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基本信息
- 項目名稱：
- Wifi智能安全衛(wèi)士
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是一個利用Wifi無線網(wǎng)絡(luò)作為載體，ATmega16為主控芯片制作的無線控制機器人?？梢詫崿F(xiàn)：無線通訊，實時四驅(qū)，多向機械云臺，視頻監(jiān)控，電器紅外遙控，環(huán)境溫濕度檢測，超聲波測距等功能。 本作品既可以用于圖書館等建筑物內(nèi)部，對樓區(qū)各樓層進行監(jiān)控。也可以用在生活小區(qū)中，完成安防工作。還可以推廣到野外作業(yè)等各個領(lǐng)域。 目前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究甚少，推廣前景廣泛。
- 詳細(xì)介紹：
- 1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)的核心是ATmega 16控制器，具有完善的控制系統(tǒng)、強勁的動力系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、圖像等信息采集系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用的是WIFI無線通信系統(tǒng)。 動力系統(tǒng)為四輪直流電機驅(qū)動裝置。 控制系統(tǒng)為ATmega 16主控芯片來控制各電機、舵機等裝置完成機器人的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，攝像頭的上下、左右等運動。 由溫度傳感器、濕度傳感器、紅外傳感器、距離傳感器、災(zāi)害氣體檢測器等組成的傳感器系統(tǒng)，用于指示機器人的當(dāng)前情形，并能決定機器人前進與否、走向等運動信息。 圖像等信息采集系統(tǒng)可獲取機器人所在環(huán)境的信息，為信息的采集以及環(huán)境勘測提供具體的實際依據(jù)。 上位機控制平臺主要完成實時與機器人通信；實時采集、處理并記錄圖像信息；遠(yuǎn)程無線遙空控制機器人完成前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的基本動作；記錄攝像頭所拍攝到的圖像信息等功能。 2 無線WIFI系統(tǒng) 對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可簡單地單獨立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱振子組成天線陣。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子。另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子。 2.1 控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要由圖像記錄系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、兩部分組成。 2.2 圖像記錄系統(tǒng) 本項目所采用的圖像記錄系統(tǒng)和傳統(tǒng)意義上的有很大的不同，利用的是無線路由器的功能，將攝像頭通過固件的刷機掛載到路由器上，通過上位機操作直接對攝像頭進行控制，并將圖像信息時時傳送到PC機等可以連接WIFI的設(shè)備上。操作方便，簡單，快捷。 2.3 運動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng)核心為基于ATmega 16的核心技術(shù)，其是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。 此芯片有較強大的控制功能，造價較低。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 主運動控制器主要是保證機器人在路上的運動姿態(tài)，通過對圖像的觀察來直接遙控控制機器人。從運動控制器控制的是攝像頭的角度調(diào)整。主從運動的相互配合采大大的提高系統(tǒng)的實時性及可靠性，便于故障檢測也便于任務(wù)的分配。 3 傳感器系統(tǒng) 傳感器系統(tǒng)主要有一下幾部分組成 （1）圖像傳感器 圖像傳感器主要采用一臺攝像機可以對前方及機器人方進行監(jiān)視。攝像頭前視主要是對前方中近距離環(huán)境進行觀測。攝像頭俯視主要是實現(xiàn)巡線、儲物盒的識別及最終標(biāo)記物的投放。 （2）溫度傳感器 主要采用的是造價較為便宜的DS18B20，可以感受到環(huán)境的溫度，及時的記錄并傳送給基地站。 （3）濕度傳感器 人類的生存和社會活動與濕度密切相關(guān)。隨著現(xiàn)代化的實現(xiàn)，很難找出一個與濕度無關(guān)的領(lǐng)域來。濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。 （4）紅外傳感器 目前熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個目標(biāo)紅外輻射的分布圖像。熱探測器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高，進而使探測器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。檢測其中某一性能的變化，便可探測出輻射。多數(shù)情況下是通過熱電變化來探測輻射的。當(dāng)元件接收輻射，引起非電量的物理變化時，可以通過適當(dāng)?shù)淖儞Q后測量相應(yīng)的電量變化。 4 電源管理系統(tǒng) 電池的選擇為鋰聚合物電池，容量在4AH電壓為18.4v。該系統(tǒng)主要完成對電池輸出的電壓電流進行檢測，實現(xiàn)對電池的過流過放的保護以及電量低報警、剩余電量可使用時間預(yù)測等工作。并且該系統(tǒng)將電池電壓進行升壓及穩(wěn)壓，為系統(tǒng)各個模塊提供穩(wěn)定的電力輸出。 