智能巡防機(jī)器人設(shè)計(jì)報(bào)告

1、精選文庫(kù)第十一屆“博創(chuàng)杯全國(guó)大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽作品設(shè)計(jì)報(bào)告智能巡防機(jī)器人Smart Guard Robot設(shè)計(jì)報(bào)告隊(duì)伍編號(hào)：參賽學(xué)校：作 者：指導(dǎo)教師：組 別：口碩士組本科組 高職組精選文庫(kù)本工程的智能安防機(jī)器人,它是新一代的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)智能安防設(shè)備,由S5PV210勾建網(wǎng)絡(luò)并作為任務(wù)分配核心再輔以ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境,一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)有異常(氣體、 入侵等)出現(xiàn)后會(huì)立即激活紅外裝置,發(fā)出定位信號(hào)提供應(yīng)自主研發(fā)的紅外定位系統(tǒng)進(jìn)行定 位；在趕往異常節(jié)點(diǎn)附近的同時(shí),還會(huì)要求限制臺(tái)查看安防機(jī)器人實(shí)時(shí)回傳的視頻；限制臺(tái) 會(huì)顯示傳感器收集到的信息,并可對(duì)視頻采集系統(tǒng)的云臺(tái)角度進(jìn)行調(diào)整；安防機(jī)器人

2、使用STM32作為運(yùn)動(dòng)限制器,使得其具有良好的移動(dòng)性能,能讓用戶獲得最大視角；通過(guò)終端可 以手動(dòng)操縱安防機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；安防機(jī)器人在使用的時(shí)候會(huì)伴有語(yǔ)音提示,提升用戶體驗(yàn).機(jī) 器人設(shè)計(jì)很美觀,能很好的融入到使用者的環(huán)境,時(shí)刻保護(hù)使用者的平安.相信借助未來(lái)的 市場(chǎng)需求,本工程能夠盡善盡美！關(guān)鍵詞：智能安防設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、無(wú)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 equipment,it consists of S5P

3、V210,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 providepositioning signal to independent research and development; At the sametime,request the console view real-t

4、ime 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 whenyou operation.The robot design is very beautiful,we believe that can quickly into the us

5、er senvironment 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 NetworkInfrared Positioning System精選文庫(kù)第1章緒論11.1 背景11.2 國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀 11.3 研究意義2第2章系統(tǒng)方案22.1 主控芯片32.2 視頻傳輸52.

6、3 電源局部62.4 室內(nèi)定位6第3章功能與指標(biāo)73.1 智能巡防機(jī)器人實(shí)現(xiàn)功能 73.2 智能巡防機(jī)器人功能指標(biāo) 7第4章實(shí)現(xiàn)原理84.1 Linux 實(shí)現(xiàn)84.1.1 使用Linux構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)效勞器 84.1.2 使用Linux進(jìn)行任務(wù)分配 84.2 Android終端實(shí)現(xiàn)94.2.1 Android終端人機(jī)交互實(shí)現(xiàn) 94.2.2 Android 終端與 Linux 的網(wǎng)絡(luò)通訊 Socket 114.2.3 Android終端對(duì)于 H.264 解碼124.4 ZigBee 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) 124.5 巡防機(jī)器人基于室內(nèi)定位的智能路徑實(shí)現(xiàn) 134.6 多路隔離電源的實(shí)現(xiàn) 15第5章硬件框圖1

7、65.1 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(xiàn)19精選文庫(kù)第1章緒論1.1 背景近年來(lái),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(xué)校、 火車站再到工業(yè)廠區(qū)、倉(cāng)庫(kù)、變電站等等場(chǎng)景,然而,安防領(lǐng)域是國(guó)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(chǎng),目前也表達(dá)出了需求量大,競(jìng)爭(zhēng)劇烈的場(chǎng)面；南美、東盟國(guó)家同樣也顯現(xiàn)出了安防市 場(chǎng)的增速飛快的

