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1、J2014第十届“博创杯”全国大学生嵌入式物联网设计大赛作品设计报告小区安防监控机器人Residential security robot设计报告队伍编号（官网报名后自动生成的）：B-HD-20140066参赛学校：江阴职业技术学院作 者：魏亮 刘俊煌 王帅指导教师：杨立志 苏春芳组别：工程硕士组 本科组 高职组 参选奖项： 标准赛项 恩智浦专项 风河专项 摘 要当前，许多生活小区的治安巡逻任务由物业保安人员负责完成，巡逻任务靠人工实施往往会造成管理困难，薪酬纠纷不断等问题，而保安人员很多时间疲于空转，抓不住实质性的防控重点。为了有效协助保安人员完成常规性的巡逻任务，及时了解防控区内的治安状况
2、，准确实时的锁定关键防控部位，同时也为了协助物业部门解决劳动力成本过高，有效安排、管理保安人员等问题，本文开发了一种能够代替保安人员在小区内规定的路线上完成巡逻，监测任务的小区安防监控机器人。小区安防机器人主要由行走机构、传感器系统、控制决策系统组成。其中行走机构是机器人的重要组成部分，良好的行走机构控制方法是机器人顺利完成任务的重要保证；传感器系统由电子罗盘、光电传感器、灰度传感器组成，对多种传感器信息进行融合后，对运动状态做出合理的决策，并反馈给控制系统；控制系统是小区安防机器人的核心系统，指挥传感器系统和控制系统协同工作，通过分析获取到的信息，得出合理的方案，能够使用小区安防机器人进行自
3、主躲避障碍物、沿黑线自主行走，并实时将采集到的图像反馈控制界面。本系统对小区安防机器人的行走机构、传感器系统和控制系统进行了设计与实现，科学的分析小区安防机器人工作的环境和需要完成的功能，合理设计、组装该机器人的硬件结构，开发平台由博创的cotex-A8组成，执行对机器人的运动控制和图像监控以及工作状态监控；利用2个51单片机控制轮式运动机构的运动；人机交互程序的编程语言是QT开发语言，界面设计人性化、合理化；步进电机控制程序的编程语言是Ceil51，通信方式由wifi和串口完成。小区安防机器人的创新点在于该系统的智能性，首先通过机器学习，使安防机器人对小区的工作环境进行熟悉、了解，在工作模式
4、中，机器人会自主的选择运动路径，对路径的规划，在交叉路口进行科学的决策。关键词： 机器人行走机构,传感器系统,控制系统,步进电机,机器学习AbstractAt present, the security patrol is responsible for the property security of living area, Artificial patrol work often causes management difficulty, long time work of patrol in the living area often cause security staff tire
5、d, A number of security issues are omitted.In order to complete the patrol of living area in time and effective, reducing the word of the security staff, using residential security patrol robot to completed residential surveillance work,instead of security personnel.Residential security robot includ
6、es three main systems,such as sensor system, control and decision system. The walking mechanism is an important part of robot, controled by control system to complete the task of the robot,the sensor system collects the information of all kinds of sensors,such as electronic compass, gray sensor.Basi
7、ng on the information of the sensor system,the control part can make reasonable decision on the motion state. Such as avoiding obstacle in the moving state, walking along the black line, monitoring the image of the living area.We designed and realized the walking mechanism and sensor system and cont
