，暴露個人隱私。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前國內(nèi)外安防設(shè)備的研發(fā)還是集中于固定的IP攝像頭，也會有一些衍生產(chǎn)品，如：智能門鎖、智能煙感等等，并沒有一個能夠整合功能，移動的安防設(shè)備，為什么移動的安防設(shè)備難做呢？本項目組認為：室內(nèi)定位是頭等問題！傳統(tǒng)的室內(nèi)定位是利用無線設(shè)備的信號

9、強度進行定位，但是這樣的做法是有較大弊端的，譬如：所處環(huán)境復雜，含有多種信號干擾，信號過墻的衰減等等因素，導致了無線室內(nèi)定位還是不能夠解決問題，故目前大部分安防市場還是在研發(fā)固定的網(wǎng)絡(luò)安防設(shè)備。國外具有代表性的安防機器人：由荷蘭Amaryllo公司最近推出的一個“家庭安防機器人”IcamPRO FHD，如圖1-1所示，它實質(zhì)也還是一個固定安防攝像頭，可以用來錄制1080P視頻、 檢測聲音等；而國代表性的是：近段時間，一家寧波公司生產(chǎn)制造的安防機器人，身高1米5，體重40KG的機器人，如圖1-2所示，它的作用原理是檢測機器人前方的異樣，如：檢測溫度變化，雖然可移動，但是體型碩大，檢測手段局限。國

10、內(nèi)外兩家公司的安防機器人都各有千秋，但也有各自的弊端。圖1-1 IcamPRO FHD圖1-2 寧波公司制造安防機器人1.3研究意義在看完國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，本項目組作如下總結(jié)：傳統(tǒng)的安防攝像頭主要受限于不能移動、固定安裝這一問題，使得需要完整監(jiān)控某一區(qū)域時就需要安裝多個攝像頭進行無死角監(jiān)控，這樣一來就需要布置大量的攝像頭，同時，市場現(xiàn)有安防設(shè)備并沒有很好的整合室內(nèi)安防資源。為解決上述問題，本項目組研制了一套基于卡爾曼濾波的紅外室內(nèi)定位裝置，使得安防機器人能夠在室內(nèi)巡防，發(fā)現(xiàn)異常，同時攜帶一枚有云臺的攝像頭，配合機器人的移動以及攝像頭角度調(diào)整就能實現(xiàn)無死角監(jiān)控；對于如何將室內(nèi)安防資源整合，本項目

11、組是這樣做的：使用ZigBee構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，將所有的安防設(shè)備通過ZigBee組網(wǎng)，然后數(shù)據(jù)會實時回傳到安防機器人，協(xié)調(diào)其進行主動防御，聯(lián)合工作！機器人外觀如圖1-3所示，最終，旨在解決固定的安防設(shè)備的弊端，設(shè)計一套室內(nèi)定位解決方案，同時推動國內(nèi)智能機器人的發(fā)展！圖1-3 智能巡防機器人外觀第2章 系統(tǒng)方案本項目是一個多主控協(xié)調(diào)、分工明確的系統(tǒng)，目的是為了縮短開發(fā)周期（將項目內(nèi)容模塊化使得開發(fā)成員間能獨立開發(fā)需要的功能，最后進行系統(tǒng)融合，這樣提高開發(fā)效率并發(fā)揮各個核心的優(yōu)勢）模塊化的開發(fā)對系統(tǒng)調(diào)試有非常大的幫助，并且合理的核心協(xié)調(diào)機制可以提高系統(tǒng)的運行效率，本系統(tǒng)利用了如下處理器：S5PV2

12、10、STM32F407、STC15F2K61S2、CC2530；下面本項目組將分別介紹以上處理器在實際應用中的選型及優(yōu)勢，系統(tǒng)總體方案如圖2-1所示：圖2-1 系統(tǒng)總體方案2.1 主控芯片S5PV210:本項目組使用的S5PV210中央處理器采用了ARM Cortex-A8內(nèi)核，ARM V7指令集，主頻可達1GHZ，64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，32/32KB的數(shù)據(jù)/指令一級緩存，512KB的二級緩存，可以實現(xiàn)2000DMIPS（每秒運算20億條指令集）的高性能運算能力。S5PV210包含很多強大的硬件編解碼功能，內(nèi)建MFC（Multi Format Codec），支持MPEG-1/2/4、H.