8、趨勢(shì),同時(shí)南美國(guó)家還需要大量依賴進(jìn)口.就以上信息指引我們看到了這個(gè)廣闊的市場(chǎng),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(jī)械式的,不具備移動(dòng)的水平,要想實(shí)現(xiàn)無(wú)死角監(jiān)控就必須安放多個(gè) 攝像頭針對(duì)不同的區(qū)域工作,如此一來(lái),本錢高昂、布置復(fù)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(huì)顯得比擬突兀,令人不自在,暴露個(gè)人隱 私.1.2 國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀目前國(guó)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(huì)有一些衍生產(chǎn)品,如：智能門鎖、智能煙感等等,并沒(méi)有一個(gè)能夠整合功能,移動(dòng)的安防設(shè)備,為什么移動(dòng)的安防設(shè) 備難做呢？本工程組認(rèn)為：室內(nèi)定位是頭等問(wèn)題！傳統(tǒng)的室內(nèi)

9、定位是利用無(wú)線設(shè)備的信號(hào)強(qiáng) 度進(jìn)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(fù)雜,含有多種信號(hào)干擾, 信號(hào)過(guò)墻的衰減等等因素,導(dǎo)致了無(wú)線室內(nèi)定位還是不能夠解決問(wèn)題,故目前大局部安防市 場(chǎng)還是在研發(fā)固定的網(wǎng)絡(luò)安防設(shè)備.國(guó)外具有代表性的安防機(jī)器人：由荷蘭Amaryllo公司最近推出的一個(gè)“家庭安防機(jī)器人 IcamPRCFHD如圖1-1所示,它實(shí)質(zhì)也還是一個(gè)固定安防攝像頭, 可以用來(lái)錄制1080P視頻、 檢測(cè)聲音等；而國(guó)代表性的是：近段時(shí)間,一家寧波公司生產(chǎn)制造的安防機(jī)器人,身高 1米 5,體重40KG勺機(jī)器人,如圖1-2所示,它的作用原理是檢測(cè)機(jī)器人前方的異樣,如：檢測(cè) 溫度變化,雖然可移

10、動(dòng),但是體型碩大,檢測(cè)手段局限.國(guó)內(nèi)外兩家公司的安防機(jī)器人都各 有千秋,但也有各自的弊端.圖 1-1 IcamPRO FHD精選文庫(kù)圖1-2寧波公司制造安防機(jī)器人1.3 研究意義在看完國(guó)內(nèi)外的開(kāi)展現(xiàn)狀,本工程組作如下總結(jié)：傳統(tǒng)的安防攝像頭主要受限于不能移 動(dòng)、固定安裝這一問(wèn)題,使得需要完整監(jiān)控某一區(qū)域時(shí)就需要安裝多個(gè)攝像頭進(jìn)行無(wú)死角監(jiān) 控,這樣一來(lái)就需要布置大量的攝像頭,同時(shí),市場(chǎng)現(xiàn)有安防設(shè)備并沒(méi)有很好的整合室內(nèi)安 防資源.為解決上述問(wèn)題,本工程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(jī)器人能夠在室內(nèi)巡防,發(fā)現(xiàn)異常,同時(shí)攜帶一枚有云臺(tái)的攝像頭,配合機(jī)器人的移動(dòng) 以及攝像頭角度調(diào)

11、整就能實(shí)現(xiàn)無(wú)死角監(jiān)控；對(duì)于如何將室內(nèi)安防資源整合,本工程組是這樣 做的：使用ZigBee構(gòu)建無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò),將所有的安防設(shè)備通過(guò) ZigBee組網(wǎng),然后數(shù)據(jù)會(huì)實(shí) 時(shí)回傳到安防機(jī)器人,協(xié)調(diào)其進(jìn)行主動(dòng)防御,聯(lián)合工作！機(jī)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(jì)一套室內(nèi)定位解決方案,同時(shí)推動(dòng)國(guó)內(nèi)智能機(jī)器人的 開(kāi)展！圖1-3智能巡防機(jī)器人外觀第2章系統(tǒng)方案本工程是一個(gè)多主控協(xié)調(diào)、分工明確的系統(tǒng),目的是為了縮短開(kāi)發(fā)周期將工程內(nèi)容模 塊化使得開(kāi)發(fā)成員間能獨(dú)立開(kāi)發(fā)需要的功能,最后進(jìn)行系統(tǒng)融合,這樣提升開(kāi)發(fā)效率并發(fā)揮 各個(gè)核心的優(yōu)勢(shì)模塊化的開(kāi)發(fā)對(duì)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(jī)

