智能巡防機(jī)器人設(shè)計(jì)報告

..第十一屆"博創(chuàng)杯〞全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽作品設(shè)計(jì)報告智能巡防機(jī)器人SmartGuardRobot設(shè)計(jì)報告隊(duì)伍編號：參賽學(xué)校：作者：指導(dǎo)教師：組別：□碩士組本科組□高職組..摘要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構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)并作為任務(wù)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(diǎn)有異常〔氣體、入侵等〕出現(xiàn)后會立即激活紅外裝置,發(fā)出定位信號提供應(yīng)自主研發(fā)的紅外定位系統(tǒng)進(jìn)展定位；在趕往異常節(jié)點(diǎn)附近的同時，還會要求控制臺查看安防機(jī)器人實(shí)時回傳的視頻；控制臺會顯示傳感器收集到的信息，并可對視頻采集系統(tǒng)的云臺角度進(jìn)展調(diào)整;安防機(jī)器人使用STM32作為運(yùn)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(jī)器人運(yùn)動；安防機(jī)器人在使用的時候會伴有語音提示，提高用戶體驗(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，時刻保護(hù)使用者的平安。相信借助未來的市場需求，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)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、紅外定位系統(tǒng)AbstractOursmartguardrobot,itisanewgenerationofnetworkinterconnectionintelligentsecurityequipment,itconsistsofS5PV210,assisttowirelesssensornetworktomonitortheenvironment,onceanodehasanexception(suchasgas、intrudeandsoon)showup,itwillimmediatelyactivatetheinfrareddevice，toprovidepositioningsignaltoindependentresearchanddevelopment;Atthesametime,requesttheconsoleviewreal-timevideoesbackanddisplayreceivemessageandcontrolholder.smartguardrobotuseSTM32tocontrolmovement.wecanthroughtheterminalcontrolsmartguardrobotfinishjob;Therobothasvoicepromptwhenyouoperation.Therobotdesignisverybeautiful,webelievethatcanquicklyintotheuser’senvironmenttoprotectusersafe.Webelievewiththehelpofthefuturemarketdemand,oursmartguardrobotwillbeperfect！Keywords:SmartGuardRobot、NetworkInterconnection、WirelessSensorNetwork、InfraredPositioningSystemTOC\o"1-3"\h\u30704第1章緒論 1124781.1背景1227511.2國外開展現(xiàn)狀1317561.3研究意義217992第2章系統(tǒng)方案 2309712.1主控芯片3262712.2視頻傳輸578492.3電源局部6320312.4室定位629102第3章功能與指標(biāo)7146243.1智能巡防機(jī)器人實(shí)現(xiàn)功能7134693.2智能巡防機(jī)器人功能指標(biāo)718712第4章實(shí)現(xiàn)原理167674.1Linux實(shí)現(xiàn)858124.1.1使用Linux構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)效勞器 8317504.1.2使用Linux進(jìn)展任務(wù)分配 8319164.2Android終端實(shí)現(xiàn)927094.2.1Android終端人機(jī)交互實(shí)現(xiàn) 931334.2.2Android終端與Linux的網(wǎng)絡(luò)通訊Socket 11133894.2.3Android終端對于H.264解碼 12264804.4ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)12298894.5巡防機(jī)器人基于室定位的智能路徑實(shí)現(xiàn)1378274.6多路隔離電源的實(shí)現(xiàn)156652第5章硬件框圖16129505.1S5PV210硬件框圖16110465.2STM32F4硬件框圖1726295圖5-2STM32F4硬件框圖 17192095.3ZigBee硬件框圖1730855.4STC15F2K61S2硬件框圖1823173第6章創(chuàng)新1821086結(jié)論195400參考文獻(xiàn)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(xué)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，目前也表達(dá)出了需求量大，競爭劇烈的場面；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(jī)械式的，不具備移動的能力，要想實(shí)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，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，會顯得比擬突兀，令人不自在，暴露個人隱私。1.2國外開展現(xiàn)狀目前國外安防設(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？本工程組認(rèn)為：室定位是頭等問題！