安防机器人的设计与制作

安防机器人的设计与制作

摘要

本设计是一台智能化的移动监控机器人，它主要包括移动机器人和主控台

两大部分，能够实现防盗监控，温度监视，火灾报警等功能。该机器人能够自主

移动，也可以通过主控台遥控机器人的动作。

本设计以单片机MTC89C52R为C中央控制核心，采用彩色CCD摄像头UM-800C 采集图像，反射型红外光电开关RMF-DU1检0 测障碍物，两个直流减速电机为

主要动力驱动，采用DF数据发射、接收模块实现数据的无线传输，采用四频道

无线微波影音传输模块无线传输视频，可以实现远程视频监控.

本设计的特色是改变了现有监控系统的单一固定形式，大大提高了监控的灵

活性和实时性，不存在监控死角。开启机器人的自动巡逻功能后，机器人可以自

动按照设定的路线巡逻，途中遇到障碍物时能够自动识别并绕过障碍物, 并且还

可以实时摄像。此外本机器人监控系统不需另外架设线路，适应性强，即投即

用，简单、方便、经济、可靠。

目录

安防机器人的设计与制作 (1)

2 设计任务 (3)

2.1 基本要求 (3)

2.2 发挥部分 (3)

3 可行性分析 (4)

3.1 机器人的可行性方案 (4)

3.2 障碍物检测 (4)

3.3 动力及转向系统 (5)

3.4 电源系统 (5)

4 总体设计 (5)

5 硬件设计 (6)

5.1STC89C52RC的最小系统电路图： (6)

5.2 带有红外光探照灯的CCD摄像头的设计 (7)

5.3 直流电机驱动设计 (7)

5.4 云台的控制 (10)

5.5 无线遥控发射接收模块 (15)

6 软件设计 (19)

6.1 机器人主程序控制流程图 (19)

6.2 自动避障算法及程序控制 (19)

6.3 串口通信参数设置 (20)

6.4 实时监控 (21)

6.5 实时报警 (21)

7 功能测试与性能调试 (22)

7.1 功能测试 (22)

7.2 性能调试 (22)

8 结束语 (22)

1 引言

近年来，随着智能机器人技术的迅速发展，智能机器人的应用领域正在不断

地扩大。并且，随着人们生活质量的日益提高，智能机器人已经开始进入了家庭

服务行业。由智能型家庭服务机器人代替人来完成清洁卫生、物品搬运、家电控制、家庭娱乐、病况监视、儿童教育、报时催醒、电话接听等各种家务劳动，不

仅是一项极具应用前景的高新技术行业，而且也是智能机器人目前研究的一个重

要热点。另一方面，世界各国的老龄化问题也更进一步地加剧了对智能型家庭服

务机器人的需求。例如，目前在加拿大已有3，800，000 以上人的年龄超过65 岁，在德国超过82，000，000 人的年龄在60 岁以上，分别占该国人口的12. 43% 和22%，而且近年来还有加重趋势。在中国专家预言到2010 年中国独生子女和老龄化问题将更加严重。国际上较早开展安防机器人研究的是美国与前苏联，稍后，英国、日本、法国、德国等国家也纷纷开始研究该类技术。我国大约有30 家左右的高等院校和研究院在从事各类机器人的研究工作，在40 多年来，已在

机器人的各方面取得了可惜的成就，某些产品技术已接近国际先进水平。因此，

家庭服务机器人将在许多以老弱、病残、独子为主的家庭中占据一席之地。此外，以防盗监测和电及煤气安全检查为主要内容的家居智能安防系统在我国发展迅

速，近几年的增长速度达到15％－20％，家居智能安防业已经形成了一个巨大

的市场。为此，我们将家庭服务机器人与家居智能安防系统结合在一起，利用家庭服务机器人的机动性和自律能力来实现家居智能安防系统的功能，以便更有效地完成家庭服务和家居安防。

2设计任务

本设计的主要任务是在设计并制作一个可以移动监控的人形机器人。

2.3基本要求

1）机器人可以前进，后退，转弯等基本动作，并具有多自由度的手臂(自由度>4)。

2）具有图像，温度，湿度，火灾，防盗的监控功能，处于监控模式时，发

现不法分子闯入时发出恐吓声音警报，发现温度湿度不在正常范围内发出语音提示，并自动开启空调调节室内温度湿度。发现可燃气体泄漏时及时发出

语音警报并关闭燃气总阀门。当主人不在家时，能及时通过手机短信通知主

人。

3）可以遥控控制机器人的移动，可以舞蹈供主人娱乐。

4）主人可以通过手机发短信控制机器人做些规定好的任务，如喂宠物，开

空调等。

5）机器人可以设置为巡逻监控模式，此模式下机器人能够按照

设定的线路巡逻，并能识别障碍物，行驶过程中时能够自动饶过障碍物，实现自主移动监控。

2.4发挥部分

1）防盗报警，温度湿度调节，可燃气体报警，并及时关闭燃气总阀门。

2）通过短信的方式，把家中的情况告知主人。

3）可以通过手机发短信控制机器人做些规定好的任务，如喂宠物，开空调

等。

4)其它。

3可行性分析

2.5机器人的可行性方案

1）采用笔记本计算机控制，编程灵活，多种软件均可实现。

2）采用单片机控制，处理速度相对较低，但成本低廉。

3）采用输出标准TV视频信号的彩色CCD摄像头，可以直接配合使用无线视频发送器，且这种摄像头价格低廉；另配以大功率无线视频发送模块实现

视频图像的采集。

决策方案：

采用单片机作为控制器，本设计本着降低成本的原则设计。

2.6障碍物检测

可行性方案：

1）采用红外线反射管，反映灵敏，可靠性高，缺点是探测距离较近，一般在5cm以内。

2）采用反射型红外光电开关，探测距离可调，一般可以检测40cm 以内的障碍物。其工作原理是根据红外发光管发出的光束，遇到障碍物

时发生漫反射，红外接收管收到信号由同步回路选通而检测到障碍物，

其障碍物不限于金属，对所有能反射光线的物体均能检测。光电开关

RMF-DU10操作简单，使用方便。当有光线反射回来时，输出低电平。当

没有光线反射回来时，输出高电平。

3）采用超声波传感器，超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收。

然后将信号放大后送入单片机。超声波传感器在避障的设计中被广泛应

用。但是超声波传感器需要40KHz的方波信号来工作，因为超声波传感

器对工作频率要求较高，偏差在1％内，所以用模拟电路来做方波发生器

比较难以实现。而用单片机来作方波发生器未免有些浪费资源。

决策方案：

采用方案2，机器人可以原地转圈，在40cm内检测到障碍物，可以

自由绕过去，比方案3经济，简单。