13、263、H.264等格式視頻的編解碼，支持模擬/數(shù)字TV輸出。JPEG硬件編解碼，最大支持8000像素x8000像素分辨率。本系統(tǒng)中，使用S5PV210嵌入式處理器來運行Linux系統(tǒng),如圖2-2所示，負責構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)服務器，主要用于視頻、數(shù)據(jù)、參數(shù)的傳輸，以及需要對各個核心分配任務、監(jiān)管狀態(tài)，眾所周知，Linux網(wǎng)絡(luò)方面優(yōu)勢明顯，鑒于S5PV210強大的處理能力，最終選擇S5PV210作為本項目組的主要核心。圖2-2 Cortex-A8核心板STM32F407：在姿態(tài)解算、調(diào)整方面，項目組使用的是一塊STM32F407芯片，STM32F4系列是意法半導體推出的基于Cortex-M4內(nèi)核的高性能微

14、控制器（圖2-3），該微控器采用了90nm的NVM工藝和ART（自適應實時儲存器加速器），該技術(shù)在CPU工作頻率（168MHz）時使得程序能夠等待零周期執(zhí)行，提升了程序執(zhí)行效率。STM32F4系列微控器還集成了單周期DSP指令和FPU（浮點單元），提升了計算能力，可以進行一些復雜的計算和控制，支持程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸并行處理。本系統(tǒng)中利用STM32F4高執(zhí)行效率以及強大的計算能力，在接收紅外定位數(shù)據(jù)后，利用了卡爾曼濾波對數(shù)據(jù)作處理，并輔以紅外壁障數(shù)據(jù)，合成數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換為控制指令以及PWM信號，最終實現(xiàn)對電機的控制，也就是對巡防機器人的姿態(tài)控制。圖2-3 STM32F407STC15F2K61S2：

15、該單片機是STC公司生產(chǎn)的機器周期1T的單片機，是高速、高可靠、超強抗干擾的新一代增強型8051內(nèi)核單片機，其內(nèi)部集成了高精度R/C時鐘，5MHz35MHz時鐘頻率范圍可調(diào)，可以徹底省去外部晶振和復位電路（內(nèi)部也集成高可靠復位電路），該單片機還具備兩組高速異步串行通訊接口，擁有大量I/O口，可配置四種端口模式。本系統(tǒng)之所以選擇該單片機作為紅外定位系統(tǒng)的核心是因為算法需要建立在復雜的I/O端口操作上（對編號為07紅外接收管、815紅外接收管、07紅外壁障頭的操作，共計占用24個I/O口），在收集完成所需信息后，數(shù)據(jù)會通過高速異步串行通訊接口上傳至STM32F4姿態(tài)控制核心，該單片機設(shè)計核心板如圖

16、2-4所示。圖2-4 STC15F2K61S2核心板CC2530：該處理器也是增強型8051內(nèi)核的單片機，但是它是建立在ZigBee上,這是一個基于IEEE802.15.4的標準低功耗個域網(wǎng)協(xié)議，這個協(xié)議主要規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通訊技術(shù)，特點是低復雜度、自組織、低功耗、低成本，簡單來說就是一種低功耗無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。首先說明為什么本項目組需要建立第二個網(wǎng)關(guān)，如圖2-5所示，是Zigbee與藍牙和WIFI傳輸標準的對比圖，本項目組目的是為了使用無線設(shè)備整合防御區(qū)域的安防設(shè)備，介于藍牙距離實在太近，故先排除藍牙方案；然而為什么我們不使用WiFi？原因是：雖然WiFi傳輸速率很快、距

17、離也很遠，但是相比之下使用WiFi建立節(jié)點的成本要遠遠高于使用Zigbee建立節(jié)點的成本，就ZigBee對本項目來說，速率是足夠的，且功耗極低，實際測試發(fā)現(xiàn)，項目組選用的CC2530+CC2591（功率放大）這一方案的傳輸距離是非?？捎^的，空曠場地可以達到200m以上且在室內(nèi)信號的穿透能力良好。故本項目采用CC2530來作為無線傳輸方案，用于整合防御區(qū)域內(nèi)所有安防設(shè)備進行組網(wǎng)，及數(shù)據(jù)間的交互，完成與巡防機器人的聯(lián)動防御。圖2-5 Zigbee、Bluetooth、WiFi傳輸標準對比2.2 視頻傳輸本項目作為一套完整的安防解決方案，視頻的實時回傳自然不能少，巡防機器人要充當無人環(huán)境中的明亮尖銳

