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基本信息
- 項(xiàng)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(gè)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(jī)器人。可以實(shí)現(xiàn)：無線通訊，實(shí)時(shí)四驅(qū)，多向機(jī)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(jìn)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(gè)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(qiáng)勁的動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)為四輪直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。 控制系統(tǒng)為ATmega 16主控芯片來控制各電機(jī)、舵機(jī)等裝置完成機(jī)器人的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，攝像頭的上下、左右等運(yùn)動(dòng)。 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(jī)器人的當(dāng)前情形，并能決定機(jī)器人前進(jìn)與否、走向等運(yùn)動(dòng)信息。 圖像等信息采集系統(tǒng)可獲取機(jī)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(shí)際依據(jù)。 上位機(jī)控制平臺主要完成實(shí)時(shí)與機(jī)器人通信；實(shí)時(shí)采集、處理并記錄圖像信息；遠(yuǎn)程無線遙空控制機(jī)器人完成前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的基本動(dòng)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(gè)半波對稱振子可簡單地單獨(dú)立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個(gè)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(gè)窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、兩部分組成。 2.2 圖像記錄系統(tǒng) 本項(xiàng)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(jī)掛載到路由器上，通過上位機(jī)操作直接對攝像頭進(jìn)行控制，并將圖像信息時(shí)時(shí)傳送到PC機(jī)等可以連接WIFI的設(shè)備上。操作方便，簡單，快捷。 2.3 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)核心為基于ATmega 16的核心技術(shù)，其是基于增強(qiáng)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(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。 此芯片有較強(qiáng)大的控制功能，造價(jià)較低。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)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(yùn)動(dòng)控制器主要是保證機(jī)器人在路上的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，通過對圖像的觀察來直接遙控控制機(jī)器人。從運(yùn)動(dòng)控制器控制的是攝像頭的角度調(diào)整。主從運(yùn)動(dòng)的相互配合采大大的提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(jī)可以對前方及機(jī)器人方進(jìn)行監(jiān)視。攝像頭前視主要是對前方中近距離環(huán)境進(jìn)行觀測。攝像頭俯視主要是實(shí)現(xiàn)巡線、儲(chǔ)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(jià)較為便宜的DS18B20，可以感受到環(huán)境的溫度，及時(shí)的記錄并傳送給基地站。 （3）濕度傳感器 人類的生存和社會(huì)活動(dòng)與濕度密切相關(guān)。隨著現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)，很難找出一個(gè)與濕度無關(guān)的領(lǐng)域來。濕敏電阻的特點(diǎn)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(shí)，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(shí)，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(gè)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(jìn)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(shí)，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(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)對電池的過流過放的保護(hù)以及電量低報(bào)警、剩余電量可使用時(shí)間預(yù)測等工作。并且該系統(tǒng)將電池電壓進(jìn)行升壓及穩(wěn)壓，為系統(tǒng)各個(gè)模塊提供穩(wěn)定的電力輸出。 5 上位機(jī)控制平臺 上位機(jī)控制平臺主要完成圖像實(shí)時(shí)采集；控制機(jī)器人完成前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等水下基本動(dòng)作等功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、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(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)，音視頻雙向數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)利用無線機(jī)器人完成各種特殊任務(wù)，可以讓人們更加體會(huì)到科技的魅力，真正的把科學(xué)技術(shù)運(yùn)用到生活實(shí)處。 基本思路： 使用ATmega16單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理中心，將電腦手機(jī)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(jìn)行分配來控制四個(gè)車輪的工作狀態(tài)模式和兩個(gè)舵機(jī)的工作角度，使小車完成各種控制者所設(shè)想的動(dòng)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)控制等。 創(chuàng)新點(diǎn)： 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(fèi)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(jī)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(shí)間（鋰電9800mAH）：2小時(shí) 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(shí)時(shí)四驅(qū)，多向機(jī)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(jìn)性
- 科學(xué)性與先進(jìn)性： 目前Wifi技術(shù)發(fā)展以很成熟，大量運(yùn)用與手機(jī)，電腦等高端電子產(chǎn)品之中，是一種價(jià)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(jī)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(jī)器人利用Wifi技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，然后通過上位機(jī)控制，完成對機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制和對其所處環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測。 參考文獻(xiàn) 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(dòng)控制原理與設(shè)計(jì)》上海：上海交通大學(xué)出版社 1995.9 3.淺談WiFi《工程設(shè)計(jì)CAD及自動(dòng)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(jì)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(jiǎng)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(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)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(shí)物展示，也可以進(jìn)行現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)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(jì)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(jī)等。連接到機(jī)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(jī)器人攝像頭返回的實(shí)時(shí)視頻，而且可以通過鍵盤的操作對它的行為活動(dòng)進(jìn)行控制。使用十分方便。 技術(shù)特點(diǎn)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(jī)，電腦等，而將其運(yùn)用到安防工作中，實(shí)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(jī)器人外殼設(shè)計(jì)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(jìn)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(gè)領(lǐng)域。減少人力與物力的浪費(fèi)，方便快捷 推廣前景：Wife 機(jī)器人性能穩(wěn)定可靠，操作方便，制作簡單，功能強(qiáng)大，推廣前景十分廣泛。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：機(jī)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(jià)低廉，如果可以的話，十分利于推廣，經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)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(diǎn)到熱區(qū)到整個(gè)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(gè)人用戶可以根據(jù)不同的性價(jià)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(jī)等通訊電子方向發(fā)展，對于應(yīng)用到無線通信機(jī)器人的幾乎是一個(gè)空白，本項(xiàng)目采用WIFI無線通信來進(jìn)行對機(jī)器人的控制，同時(shí)進(jìn)行圖像的時(shí)時(shí)傳輸，并且能夠時(shí)時(shí)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(jī)器人來從事相關(guān)的任務(wù)，為人類服務(wù)。