8、rol system ,the contol system is the main part of the robot basing on the scientific analysing on the work environment and the function of the robot, Development platform of the robot is composed of cotex-A8 of Bo Chong composition, controling the motion of robot motion control and displaying video
9、captured by camera, using 2 Ceil51 to control DC motor. The UI of the interactive programming use QT language to complete, the program of Ceil51 is developed by C language, and other wise the communication of the each part is accomplished by WiFi and serial port.Thi innovation of the residential sec
10、urity robot is the intelligence of the system, through the robot learning on the work area. the robot can collect some impotant information of the working area, in the work mode, the robot will choose the path independently, planning the path to move.Key words: robot walking mechanism sensor system
11、controling system DC motor robot learning摘 要2Abstract3第一章 绪 论61.1 课题来源61.2 课题研究背景61.3 客户需求7第二章 系统方案83.1 可行性分析83.1.1 经济可行性83.1.2 技术可行性83.2 系统设计方案9第三章 总体设计113.1硬件体系结构113.1.1控制台113.1.2安防监控机器人123.2软件体系结构153.2.1 功能模块153.2.2 综合运算模块163.2.3 决策模块17第四章 概要设计204.1通信模块204.1.1硬件结构204.1.2 网络通信204.2图像监控224.2.1 图像采集
12、设备224.2.2 图像传输234.3传感器融合模块234.3.1巡迹行走234.3.2位置定位244.3.3超声避障26第五章 详细设计与实现275.1 UI界面275.1.1 界面设计275.1.2 实现与效果295.2学习模式325.3工作模式35第六章 系统测试386.1网络通信测试用例386.2传感器测试用例396.3学习功能测试用例406.3工作功能测试用例416.5 BUG的处理解决方案42第七章 结论特色46附录47参考文献48第一章 绪 论1.1 课题来源随着科学的发展，智能化家居小区进行人们的生活，给人们的生活带来了便捷与安全，当前，许多生活小区的治安巡逻任务由物业保安人员
13、负责完成，巡逻任务靠人工实施往往会造成管理困难，薪酬纠纷不断等问题，而保安人员很多时间疲于空转，抓不住实质性的防控重点。为了有效协助保安人员完成常规性的巡逻任务，及时了解防控区内的治安状况，准确实时的锁定关键防控部位，同时也为了协助物业部门解决劳动力成本过高，有效安排、管理保安人员等问题，本文开发的小区安防机器人能够代替保安人员对小区进行安全巡逻，发现潜在的安全隐患，安防机器人能够代替保安人员在小区内规定的路线上完成巡逻，监测小区周边环境，并实时采集图像传递给监控人员，使得监控人员足不出户就可以对小区周边的环境了如指掌，高效的完成对小区环境的巡逻任务。1.2 课题研究背景目前视频检测机器人在国