傳統(tǒng)的室定位是利用無線設(shè)備的信號強(qiáng)度進(jìn)展定位，但是這樣的做法是有較大弊端的，譬如：所處環(huán)境復(fù)雜，含有多種信號干擾，信號過墻的衰減等等因素，導(dǎo)致了無線室定位還是不能夠解決問題，故目前大局部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(jī)器人：由荷蘭Amaryllo公司最近推出的一個"家庭安防機(jī)器人〞IcamPROFHD，如圖1-1所示，它實(shí)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，一家公司生產(chǎn)制造的安防機(jī)器人，身高1米5，體重40KG的機(jī)器人，如圖1-2所示，它的作用原理是檢測機(jī)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1-1IcamPROFHD圖1-2公司制造安防機(jī)器人1.3研究意義在看完國外的開展現(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、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(jìn)展無死角監(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安防資源。為解決上述問題，本工程組研制了一套基于卡爾曼濾波的紅外室定位裝置，使得安防機(jī)器人能夠在室巡防，發(fā)現(xiàn)異常，同時攜帶一枚有云臺的攝像頭，配合機(jī)器人的移動以及攝像頭角度調(diào)整就能實(shí)現(xiàn)無死角監(jiān)控；對于如何將室安防資源整合，本工程組是這樣做的：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(shí)時回傳到安防機(jī)器人，協(xié)調(diào)其進(jìn)展主動防御，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)一套室定位解決方案，同時推動國智能機(jī)器人的開展！圖1-3智能巡防機(jī)器人外觀系統(tǒng)方案本工程是一個多主控協(xié)調(diào)、分工明確的系統(tǒng)，目的是為了縮短開發(fā)周期〔將工程容模塊化使得開發(fā)成員間能獨(dú)立開發(fā)需要的功能，最后進(jìn)展系統(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(jī)制可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，本系統(tǒng)利用了如下處理器：S5PV210、STM32F407、STC15F2K61S2、CC2530；下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，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:本工程組使用的S5PV210中央處理器采用了ARMCortex-A8核，ARMV7指令集，主頻可達(dá)1GHZ，64/32位\t"baike.baidu./_blank"部總線構(gòu)造，32/32KB的數(shù)據(jù)/指令一級緩存，512KB的二級緩存，可以實(shí)現(xiàn)2000DMIPS〔每秒運(yùn)算20億條指令集〕的高性能運(yùn)算能力。S5PV210包含很多強(qiáng)大的硬件編解碼功能，建MFC〔MultiFormatCodec〕，支持\t"baike.baidu./_blank"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(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，以及需要對各個核心分配任務(wù)、監(jiān)管狀態(tài)，眾所周知，Linux網(wǎng)絡(luò)方面優(yōu)勢明顯，鑒于S5PV210強(qiáng)大的處理能力，最終選擇S5PV210作為本工程組的主要核心。圖2-2Cortex-A8核心板STM32F407：在姿態(tài)解算、調(diào)整方面，工程組使用的是一塊STM32F407芯片，STM32F4系列是意法半導(dǎo)體推出的基于Cortex-M4核的高性能微控制器〔圖2-3〕，該微控器采用了90nm的NVM工藝和ART〔自適應(yīng)實(shí)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(diǎn)單元〕，提升了計(jì)算能力，可以進(jìn)展一些復(fù)雜的計(jì)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(qiáng)大的計(jì)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(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制，也就是對巡防機(jī)器人的姿態(tài)控制。圖2-3STM32F407STC15F2K61S2：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核單片機(jī)，其部集成了高精度R/C時鐘，5MHz~35MHz時鐘頻率圍可調(diào)，可以徹底省去外部晶振和復(fù)位電路〔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)之所以選擇該單片機(jī)作為紅外定位系統(tǒng)的核心是因?yàn)樗惴ㄐ枰⒃趶?fù)雜的I/O端口操作上〔對編號為0~7紅外接收管、8~15紅外接收管、0~7紅外壁障頭的操作，共計(jì)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(jī)設(shè)計(jì)核心板如圖2-4所示。圖2-4STC15F2K61S2核心板CC2530：該處理器也是增強(qiáng)型8051核的單片機(jī)，但是它是建立在ZigBee上,這是一個基于IEEE802.15.4的標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)是低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低本錢，簡單來說就是一種低功耗無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。