12、制可以精選文庫(kù)提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率,本系統(tǒng)利用了如下處理器：S5PV210STM32F407STC15F2K61S2DC253Q卜面本工程組將分別介紹以上處理器在實(shí)際應(yīng)用中的選型及優(yōu)勢(shì),系統(tǒng)總體方案如圖 2-1所示:2.1主控芯片Uart圖2-1系統(tǒng)總體方案Phy傳感器S5PV210本工程組使用的S5PV210中央處理器采用了 ARM Cortex-A8內(nèi)核,ARM V7旨令 集,主頻可達(dá)1GHZ 64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu),32/32KB的數(shù)據(jù)/指令一級(jí)緩存,512KB的二級(jí) 緩存,可以實(shí)現(xiàn)2000DMIPS每秒運(yùn)算20億條指令集的高性能運(yùn)算水平.S5PV21他含很 多強(qiáng)大的硬件編解碼功能, 內(nèi)

13、建MFC Multi Format Code.,支持MPEG-1/2/4 H.263、H.264 等格式視頻的編解碼,支持模擬/數(shù)字TV輸出.JPEG件編解碼,最大支持8000像素x8000 像素分辨率.本系統(tǒng)中,使用S5PV210ft入式處理器來(lái)運(yùn)行Linux系統(tǒng),如圖2-2所示,負(fù)責(zé)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò) 效勞器,主要用于視頻、數(shù)據(jù)、參數(shù)的傳輸,以及需要對(duì)各個(gè)核心分配任務(wù)、監(jiān)管狀態(tài),眾 所周知,Linux網(wǎng)絡(luò)方面優(yōu)勢(shì)明顯,鑒于 S5PV210雖大的處理水平,最終選擇S5PV210乍為 本工程組的主要核心.精選文庫(kù)圖2-2 Cortex-A8 核心板STM32F407在姿態(tài)解算、調(diào)整方面,工程組使用的是一

14、塊STM32F4075片,STM32F列是意法半導(dǎo)體推出的基于 Cortex-M4內(nèi)核的高性能微限制器圖2-3,該微控器采用了 90nm的NVMX藝和ART自適應(yīng)實(shí)時(shí)儲(chǔ)存器加速器,該技術(shù)在 CPU作頻率0 168MHz時(shí)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(diǎn)單元,提升了計(jì)算水平,可以進(jìn)行一些復(fù)雜的計(jì)算和限制,支持 程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸并行處理.PWMI本系統(tǒng)中利用STM32F4高執(zhí)行效率以及強(qiáng)大的計(jì)算水平,在接收紅外定位數(shù)據(jù)后,利用 了卡爾曼濾波對(duì)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)換為限制指令以及號(hào),最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)

15、的限制,也就是對(duì)巡防機(jī)器人的姿態(tài)限制.Worlds fastest Cortex-M MCUSTM32 F4 I earn more In our free seminarsSTWCl?vntr eirssiivTty圖 2-3 STM32F407STC15F2K61S2該單片機(jī)是STC公司生產(chǎn)的機(jī)器周期1T的單片機(jī),是高速、高可靠、超 強(qiáng)抗干擾的新一代增強(qiáng)型8051內(nèi)核單片機(jī),其內(nèi)部集成了高精度 R/C時(shí)鐘,5MHz35MH時(shí) 鐘頻率范圍可調(diào),可以徹底省去外部晶振和復(fù)位電路內(nèi)部也集成高可靠復(fù)位電路,該單 片機(jī)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

16、選擇該單片機(jī)作為紅外定位系統(tǒng)的核心是由于算法需要建立在復(fù)雜的I/O端口操作上對(duì)編號(hào)為07紅外接收管、815紅外接收管、07紅外壁障頭的操作,共計(jì)占 用24個(gè)I/O 口,在收集完成所需信息后,數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)高速異步串行通訊接口上傳至 STM32F4 姿態(tài)限制核心,該單片機(jī)設(shè)計(jì)核心板如圖 2-4所示.精選文庫(kù)圖 2-4 STC15F2K61S2 核心板CC2530該處理器也是增強(qiáng)型8051內(nèi)核的單片機(jī),但是它是建立在 ZigBee上,這是一個(gè) 基于IEEE802.15.4的標(biāo)準(zhǔn)低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議,這個(gè)協(xié)議主要規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通訊技術(shù),特點(diǎn)是低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低本錢,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就