18、的眼，并記錄下一切不軌行為！選型初期有這幾種攝像頭供我們來選擇：OV7670圖像傳感器、USB攝像頭、網(wǎng)絡(luò)攝像頭，由于我們的主控制器已經(jīng)建立了一個網(wǎng)絡(luò)服務器，我們現(xiàn)在只需要一個帶有網(wǎng)絡(luò)功能的攝像頭將其數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)至安卓終端再解碼就可以，故在此我們選擇了一個網(wǎng)絡(luò)攝像頭，如圖2-6所示：圖2-6 網(wǎng)絡(luò)攝像頭2.3 電源部分電源是整個系統(tǒng)最重要的部分，由于系統(tǒng)復雜度較高，需要多路不同的電壓，如：3.3V、5V、10V、12V，且在工作時刻，功率較大，系統(tǒng)需要一個能夠輸出穩(wěn)定電壓，并且功率足夠的方案?？紤]到供電方式為鋰電供電，供給電壓為最高12.4V最低11.1V，在這種情況下，想要系統(tǒng)穩(wěn)定運行，就要

19、穩(wěn)定輸出系統(tǒng)所需要的電壓，最終我們采用DC-DC降壓方案，芯片選擇為LM2596S-ADJ，該芯片可調(diào)輸出電壓為：1.2V37V4%，輸出電流最大為3A，輸入電壓最大40V，電路板設(shè)計如下圖2-7所示：圖2-7 三路LM2596-ADJ模塊2.4 室內(nèi)定位目前來說，室內(nèi)定位一直以來是個大問題，主流的定位就是基于WiFi或者ZigBee的無線定位系統(tǒng)，但這一類的系統(tǒng)有著很大弊端，譬如：需要場地開闊，周邊干擾信號稀少，不然就會產(chǎn)生較大的誤差，誤差從哪兒來？傳統(tǒng)的定位方式都是采用信號強度來進行的，2.4G信號并不是最靠譜的，一旦被遮擋或者干擾，信號強度就會有嚴重的衰減，如圖2-8是2.4G信號障礙物

20、衰減經(jīng)驗值。針對這一情況，本項目研制了一套基于卡爾曼濾波的紅外定位裝置，本裝置搭載了16枚高性能紅外接收管以及8枚紅外壁障頭輔助。圖2-8 2.4G信號障礙物衰減經(jīng)驗值第3章 功能與指標3.1 智能巡防機器人實現(xiàn)功能1） 使用S5PV210處理器運行Linux操作系統(tǒng)搭建網(wǎng)絡(luò)服務器；2） 利用搭建的網(wǎng)絡(luò)服務器實時傳輸視頻數(shù)據(jù)（H.264格式）至Android終端進行解碼播放；3） 具備室內(nèi)定位功能，能避開障礙獨立自主趕往異常節(jié)點，并在終端報警；4） 使用ZigBee整合防御區(qū)域安防資源，構(gòu)成無線傳感網(wǎng)絡(luò)（入侵檢測、氣體異常檢測等）；并可擴展一系列傳感器、控制器；5） 提供終端AndroidAp

21、p可以用于提示使用者入侵或者異常情況；具備手動操縱（機器人運動、攝像頭云臺等）功能；具備實時查看環(huán)境參數(shù)功能；具備一定的身份驗證功能；6） 使用時伴有語音提示，增強用戶的體驗；7） 動力能夠重載一定重量的物體，并且運動靈活；3.2 智能巡防機器人功能指標1） 測定的環(huán)境參數(shù)：溫度范圍：0-50；濕度范圍：20%-95%RH；精度：溫度2；濕度5%RH；2） 測定環(huán)境氣體參數(shù)：探測范圍：300-10000ppmm；適用于：液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣等等；3） 視頻能夠以24fps進行實時回傳，流暢、清晰度高，且圖像可存儲于終端；4） ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠智能的自動加入認證的新節(jié)點設(shè)備，

22、數(shù)據(jù)傳輸距離超過200m于空曠場地，室內(nèi)三層信號正常；5） Android終端具有ID及密碼身份認證功能，防止他人侵入系統(tǒng)；第4章 實現(xiàn)原理4.1 Linux實現(xiàn)4.1.1 使用Linux構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)服務器本項目實質(zhì)是構(gòu)建了TCP并發(fā)服務器（構(gòu)建流程如圖4-1）：并發(fā)服務器的思想是每一個客戶端的請求并不由服務器的主進程直接處理，而是由服務器主進程創(chuàng)建子進程來處理，再剖析開來，本項目的TCP并發(fā)服務器是用了Socket，設(shè)置Socket為非阻塞方式，非阻塞操作可以立即完成，比如：如果你希望服務器僅僅只是檢查是否有客戶在等待連接，如果有就接收連接，否則就繼續(xù)做其它事情。圖4-1 TCP并發(fā)服務器創(chuàng)建流

