可移动监控机器人

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，具有防盗监控，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。

本设计以美国德州仪器公司的单片机MSP430F247为中央控制核心，采用彩色CCD摄像头UM-800C采集图像，温度传感器DS18B20测量温度，火焰传感器R2868检测火灾，反射型红外光电开关RMF-DU10检测障碍物，两个直流减速电机为主要动力驱动，液晶显示屏OCM2X16B显示机器人参数及运行状态，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。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。

关键词：智能监控；温度传感器；火焰传感器；视频监控；无线传输。

目录

1 设计任务 (4)

2 方案设计及可行性分析 (4)

2.1 中央处理器的选型 (4)

2.2 视频图像的采集 (4)

2.3 温度的检测 (5)

2.4 火灾的监测 (5)

2.5 障碍物探测 (5)

2.6 动力及转向系统 (6)

2.7视频无线传输方案 (6)

2.8 电源系统 (7)

3 总体方案的设计 (7)

3.1 机器人的总体设计 (7)

3.2 监控中心的设计 (8)

3.3 转向系统机械结构设计 (9)

4.电路部分硬件设计 (9)

4.1系统总电路图 (9)

4.2 中央处理单元 (9)

4.3 视频图像的采集与显示 (10)

4.4 温度的采集 (11)

4.5 火灾的识别检测 (12)

4.6 动力驱动设计 (13)

4.7 机械手臂的驱动设计 (14)

4.8 无线数据传输 (15)

4.9 视频的无线传输 (15)

5 程序设计及功能实现 (17)

5.1 机器人主程序控制流程图 (17)

5.2 监控报警程序控制 (17)

5.2.1 温度超限报警 (17)

5.2.2 火灾监测报警 (19)

5.3 自动避障算法及程序控制 (19)

5.4 无线数据通信收发程序 (20)

5.5 主机监控系统软件介绍 (21)

6 功能测试与性能调试 (22)

6.1功能测试 (22)

6.2性能调试 (22)

7 结论 (22)

附录 (23)

附录1 系统总电路图 (23)

附录2 制作实物照片 (24)

附录3 机器人实物照片 (25)

可移动监控机器人

1 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。

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，火灾，防盗的监控功能，发现情况及时报警。

3）可以远程控制机器人的移动，并控制机器人拍照，录像等。

发挥部分

1）制作监控中心，机器人实时将采集的图像无线传输到监控中心。

2）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。

3）可以遥控机器人的手臂完成一些简单动作。

4）其它。

2 方案设计及可行性分析

2.1 中央处理器的选型

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FPGA作为处理器，功能强大，运算速度快，各种接口可以使用。

3）采用单片机控制，处理速度相对较低，但成本低廉。

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。2.2 视频图像的采集

可行性方案：

1）采用彩色数字CCD，图像清晰，像素分辨率高，价格比较贵。

2）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。

3）采用近距离无线摄像头，可以用无线视频接收机接收视频。缺点是发射

功率小，无法实现稍远距离的无线传输。

决策方案：采用方案2，另配以大功率无线视频发送模块实现视频图像的采集。

2.3 温度的检测

可行性方案：

1）采用集成电路式半导体温度传感器AD590，测温范围为-50℃-+150℃。

2）采用专用单线数字温度传感器DS18B20，测温范围为-55℃-+125℃。

3）采用I²C总线的温度传感器LM75A，测量范围：-55℃－+125℃。

4）采用热敏电阻式HM815温度传感器，测量范围：-10℃－+110℃。

决策方案：由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,它具有体积小，接口方便，传输距离远，价格低等特点。因此选用方案2。

2.4 火灾的监测

可行性方案：

1）采用红外光敏电阻，检测到火焰发出的红外光时输出模拟电压信号，但是受外界光线影响太大。

2）用烟雾传感器。烟雾传感器广泛应用与火灾检测。如果火灾较小，烟雾不大时难以检测到。

3）用紫外传感器检测火焰。紫外火焰传感器主要应用于火灾消防系统，尤其是一些易燃易爆场所，用来监测火焰的产生。紫外线火焰传感器的灵敏度高，相应速度快，抗干扰能力强，对明火特别敏感，能对火灾立即作出反应。

决策方案：采用方案3，反应迅速，远距离就可以识别火灾，灾情较小时亦可识别，且这种传感器型号较多，可根据具体性能要求选择合适的型号。

2.5 障碍物探测

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