17、是一種低功耗 無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù).首先說(shuō)明為什么本工程組需要建立第二個(gè)網(wǎng)關(guān),如圖2-5所示,是Zigbee與藍(lán)牙和WIFI傳輸標(biāo)準(zhǔn)的比照?qǐng)D,本工程組目的是為了使用無(wú)線設(shè)備整合防御區(qū)域的安防設(shè)備,介于藍(lán)牙 距離實(shí)在太近,故先排除藍(lán)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、距離也很遠(yuǎn),但是相比之下使用 WiFi建立節(jié)點(diǎn)的本錢要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于使用 Zigbee建 立節(jié)點(diǎn)的本錢,就ZigBee對(duì)本工程來(lái)說(shuō),速率是足夠的,且功耗極低,實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn),工程 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(chǎng)地可以達(dá) 到200m以上且在室內(nèi)信號(hào)的穿透水平良

18、好.故本工程采用CC253睞作為無(wú)線傳輸方案,用于整合防御區(qū)域內(nèi)所有安防設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng),及數(shù)據(jù)間的交互,完成與巡防機(jī)器人的聯(lián)動(dòng)防御.圖 2-5 ZigbeeDwrnRateTypkail RangejApplintion EumplBSZigBee20也250 Kbpst0-100mMA聞$5$ Senior NeiwofkiBluelDtMti1 io32-1-0 E附用kr HfiadwiW齦倒iMouseIEEE 90211b1 to 1130100m師聞*H ImUrnvl CMHKtiMBluetooth、WiFi傳輸標(biāo)準(zhǔn)比照2.2 視頻傳輸本工程作為一套完整的安防解決方案,視頻的實(shí)時(shí)

19、回傳自然不能少,巡防機(jī)器人要充當(dāng) 無(wú)人環(huán)境中的明亮鋒利的眼,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(lái)選精選文庫(kù)擇：OV7670圖像傳感器、USB攝像頭、網(wǎng)絡(luò)攝像頭,由于我們的主限制器已經(jīng)建立了一個(gè)網(wǎng) 絡(luò)效勞器,我們現(xiàn)在只需要一個(gè)帶有網(wǎng)絡(luò)功能的攝像頭將其數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)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 電源局部電源是整個(gè)系統(tǒng)最重要的局部,由于系統(tǒng)復(fù)雜度較高,需要多路不同的電壓,如：3.3V、5V 10V 12V,且在工作時(shí)刻,功率較大,系統(tǒng)需要一個(gè)能夠輸出穩(wěn)定電壓,并且功率足夠的方案.考慮到供電方式為鋰電供電,供應(yīng)電壓為最

20、高12.4V最低11.1V,在這種情況下,想要系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,就要穩(wěn)定輸出系統(tǒng)所需要的電壓,最終我們采用DC-DCW壓方案,芯片選擇為L(zhǎng)M2596S-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(jì)如下列圖2-7所示：圖2-7三路LM2596-ADJ模塊2.4 室內(nèi)定位目前來(lái)說(shuō),室內(nèi)定位一直以來(lái)是個(gè)大問(wèn)題,主流的定位就是基于WiFi或者ZigBee的無(wú)精選文庫(kù)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(chǎng)地開(kāi)闊,周邊干擾信號(hào)稀少,不然就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差,誤差從哪兒來(lái)？傳統(tǒng)的定位方式都是采用信號(hào)強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行的,2.4G信號(hào)并不是最靠譜的,一旦被

21、遮擋或者干擾,信號(hào)強(qiáng)度就會(huì)有嚴(yán)重的衰減,如圖 2-8是2.4G 信號(hào)障礙物衰減經(jīng)驗(yàn)值.針對(duì)這一情況,本工程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.障噂物衰減飽紅造水泥惜綱戰(zhàn)泡凝土喑15加dBm空心型1塊精堵46 dBm木恒培(5-10cdi)簡(jiǎn)易石背板埴歧瑙,琥璃窗?工丸.木門3fdMi金屋門68dELn圖2-8 2.4G信號(hào)障礙物衰減經(jīng)驗(yàn)值第3章功能與指標(biāo)3.1智能巡防機(jī)器人實(shí)現(xiàn)功能1使用S5PV210t理器運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)搭建網(wǎng)絡(luò)效勞器；2利用搭建的網(wǎng)絡(luò)效勞器實(shí)時(shí)傳輸視頻數(shù)據(jù)H.264格式至Android終端進(jìn)行解碼播放；