23、程4.1.2 使用Linux進行任務分配Linux任務可以看為是一些進程，程序是一組可執(zhí)行的靜態(tài)指令集，而進程是一個執(zhí)行中的程序?qū)嵗?。利用分時技術(shù)，在Linux操作系統(tǒng)上可以同時運行多個進程。進程間通訊本項目組運用了有名管道的辦法：有名管道提供了一個路徑名與之進行關(guān)聯(lián)，以FIFO的形式存在于文件系統(tǒng)中。最終，多進程并行處理，實現(xiàn)了巡防機器人的多種任務分配。任務分配流程如圖4-2所示。圖4-2 Linux任務分配流程4.2 Android終端實現(xiàn)4.2.1 Android終端人機交互實現(xiàn)本項目組利用安卓上層開發(fā)的優(yōu)勢，開發(fā)了Android終端，實現(xiàn)了人機交互，Android終端主要是用于控制機器

24、人的狀態(tài)、獲得測量的環(huán)境參數(shù)、查看實時傳輸?shù)谋O(jiān)控視頻，提供了身份驗證功能，整體設(shè)計核心主要還是集中于安卓界面的開發(fā)，以及監(jiān)聽服務和線程管理，Android終端UI界面如圖4-3所示，Android終端運行流程如圖4-4所示。 圖4-3 Android終端界面圖4-4 Android終端運行機制4.2.2 Android終端與Linux的網(wǎng)絡(luò)通訊Socket本系統(tǒng)利用基于TCP協(xié)議的Socket基本模型（基本模型如圖4-5所示）進行網(wǎng)絡(luò)編程,一方面因為基于TCP的Socket編程簡單,另一方面在利用在本系統(tǒng)進行通信時，數(shù)據(jù)可以安全可靠的傳輸?shù)侥繕?不僅如此，服務器端的程序可以打開多個線程與多個客

25、戶進行通信。這種通信方式比較靈活，且適用于本系統(tǒng)的通信。譬如：每當建立一個Socket連接，同時創(chuàng)建一個新線程對該Socket進行單獨通信（采用阻塞的方式通信），這種方式具有很高的響應速度，并且控制起來也很簡單。具體化來說：本系統(tǒng)使用基于TCP協(xié)議的Socket ,先獲得服務端(S5PV210控制板的網(wǎng)絡(luò)端口號和IP地址,然后由網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施利用目標地址，將客戶端發(fā)送的信息傳遞到正確的服務端(S5PV210控制板)上，這樣就實現(xiàn)了Android終端與網(wǎng)絡(luò)服務器的通訊。圖4-5 Socket模型4.2.3 Android終端對于H.264解碼Android終端首先需要接收Linux服務器回傳的視頻

26、數(shù)據(jù)，然后通過圖4-6的流程進行數(shù)據(jù)的解碼，待解碼完成后，需要將數(shù)據(jù)顯示出來，該過程實質(zhì)是使用了FFmpeg解碼器，該解碼器是個非常巨大的多媒體解碼庫，本項目在此是利用裁剪好之后的解碼器，調(diào)用相應的API進行H.264解碼的。圖4-6 對于獲取視頻解碼流程4.4 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)前文提到：“整合安防區(qū)域內(nèi)的所有安防設(shè)備”，這是如何實現(xiàn)的呢？本項目組使用了ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，這樣實現(xiàn)的原因一方面是為了降低節(jié)點的成本，另一方面是因為ZigBee組網(wǎng)方便，傳輸速率及信號覆蓋率適合本系統(tǒng)。之所以說整合，是因為首先通過ZigBee的終端節(jié)點將傳感器驅(qū)動并采集數(shù)據(jù)，然后將采集到的數(shù)據(jù)進行

27、編碼，編碼后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過ZigBee運行的Z-Stack協(xié)議棧打包后無線上傳至ZigBee協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再通過串行接口傳輸給網(wǎng)絡(luò)服務器，終端節(jié)點同時負責控制紅外發(fā)射系統(tǒng)，檢測到異常時，會自動啟動紅外發(fā)射源引導巡防機器人，這樣就實現(xiàn)了對巡防機器人的輔助作用，也就是使全部安防資源整合起來協(xié)同工作，做到了智能硬件。本系統(tǒng)防御資源的整合如圖4-7所示。圖4-7 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)4.5 巡防機器人基于室內(nèi)定位的智能路徑實現(xiàn)相信室內(nèi)定位這一問題是比較困擾廣大開發(fā)者的，傳統(tǒng)的無線信號強度定位在遭遇諸如：信號繁多復雜的場合、障礙物較多的場合等等會導致信號不穩(wěn)定、衰減的場合，在此些情況下就會造成定位不精