14、有了长足的发展，通过无线进行图像传输，从而完成视频监测的功能。对于安防小区的安防机器人这一领域，刚刚起步，机器人利用机器人携带的摄像装置，实现小区内及周边环境的异常情况的检测与巡视，将检测到的数据和图像信息经过无线传输系统发送到监控室；通过监控室监控设备接收、显示发回的数据和图像资料。小区安防机器人涉及的重要的关键技术如下所列：1、视觉检查：视觉检查是应用最为广泛的监控方法，采用高分别率CCD摄像机摄取目标图像，实时传输给监控人员，可以根据图像确定是否存在异常或利用计算机图像处理和人工复查相结合的方法判断是否存在异常的情况。实现这一过程的难点在于巡线机器人如何自主控制携带的摄像设备，捕捉特定兴
15、趣目标，获取多视角、高清晰度目标图像。2、位置定位：实时确定巡线机器人在作业环境中所处的位置及故障点的位置，是巡线过程的又一重要任务。准确标识线路故障点的位置对于设备的检修、维护至关重要。可以采用里程计进行定位，也可以借助于GPS进行定位。在视频检测和位置定位这两方面国内外已经有了长足的发展，技术基本成熟，有成功的应用案例，对本项目提供了技术的支撑。1.3 客户需求 通过对小区安防监控机器人工作环境的分析和小区保安人员的工作进行科学的分析，对客户的需求进行梳理，归纳如下：一、用户对“小区安防监控机器人”的客户需求：1、在小区内进行巡逻工作时，机器人能够从保安室出来，自主行走，进行路径规划。2、
16、机器人在小区内进行巡逻工作时，实时拍摄图像并传输给监控台，在视频监控界面进行显示，及时反馈给保安人员。3、机器人当发现自身的电位不足时，自主返回保安室，进行自主充电。4、当机器人偏离运动轨道时，监控人员可以指挥机器人进行被动运动，回归到正常的轨道。二、完成用于人机交互的“控制台”的客户需求：产品要求：1、操作界面友好；2、能够向机器人发送运动指令；3、能够向机器人发送“图像接收”指令；三、产品开发文档1、要求文档规范。2、开发流程科学、严谨、详细。3、责任到人，模块分工明确。四、产品质量：1、产品操作方法简单。2、产品稳定性要高、速度要快。第二章 系统方案3.1 可行性分析3.1.1 经济可行
17、性小区安防监控机器人，是安防监控领域的新宠，代替保安人员对小区进行巡逻，不仅节省人力、物力的开支，还能够提高小区安防巡逻工作的质量，克服由于保安人员长时间工作的而造成的工作懈怠，遗漏食角的问题。本文开发设计的小区安防监控机器人具有很强的社会应用价值，主要应用领域为现在智能安居小区、厂矿企业、企事业单位的安防巡逻领域。安防巡逻机器人可以自主的在小区内沿线行走，多方位实时采集小区周边环境图像并传输给监控台，监控人员可以足不出户就能对小区内的环境一览无余。本产品的创新点在于将学习功能赋予机器人，使其具有智能性。在学习模式下，对路况进行熟悉，对路径进行规划，从而达到自主识别路径，自主下达命令，使小区安
18、防机器人实现自主工作。在工作模式下，机器人可以自主进行避障和定位，独立完成对小区的安防巡逻工作。当小区安防机器人出现脱离轨道时可以进行远程控制，使其回归正常轨道，从而达到了双重保障。3.1.2 技术可行性小区安防监控机器人应用到的技术问题主要包括传感器信息融合、视频监控、位置定位技术等。在以上方面，我们程序了一定的开发经验，参加了多类嵌入式方面的竞赛，程序了一定的经验。2011年，参加“苏大杯”第四届江苏省大学生机器人大赛家用吸尘比赛，在这次竞赛中，我们利用传感器信息的融合技术，对机器人进行路径规划，从中，我们积累了传感器系统设计的经验。2012年，参加“博创杯”第八届全国大学生嵌入式物联网设
19、计大赛，在这次大赛中我们自主研发了家用吸尘机器人的行走机构控制系统，在这次竞赛中，我们在控制机器人的运动方面，积累了丰富的经验。在图像监控、位置定位等方面，国内外也有一定的应用研究，为本项目的开发、设计提供了强有力的科学依据，有了以上的基础，开发、设计小区安防监控机器人技术上是可以的。3.2 系统设计方案我们根据“小区安防监控机器人”的功能需求以及应用的场地，我们设计了以下二套方案。方案一：硬件设计与实现：“小区安防监控机器人”行走机构： 履带式行走机构； 控制设备：UP-Magic6410； 摄像头：CMOS摄像头； 传感器：红外测试、电子罗盘，灰度传感器、光电传感器 控制台：PC机软件设计
20、与实现开发语言：VC+6.0； 图像处理技术：图像二值化、轨迹映射方案二：硬件设计与实现：“电力电缆故障监测机器人”行走机构：轮式行走机构； 操控器：UP-Magic6410+2Ceil51； 摄像头：USB摄像头； 传感器：超声传感器、电子罗盘，灰度传感器、光电传感器 控制台：CortexTM-A8软件设计与实现 开发语言：QT4.7.0； 图像处理技术：图像二值化、轨迹映射经过充分的论证，我们选择了技术方案二，小区安防机器人的信息主要包括两类，一是图像信息，二是位置信息和运动指令。监控于机器人是户外工作，与监控台之间的通信是通过无线网络，处理信息量大，原因方案二，理由是：1、CortexT