22、3具備室內(nèi)定位功能,能避開(kāi)障礙獨(dú)立自主趕往異常節(jié)點(diǎn),并在終端報(bào)警；4使用ZigBee整合防御區(qū)域安防資源,構(gòu)成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)、氣體異常檢測(cè)等； 并可擴(kuò)展一系列傳感器、限制器；5提供終端AndroidApp可以用于提示使用者入侵或者異常情況；具備手動(dòng)操縱機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、攝像頭云臺(tái)等功能；具備實(shí)時(shí)查看環(huán)境參數(shù)功能；具備一定的身份驗(yàn)證功能；6使用時(shí)伴有語(yǔ)音提示,增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)；7動(dòng)力能夠重載一定重量的物體,并且運(yùn)動(dòng)靈活；3.2 智能巡防機(jī)器人功能指標(biāo)1測(cè)定的環(huán)境參數(shù)：溫度范圍：0c-50C；濕度范圍：20%-95%代H精度：溫度土 2C；濕度 5%RH2測(cè)定環(huán)境氣體參數(shù)：探測(cè)范圍：300-1000

23、0ppmm適用于：液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、 酒精、氫氣等等；精選文庫(kù)3視頻能夠以24fps進(jìn)行實(shí)時(shí)回傳,流暢、清楚度高,且圖像可存儲(chǔ)于終端；4） ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠智能的自動(dòng)參加認(rèn)證的新節(jié)點(diǎn)設(shè)備, 數(shù)據(jù)傳輸距離超過(guò)200m于空曠場(chǎng)地, 室內(nèi)三層信號(hào)正常；5） Android終端具有ID及密碼身份認(rèn)證功能,預(yù)防他人侵入系統(tǒng)；第4章實(shí)現(xiàn)原理4.1 Linux 實(shí)現(xiàn)4.1.1使用Linux構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)效勞器本工程實(shí)質(zhì)是構(gòu)建了 TCP并發(fā)效勞器構(gòu)建流程如圖4-1 :并發(fā)效勞器的思想是每一 個(gè)客戶端的請(qǐng)求并不由效勞器的主進(jìn)程直接處理,而是由效勞器主進(jìn)程創(chuàng)立子進(jìn)程來(lái)處理, 再剖析開(kāi)來(lái),本工程的TCP并發(fā)效

24、勞器是用了 Socket,設(shè)置Socket為非阻塞方式,非阻塞 操作可以立即完成,比方：如果你希望效勞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,否那么就繼續(xù)做其它事情.結(jié)束開(kāi)始父進(jìn)程關(guān)閉Socket終止子進(jìn)程關(guān)閉子進(jìn)程處理客戶端連接子進(jìn)程處理客戶端連接是f創(chuàng)立子進(jìn)程圖4-1 TCP并發(fā)效勞器創(chuàng)立流程4.1.2使用Linux進(jìn)行任務(wù)分配Linux任務(wù)可以看為是一些進(jìn)程,程序是一組可執(zhí)行的靜態(tài)指令集,而進(jìn)程是一個(gè)執(zhí)行中精選文庫(kù)的程序?qū)嵗?利用分時(shí)技術(shù),在 Linux操作系統(tǒng)上可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程.進(jìn)程間通訊本項(xiàng)目組運(yùn)用了有名管道的方法：有名管道提供了一個(gè)路徑名與之進(jìn)行關(guān)聯(lián),以FIFO

25、的形式存在于文件系統(tǒng)中.最終,多進(jìn)程并行處理,實(shí)現(xiàn)了巡防機(jī)器人的多種任務(wù)分配.任務(wù)分配流程 如圖4-2所示.開(kāi)始圖4-2 Linux 任務(wù)分配流程4.2 Android終端實(shí)現(xiàn)4.2.1 Android終端人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)本工程組利用安卓上層開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì),開(kāi)發(fā)了Android終端,實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互,Android終端主要是用于限制機(jī)器人的狀態(tài)、獲得測(cè)量的環(huán)境參數(shù)、查看實(shí)時(shí)傳輸?shù)谋O(jiān)控視頻,提供了 身份驗(yàn)證功能,整體設(shè)計(jì)核心主要還是集中于安卓界面的開(kāi)發(fā),以及監(jiān)聽(tīng)效勞和線程治理, Android終端UI界面如圖4-3所示,Android終端運(yùn)行流程如圖4-4所示.精選文庫(kù)歡送使用留津巡防機(jī)黯人圖4-3 An