首先說明為什么本工程組需要建立第二個網(wǎng)關(guān)，如圖2-5所示，是Zigbee與藍(lán)牙和WIFI傳輸標(biāo)準(zhǔn)的比照圖，本工程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(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對本工程來說，速率是足夠的，且功耗極低，實(shí)際測試發(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，空曠場地可以到達(dá)200m以上且在室信號的穿透能力良好。故本工程采用CC2530來作為無線傳輸方案，用于整合防御區(qū)域所有安防設(shè)備進(jìn)展組網(wǎng)，及數(shù)據(jù)間的交互，完成與巡防機(jī)器人的聯(lián)動防御。圖2-5Zigbee、Bluetooth、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)時回傳自然不能少，巡防機(jī)器人要充當(dāng)無人環(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)效勞器，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(jìn)展轉(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電源局部電源是整個系統(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，供應(yīng)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(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-DC降壓方案，芯片選擇為LM2596S-ADJ，該芯片可調(diào)輸出電壓為：1.2V~37V±4%，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室定位目前來說，室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(qiáng)度來進(jìn)展的，2.4G信號并不是最靠譜的，一旦被遮擋或者干擾，信號強(qiáng)度就會有嚴(yán)重的衰減，如圖2-8是2.4G信號障礙物衰減經(jīng)歷值。針對這一情況，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。圖2-82.4G信號障礙物衰減經(jīng)歷值功能與指標(biāo)3.1智能巡防機(jī)器人實(shí)現(xiàn)功能使用S5PV210處理器運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)搭建網(wǎng)絡(luò)效勞器；利用搭建的網(wǎng)絡(luò)效勞器實(shí)時傳輸視頻數(shù)據(jù)〔H.264格式〕至Android終端進(jìn)展解碼播放；具備室定位功能，能避開障礙獨(dú)立自主趕往異常節(jié)點(diǎn)，并在終端報警；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(kuò)展一系列傳感器、控制器；提供終端AndroidApp可以用于提示使用者入侵或者異常情況；具備手動操縱〔機(jī)器人運(yùn)動、攝像頭云臺等〕功能；具備實(shí)時查看環(huán)境參數(shù)功能；具備一定的身份驗(yàn)證功能；使用時伴有語音提示，增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)；動力能夠重載一定重量的物體，并且運(yùn)動靈活；3.2智能巡防機(jī)器人功能指標(biāo)測定的環(huán)境參數(shù)：溫度圍：0℃-50℃；濕度圍：20%-95%RH；精度：溫度±2℃；濕度±5%RH；測定環(huán)境氣體參數(shù)：探測圍：300-10000ppmm；適用于：液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣等等；視頻能夠以24fps進(jìn)展實(shí)時回傳，流暢、清晰度高，且圖像可存儲于終端；ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠智能的自動參加認(rèn)證的新節(jié)點(diǎn)設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸距離超過200m于空曠場地，室三層信號正常；Android終端具有ID及密碼身份認(rèn)證功能，防止他人侵入系統(tǒng)；第4章實(shí)現(xiàn)原理4.1Linux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客戶端的請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)程來處理，再剖析開來，本工程的TCP并發(fā)效勞器是用了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。圖4-1TCP并發(fā)效勞器創(chuàng)立流程4.1.2使用Linux進(jìn)展任務(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(yùn)行多個進(jìn)程。進(jìn)程間通訊本工程組運(yùn)用了有名管道的方法：有名管道提供了一個路徑名與之進(jìn)展關(guān)聯(lián)，以FIFO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。圖4-2Linux任務(wù)分配流程4.2Android終端實(shí)現(xiàn)4.2.1Android終端人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)本工程組利用安卓上層開發(fā)的優(yōu)勢，開發(fā)了Android終端，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，Android終端主要是用于控制機(jī)器人的狀態(tài)、獲得測量的環(huán)境參數(shù)、查看實(shí)時傳輸?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發(fā)，以及監(jiān)聽效勞和線程管理，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。