21、M-A8外扩B-LINK无线网卡；2、机器人的控制设备由UP-Magic6410和2块Ceil51，原因是机器人在工作状态下处理的信息量大，位置信息和运动指令可能不能丢失的原因，三个硬件设备分工协作。3、QT专业开发UI界面，具有良好的跨平台性并且设计的界面美观、精制。第三章 总体设计小区安防机器人总体功能主要包括机器学习和机器工作两种模式，本产品是安防监控领域的新宠，代替保安人员对小区进行巡逻。本产品的创新点在于将学习功能赋予机器人，使其具有智能性。在学习模式下，对路况进行熟悉，对路径进行规划，从而达到自主识别路径，自主下达命令，使小区安防机器人实现自主工作。在工作模式下，机器人可以自主进行
22、避障和定位，独立完成对小区的安防巡逻工作。当小区安防机器人出现脱离轨道时可以进行远程控制，使其回归正常轨道，从而达到了双重保障。3.1硬件体系结构3.1.1控制台北京博创兴业科技有限公司开发的UP-CUP210 型开发平台，CPU采用CortexTM-A8 CORE， UP-CUP210 采用基于Samsung 公司最新的S5PV210 嵌式微处理器。S5PV210 是一款16/32 的RISC 微处理器，具有低成本、低功耗、高性能等优良品质，适用于移动电话和广泛的应用开发。S5PV210 也包含了许多强大的硬件，用于提高任务运行的速度，例如动态视频处理，音频处理，2D 图形，显示和缩放等。集
23、S5PV210 具有良好的外部存储器结构。这种优化的结构能够在高端的通信服务中维持很高的内存宽带。存储系统拥有两个外部存储器接口、DRAM 和Flash/ROM。UP-CUP210 型教学科研平台集成了USB、SD、LCD、Camera 等常用设备接口，适用于各种手持设备、消费电子和工业控制设备等产品的开发。UP-CUP210 型平台可以作为计算机、电子通讯、软件开发等专业开设嵌入式软件课程的教学平台，又可作为广大从事PDA 和科研单位的参考设计平台。硬件的选择以满足以下功能需要为依据：1、机器人与控制台进行无线wifi通信，需要无线wifi模块的支持， UP-CUP210 型开发平台，运动U
24、SB-WIFI。2、对机器人的运动控制是通过指令输入、发送等操作完成，与之相关的人机交互程序要显示在LCD屏上，另外图像控制的指令发布、图像显示等交互程序要显示LCD屏上，配有7LCD触摸屏，并且固定在底板上。3、程序开发过程中，程序烧写、与开发板的通信是通过NFS文件系统实现的，硬件配置如图3-1所示。图3-1 CortexTM-A8硬件配置3.1.2安防监控机器人“安防监控机器人”的运动控制机构由两块Ceil51担当，分别命名为C51和S51。其中C51指挥控制步进电机转动， S51对传感器采集的信息进行融合，为综合运算单元传递重要的信息。UP-Magic6410（以下简称6410）与C5
25、1和S51之间以及C51和S51之间都是通过串口通信的，安防监控机器人与控制台的通信是通过无线网络进行的，包括图像信息和命令信息以及状态信息等。硬件结构图如图4-2所示。 图3-2 “安防小区监控机器人”硬件结构图“安防监控机器人”按照硬件结构共分为三个层，上位机和下位机和硬件设备层三部分构成，软、硬件件关系模块图如图4-4所示。上位机运动位置监控视频监控机器学习/机器工作下位机网络传输视频传输路径决策坐标定位视频采集串口通信V4l2S51C51光电传感器步进电机摄像头电子罗盘灰度传感器硬件层图3-3 “安防小区监控机器人”模块关系图3.2软件体系结构3.2.1 功能模块安防机器人在真正投入工
26、作前需要人工协助对指定的生活小区道路环境进行学习，学习过程中机器人按照人工指示自动把小区路径信息，方位信息，自身坐标系统信息以及需要重点巡逻的关键部位信息记忆下来，这些信息将作为机器人脱离人工指挥，独立完成工作（巡逻）时的重要参考信息，学习过程事实上是机器人熟悉自己的工作环境的过程。 安防机器人对小区环境信息进行学习后，即可脱离人工干预，独立进行工作（巡逻），在工作过程中，安防机器人依据学习过程中记忆的路径信息自动沿着规定道路巡逻，并同时完成以下任务： 1 通过摄像头获取周围环境的视频数据，并通过无线网络传送到保安室监控大屏显示。 2 通过超声波传感器实时监测道路路面障碍信息，监测到障碍后自动
27、避障。 3 通过罗盘实时测量自己的运行方向。 4 通过光电传感器实时测量自己的运行速度和计算运行里程。 5 依据运动参数（方向和运行里程）计算自己当前在小区中的坐标。 6 依据坐标信息，向保安人员汇报自己当前在小区中所处的位置，并显示在监控大屏上。 7 接受保安人员远程紧急通知，并按照通知完成规定的动作。 8 自动检测电量，当自身电量不足时，向保安室发出通知，并自主返回充电坞充电。 图3-4安防监控机器人整体结构图环境监测单元及驱动控制单元分别由两片8051系列单片机完成。综合运算单元由6410系列arm开发板为核心部件，监控单元由博创up-cup210开发板构成。环境监测单元主要负责检测机器