28、準，故在此本項目組提出了一套基于紅外線的定位辦法，實現(xiàn)流程及外觀如圖4-8所示。 圖4-8 紅外線定位接收端流程及發(fā)射與接收裝置紅外定位裝置具體實現(xiàn)方法：對于發(fā)射源來說，本項目團隊利用NE555制作了一個40KHz頻率的紅外光發(fā)射裝置，使用ZigBee控制，一旦檢測到異常情況，ZigBee將會控制繼電器，決定紅外發(fā)射源是否工作，一旦紅外發(fā)射源激活，那么接收裝置就能感受到40KHz頻率的紅外光，如圖4-9是紅外發(fā)射電路原理圖；圖4-9 紅外發(fā)射源電路對于接收裝置來說，接收到紅外光后，首先會經(jīng)過第一次濾波，第一次濾波的原理是：對于正面射入的紅外光，假定本項目組的紅外定位裝置如圖4-10所示（該裝置

29、共計16個接收頭，此處只以17號頭作解說），可以看到：4號紅外接收頭正面朝向紅外發(fā)射源，此時抽象的說，當紅外光射入整個模塊時，因為結(jié)構(gòu)的問題，26號頭的角度始終能夠較多的接收到紅外光，而1號、7號頭相對來說會較少接收到，程序會自動判斷濾除，最終剩下26號頭，此時再進行取中值，最終將會剩下4號頭，同理，在入射源位置發(fā)生改變時，中值接收頭也會發(fā)生改變，但只會出現(xiàn)一個較為固定的接收頭序號。上面提到：“只會出現(xiàn)一個較為固定的接收頭序號”，不排除干擾的問題，干擾會來自墻面反射入射源的紅外光、人體發(fā)出的紅外等等，當遭遇此種干擾時，中值頭會發(fā)生跳動，實際是4號頭，但是會突變?yōu)?號，或者6號等等，本項目組將該

30、現(xiàn)象理解為高斯白噪聲，針對這一問題，我們就需要借助卡爾曼濾波，來將數(shù)據(jù)確定為準確、穩(wěn)定的一個值。圖4-10 紅外裝置示意圖4.6 多路隔離電源的實現(xiàn)LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動電流，同時有很好的線性和負載調(diào)節(jié)特性。在特定輸出電壓和輸出負載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在4%的范圍內(nèi)；擁有80uA的待機電流，并且擁有自我保護電路：限流保護和在異常情況下斷電的過溫保護電路。本項目就是利用如此高可靠的芯片完成多路隔離電源，在電源輸入加入了1N5822肖特基二極管，防止正負極反接，在輸出加入了一顆電感以及一顆1N5822作為續(xù)流器件，在電源輸入GND端加

31、入0電阻隔離地。這樣就實現(xiàn)了多路開關(guān)隔離可調(diào)電源，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定、純凈的輸入電壓，提供足夠功率！原理圖如圖4-11。圖4-11 LM2596-ADJ三路隔離輸出電壓可調(diào)DC-DC第5章 硬件框圖5.1 S5PV210硬件框圖以S5PV210作為主控核心，驅(qū)動LCD顯示屏，異步串行接口與其它主控協(xié)調(diào)完成數(shù)據(jù)交互、任務分配，同時建立網(wǎng)絡(luò)服務器。具體框圖如圖5-1所示。圖5-1 S5PV210硬件框圖5.2 STM32F4硬件框圖以STM32F4作為姿態(tài)解算核心，負責巡防機器人的姿態(tài)控制，由STM32F4的串口1接收STC15紅外定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，再進行濾波以及中值頭計算，最后再送入卡爾曼濾波器，得到

32、一個穩(wěn)定的中值頭；通過串口3接收ZigBee的數(shù)據(jù)（入侵檢測、氣體異常等）；以上數(shù)據(jù)接收完成后處理，一部分轉(zhuǎn)換為控制指令讓機器人運動，另一部分再編碼上傳至本項目組構(gòu)建的服務器。具體框圖如圖5-2所示。圖5-2 STM32F4硬件框圖5.3 ZigBee硬件框圖傳感器通過ZigBee終端進行驅(qū)動控制并采集數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)編碼后無線發(fā)送至ZigBee協(xié)調(diào)器，這一過程由Z-Stack協(xié)議棧完成（傳輸信號制式為2.4G頻段），在ZigBee協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)后，將接收到的數(shù)據(jù)送入STM32F4解碼再運用，最終實現(xiàn)安防資源的整合。具體框圖如圖5-3所示。圖5-3 ZigBee硬件框圖5.4 STC15F2K61S2硬件框圖8路紅外壁障頭、16路紅外定位頭連接至ST