5 上位機控制平臺 上位機控制平臺主要完成圖像實時采集；控制機器人完成前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等水下基本動作等功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 利用非常成熟的Wifi無線網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)載體，實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)，音視頻雙向數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)利用無線機器人完成各種特殊任務(wù)，可以讓人們更加體會到科技的魅力，真正的把科學(xué)技術(shù)運用到生活實處。 基本思路： 使用ATmega16單片機作為數(shù)據(jù)處理中心，將電腦手機端發(fā)送的控制數(shù)據(jù)經(jīng)過路由器轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)，ATmega16再將路由器發(fā)送的串口數(shù)據(jù)進行分配來控制四個車輪的工作狀態(tài)模式和兩個舵機的工作角度，使小車完成各種控制者所設(shè)想的動作。設(shè)備上還配備超聲波模塊，攝像頭，溫濕度傳感器等，可以對所在環(huán)境進行實時監(jiān)控，并將信息反饋給使用者，從而完成對所在環(huán)境的偵察檢測，和對設(shè)備的實時控制等。 創(chuàng)新點： 將人們所熟知的路由器，通過一些簡單的處理，改造成用于社區(qū)安防工作中的安全衛(wèi)士，從而減少花費在這方面的人力物力。 技術(shù)關(guān)鍵： Wifi Mega16 無線視頻傳輸 技術(shù)指標(biāo)： 機器人規(guī)格：長 300mm；寬 300mm；高 200mm 最大行駛速度： 3m/s 最大控制范圍（空曠）： 30m 圖像采集 ：301攝像頭，70度仰角，180度左右搖頭，可視距離大于5m 自重：5KG 最長行駛時間（鋰電9800mAH）：2小時 Wifi智能安全衛(wèi)士能夠?qū)崿F(xiàn)的功能概括如下： 無線通訊，實時四驅(qū)，多向機械云臺，視頻監(jiān)控，電器紅外遙控，環(huán)境溫濕度檢測，超聲波測距。
科學(xué)性、先進性
- 科學(xué)性與先進性： 目前Wifi技術(shù)發(fā)展以很成熟，大量運用與手機，電腦等高端電子產(chǎn)品之中，是一種價格低廉，功能穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。但是對于其他領(lǐng)域，例如應(yīng)用到機器人，安防工作上的并不多見，國內(nèi)外對此領(lǐng)域尚未給予充分重視，即使有此方面的研究也僅限于電子愛好者的興趣使然。 我們的機器人利用Wifi技術(shù)來進行數(shù)據(jù)的實時傳輸，然后通過上位機控制，完成對機器人的實時控制和對其所處環(huán)境的實時檢測。 參考文獻 1.無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中WIMAX和Wi-fi的常見知識誤區(qū)《通信技術(shù)與發(fā)展》2007年19期 2.曹柱中，徐微莉《自動控制原理與設(shè)計》上海：上海交通大學(xué)出版社 1995.9 3.淺談WiFi《工程設(shè)計CAD及自動化》 2006年04期 4.Wifi技術(shù)及其應(yīng)用 《電信科學(xué)》 2006年07期 5.張福祥等.C++/VC面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001 6.寬帶無線接入技術(shù)生命力比較《現(xiàn)代電信科技》2008年01期
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該作品曾在哈爾濱工程大學(xué)第十七屆“五四杯”科技創(chuàng)新競賽中獲得一等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 可以現(xiàn)場實物展示，也可以進行現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明：只需要通過一臺帶有Wifi功能的產(chǎn)品，如：筆記本電腦，手機等。連接到機器人的無線網(wǎng)絡(luò)，之后通過登陸控制界面，就可以接收到通過機器人攝像頭返回的實時視頻，而且可以通過鍵盤的操作對它的行為活動進行控制。使用十分方便。 技術(shù)特點及優(yōu)勢：Wife技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的十分成熟，但多用于手機，電腦等，而將其運用到安防工作中，實屬罕見，國內(nèi)外對此領(lǐng)域尚未給予充分重視。 適用范圍：Wife 機器人外殼設(shè)計合理，車殼采用特殊材料制成，對工作環(huán)境無特殊要求，既可以用于圖書館等建筑物內(nèi)部，對樓區(qū)各樓層進行監(jiān)控。也可以用在生活小區(qū)中，完成安防工作。還可以推廣到野外作業(yè)等各個領(lǐng)域。減少人力與物力的浪費，方便快捷 推廣前景：Wife 機器人性能穩(wěn)定可靠，操作方便，制作簡單，功能強大，推廣前景十分廣泛。 市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測：機器人利用的是普通的路由器，電路板的制作也無特殊要求，簡單方便。造價低廉，如果可以的話，十分利于推廣，經(jīng)濟效益也會十分可觀。
同類課題研究水平概述
- 未來WiFi/WiMAX的發(fā)展方向包括： *網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，覆蓋更大的范圍，從熱點到熱區(qū)到整個城市 *WiFi手持終端和VoWLAN業(yè)務(wù)必然成為潛在的應(yīng)用模式。 *基于IP的WiFi/WiMAX的交換技術(shù)和開放的業(yè)務(wù)平臺，將使WLAN網(wǎng)絡(luò)更智能、 更易管理。 *基于多層次的安全策略（WEP、WPA、WPA2、AES、VPN等）提供不同等級的安全方案，將使企業(yè)、個人用戶可以根據(jù)不同的性價比來選擇滿足自己需要的安全策略。 目前WIFI技術(shù)的應(yīng)用主要向手機等通訊電子方向發(fā)展，對于應(yīng)用到無線通信機器人的幾乎是一個空白，本項目采用WIFI無線通信來進行對機器人的控制，同時進行圖像的時時傳輸，并且能夠時時的對外界地形的勘測，溫度濕度的讀取，紅外感應(yīng)的操作方面，只要可以接入無線網(wǎng)的地方就能夠控制機器人來從事相關(guān)的任務(wù)，為人類服務(wù)。