26、droid終端界面精選文庫(kù)開(kāi)始 歡送界面圖4-4 Android終端運(yùn)行機(jī)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議的Socket根本模型根本模型如圖4-5所示進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程, 一方面由于基于TCP的Socket編程簡(jiǎn)單,另一方面在利用在本系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí),數(shù)據(jù)可以安 全可靠的傳輸?shù)侥繕?biāo),不僅如此,效勞器端的程序可以翻開(kāi)多個(gè)線程與多個(gè)客戶進(jìn)行通信.這種通信方式比擬靈活,且適用于本系統(tǒng)的通信.譬如：每當(dāng)建立一個(gè)Socket連接,同時(shí)創(chuàng)立一個(gè)新線程對(duì)該Socket進(jìn)行單獨(dú)通信采用阻塞的方式通信,這種方式具有很高的響應(yīng)速 度,并且限制起來(lái)也很簡(jiǎn)單.具體化來(lái)

27、說(shuō)：本系統(tǒng)使用基于TCPB議的Socket ,先獲得效勞端S5PV210限制板的網(wǎng)絡(luò)端口號(hào)和IP地址,然后由網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施利用目標(biāo)地址,將客戶端發(fā) 送的信息傳遞到正確的效勞端S5PV210限制板上,這樣就實(shí)現(xiàn)了 Android終端與網(wǎng)絡(luò)效勞 器的通訊.精選文庫(kù)圖4-5 Socket模型4.2.3 Android 終端對(duì)于H.264解碼Android終端首先需要接收Linux效勞器回傳的視頻數(shù)據(jù),然后通過(guò)圖4-6的流程進(jìn)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(lái),該過(guò)程實(shí)質(zhì)是使用了FFmpegW碼器,該解碼器是個(gè)非常巨大的多媒體解碼庫(kù),本工程在此是利用裁剪好之后的解碼器,調(diào)用相應(yīng)的API進(jìn)行H

28、.264解碼的.開(kāi)始接收RT嗷據(jù)包剔除RT電頭,將 數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)結(jié)束讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)一/解一格式轉(zhuǎn)換進(jìn)行解碼進(jìn)行NAL分割獲得一幀？圖4-6對(duì)于獲取視頻解碼流程4.4 ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)精選文庫(kù)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(shí)現(xiàn)的呢？本工程組使用了 ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò),這樣實(shí)現(xiàn)的原因一方面是為了降低節(jié)點(diǎn)的本錢,另一方面是由于 ZigBee組網(wǎng)方便,傳輸速率及信號(hào)覆蓋率適合本系統(tǒng).之所以說(shuō)整合,是由于首先通過(guò) ZigBee的終端節(jié)點(diǎn)將傳感器驅(qū)動(dòng)并采集數(shù)據(jù),然后將采 集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,編碼后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)ZigBee運(yùn)行的Z-Stack協(xié)議棧打包后無(wú)線上傳至 Z

29、igBee協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器再通過(guò)串行接口傳輸給網(wǎng)絡(luò)效勞器,終端節(jié)點(diǎn)同時(shí)負(fù)責(zé)限制紅外發(fā)射 系統(tǒng),檢測(cè)到異常時(shí),會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)紅外發(fā)射源引導(dǎo)巡防機(jī)器人,這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)巡防機(jī)器人 的輔助作用,也就是使全部安防資源整合起來(lái)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.開(kāi)始圖 4-7 ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)4.5 巡防機(jī)器人基于室內(nèi)定位的智能路徑實(shí)現(xiàn)相信室內(nèi)定位這一問(wèn)題是比擬困擾廣闊開(kāi)發(fā)者的,傳統(tǒng)的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度定位在遭遇諸如: 信號(hào)繁多復(fù)雜的場(chǎng)合、障礙物較多的場(chǎng)合等等會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定、衰減的場(chǎng)合,在此些情況 下就會(huì)造成定位不精準(zhǔn),故在此本工程組提出了一套基于紅外線的定位方法,實(shí)現(xiàn)流程及外