圖4-3Android終端界面圖4-4Android終端運(yùn)行機(jī)制4.2.2Android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根本模型〔根本模型如圖4-5所示〕進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)編程,一方面因?yàn)榛赥CP的Socket編程簡單,另一方面在利用在本系統(tǒng)進(jìn)展通信時，數(shù)據(jù)可以平安可靠的傳輸?shù)侥繕?biāo),不僅如此，效勞器端的程序可以翻開多個線程與多個客戶進(jìn)展通信。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Socket連接，同時創(chuàng)立一個新線程對該Socket進(jìn)展單獨(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,先獲得效勞端(S5PV210控制板的網(wǎng)絡(luò)端口號和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控制板)上，這樣就實(shí)現(xiàn)了Android終端與網(wǎng)絡(luò)效勞器的通訊。圖4-5Socket模型4.2.3Android終端對于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)，然后通過圖4-6的流程進(jìn)展數(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(shí)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)展H.264解碼的。圖4-6對于獲取視頻解碼流程4.4ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)前文提到："整合安防區(qū)域的所有安防設(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，另一方面是因?yàn)閆igBee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?yàn)槭紫韧ㄟ^ZigBee的終端節(jié)點(diǎn)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(jìn)展編碼，編碼后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過ZigBee運(yùn)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)效勞器，終端節(jié)點(diǎn)同時負(fù)責(zé)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(dǎo)巡防機(jī)器人，這樣就實(shí)現(xiàn)了對巡防機(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4-7ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)4.5巡防機(jī)器人基于室定位的智能路徑實(shí)現(xiàn)相信室定位這一問題是比擬困擾廣闊開發(fā)者的，傳統(tǒng)的無線信號強(qiáng)度定位在遭遇諸如：信號繁多復(fù)雜的場合、障礙物較多的場合等等會導(dǎo)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(shí)現(xiàn)方法：對于發(fā)射源來說，本工程團(tuán)隊(duì)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，假定本工程組的紅外定位裝置如圖4-10所示〔該裝置共計(jì)16個接收頭，此處只以1~7號頭作講解〕，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(dāng)紅外光射入整個模塊時，因?yàn)闃?gòu)造的問題，2~6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2~6號頭，此時再進(jìn)展取中值，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(dāng)遭遇此種干擾時，中值頭會發(fā)生跳動，實(shí)際是4號頭，但是會突變?yōu)?號，或者6號等等，本工程組將該現(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(zhǔn)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(shí)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(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%的圍；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?N5822肖特基二極管，防止正負(fù)極反接，在輸出參加了一顆電感以及一顆1N5822作為續(xù)流器件，在電源輸入GND端參加0Ω電阻隔離地。這樣就實(shí)現(xiàn)了多路開關(guān)隔離可調(diào)電源，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定、純潔的輸入電壓，提供足夠功率！原理圖如圖4-11。圖4-11LM2596-ADJ三路隔離輸出電壓可調(diào)DC-DC第5章硬件框圖5.1S5PV210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(wù)分配，同時建立網(wǎng)絡(luò)效勞器。具體框圖如圖5-1所示。圖5-1S5PV210硬件框圖5.2STM32F4硬件框圖以STM32F4作為姿態(tài)解算核心，負(fù)責(zé)巡防機(jī)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(jìn)展濾波以及中值頭計(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，一局部轉(zhuǎn)換為控制指令讓機(jī)器人運(yùn)動，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5-2STM32F4硬件框圖5.3ZigBee硬件框圖傳感器通過ZigBee終端進(jìn)展驅(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(yùn)用，最終實(shí)現(xiàn)安防資源的整合。具體框圖如圖5-3所示。圖5-3ZigBee