30、觀如圖4-8所示.精選文庫(kù)開(kāi)始初始化I/O讀入紅外接收頭狀態(tài)按頻率去除誤觸發(fā)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(shí)現(xiàn)方法:對(duì)于發(fā)射源來(lái)說(shuō),本工程團(tuán)隊(duì)利用 NE555制作了一個(gè)40KHz頻率的紅外光發(fā)射裝置,使 用ZigBee限制,一旦檢測(cè)到異常情況,ZigBee將會(huì)限制繼電器,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)射源電路精選文庫(kù)對(duì)于接收裝置來(lái)說(shuō),接收到紅外光后,首先會(huì)經(jīng)過(guò)第一次濾波,第一次濾波的原理是： 對(duì)于正面射入的紅外光,假定本工程組的紅外定位裝置如圖4-10所示該

31、裝置共計(jì)16個(gè)接收頭,此處只以17號(hào)頭作解說(shuō),可以看到：4號(hào)紅外接收頭正面朝向紅外發(fā)射源,此時(shí) 抽象的說(shuō),當(dāng)紅外光射入整個(gè)模塊時(shí),由于結(jié)構(gòu)的問(wèn)題,26號(hào)頭的角度始終能夠較多的接收到紅外光,而1號(hào)、7號(hào)頭相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)較少接收到,程序會(huì)自動(dòng)判斷濾除,最終剩下26號(hào)頭,此時(shí)再進(jìn)行取中值,最終將會(huì)剩下 4號(hào)頭,同理,在入射源位置發(fā)生改變時(shí),中值接 收頭也會(huì)發(fā)生改變,但只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較為固定的接收頭序號(hào).上面提到：“只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較為固定的接收頭序號(hào),不排除干擾的問(wèn)題,干擾會(huì)來(lái)自 墻面反射入射源的紅外光、人體發(fā)出的紅外等等,當(dāng)遭遇此種干擾時(shí),中俏頭會(huì)發(fā)生跳動(dòng), 實(shí)際是4號(hào)頭,但是會(huì)突變?yōu)?號(hào),或者6號(hào)等等,本

32、工程組將該現(xiàn)象理解為高斯白噪聲, 針對(duì)這一問(wèn)題,我們就需要借助卡爾曼濾波,來(lái)將數(shù)據(jù)確定為準(zhǔn)確、穩(wěn)定的一個(gè)值.TTTT40KHz/VW圖4-10紅外裝置示意圖4.6 多路隔離電源的實(shí)現(xiàn)LM2596FF關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源治理單片集成電路,能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流,同時(shí)有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性.在特定輸出電壓和輸出負(fù)載的條件下,輸出電壓的誤差可以 保證在4%勺范圍內(nèi)；擁有80uA的待機(jī)電流,并且擁有自我保護(hù)電路：限流保護(hù)和在異常情 況下斷電的過(guò)溫保護(hù)電路.本工程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?yún)⒓恿?1N5822肖特基二極管,預(yù)防正負(fù)極反接,在輸出參加了一顆電感以及一顆

33、1N5822 作為續(xù)流器件,在電源輸入 GNW參加0Q電阻隔離地.這樣就實(shí)現(xiàn)了多路開(kāi)關(guān)隔離可調(diào)電精選文庫(kù)源,為系統(tǒng)提供穩(wěn)定、純潔的輸入電壓,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(dòng)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(wù)分配,同時(shí)建立網(wǎng)絡(luò)效勞器.具體框圖如圖5-1所示.圖5-1 S5PV210硬件框圖精選文庫(kù)5.2 STM32F4硬件框圖以STM32F4乍為姿態(tài)解算核心,負(fù)責(zé)巡防機(jī)器人的姿態(tài)限制,由STM32F4勺串口 1接收STC15a外定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù),再進(jìn)行濾波以及中值頭計(jì)算,最后再送入卡爾曼濾波器,得到 一個(gè)穩(wěn)定的中值頭；通過(guò)串口 3接收Z(yǔ)igBee的數(shù)據(jù)入侵檢測(cè)、氣體異常等；以上數(shù)據(jù)接 收完成后處理,一局部轉(zhuǎn)換為限制指令讓機(jī)器人運(yùn)動(dòng),另一局部再編碼上傳至本工程組構(gòu)建 的效勞器.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(guò)ZigBee終端進(jìn)行驅(qū)動(dòng)限制并采集數(shù)據(jù),將采集的數(shù)據(jù)編碼后無(wú)線發(fā)送至ZigBee協(xié)調(diào)器,這一過(guò)程由Z-Stack協(xié)議棧完成傳輸信號(hào)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