28、人行走过程中路径、障碍、方位等信息，在本设计中称为S-51，外接超声波测距、电子罗盘等传感器，获取到的环境信息经8051串口送入综合运算单元。驱动控制单元主要依据综合运算单元送来的决策数据完成对机器人行走电机，摄像头旋转舵机，充电起落架等动力单元的控制和调节，在本设计中称为C-51。3.2.2 综合运算模块综合运算单元作为机器人的控制中枢，是安防监控机器人的核心模块，是机器人的中枢控制机构，主要具有以下功能：1、环境信息数据融合2、控制决策3、视频捕获4、远程通信综合运算单元功能模块之间相互协同，进行工作，对传感器采集的信息进行融合，经过科学、严密的分析作做出科学的决策，如图4-2所示，环境信
29、息数据融合模块的输入、输出数据流图，其中视频流由单独的线程进行处理，将视频流分解为视频信息和视频数据两部分，视频信息包括视频格式信息和视频大小信息，决策模块将据此开辟合适的网络通道传送到监控单元。图3-5 综合运算单元模块关系图3.2.3 决策模块决策模块将远程控制模式处理为所有三种运行模式中优先级最高的一种，这是由于机器人在运行过程中受各种因素的干扰如突发性的天气变化、道路施工等有可能会出现某些无法预知的或自身无法纠正的错误动作，为了防止在无法预知的情况下机器人意外造成损伤或者是能迅速恢复正常运行，决策模块会绝对优先处理来自远程监控平台的控制指令。学习模式是机器人熟悉自身工作环境的一个重要功
30、能，从推广应用的角度讲，这一功能也是非常必要的，因为不同的生活小区其路径信息，环境状况都是不同的。机器人被安排在陌生的小区环境中执行巡逻任务，如果无法学习环境信息那么将会使机器人的使用意义大打折扣。本项目中，机器人的学习功能的实现是通过模仿生物远徙时会在沿途留下信息素，然后依靠搜索信息素正确找到目的地的功能进行设计的。一旦进入学习模式，决策模块将在记忆系统中开辟相应的存储空间，并根据环境信息融合单元提供的坐标方位、位移量等信息，在存储空间中“留下痕迹”。对一些关键部位，机器人将根据人工指示，除了留下痕迹外，还另外留下特殊的标志，决策模块涉及的具体功能子模块关系如下图4-3所示：图3-6 综合运
31、算单元模块关系图上图描述了综合运算单元中的决策模块与其它功能单元的衔接关系， 由于在本设计中，机器人共有三种运行模式即远程控制模式、学习模式和工作模式，在不同的运行模式下决策模块将有不同的决策算法，对不同的决策算法其输入输出数据流也互有差异。上图综合了三种运行模式下的输入输出数据流，并没有严格区分各种运行模式及其对应的输入输出。第四章 概要设计4.1通信模块4.1.1硬件结构监控单元的硬件平台采用Contex_A8开发板（简称A8），安防监控机器人的硬件平台是由C51和S51两块51单片机和UP-Magic6410开发板（简称6410）组合而成。各个硬件平台之间的通信方式包括无线通信和串口通信
32、。Contex_A8与UP-Magic6410之间通过无线WIFI通信；C51和S51之间以及51单片机与6410开发板之间的通信是串口通信。通信模块处理的主要信息包括图像信息、命令信息和位置信息。硬件结构图如图4-1所示。Contex_A8为开发平台的监控单元6410开发板S51 C51串口1Wifi串口2WifiTRTR传感器执行机构 图4-1 通信模块硬件结构图4.1.2 网络通信监控台与机器人之间的网络信息有三类，图像信息，位置状态信息和指令信息；鉴于信息的特征和网络的特点，采用UDP通信，分别开启2个udpSocket，分别用于传输图像信息和位置指令信息，采用多线程的方式。双户双击监
33、控平台的“startImage”按钮后，监控平台向8888端口发送广播包，只有6410开发板收到广播包后，回发“ok”信息，此时监控平台与6410建立网络连接，用于图像的传输。下层的6410将摄像头拍摄的图像，采用科学的分包机制，分包发送图像信息给监控平台，当监控平台收到数据包后，对数据包进行组包，并显示相应的图像。在监控平台双击“learnMode”，监控台向9888端口发送广播包，信息包含“learnMode”，下层的6410收到广播包后，回发“ok”信息，当监控台收到信息后，就可以向机器人发送运动指令了。向处于工作模式时，机器人向监控平台发送x和y坐标信息，将机器人的当前的位置描画小区的
34、电子地图上，显示在LCD显示屏上。图4-2为指令信息和位置信息的网络通信时序图。 图4-2运动控制 sequence4.2图像监控4.2.1 图像采集设备为了提高图像的质量，我们采用高清的摄像头，经过比较我们选取卓为科技（SOVIC）的鹰眼摄像头313， 30万像素 CMOS感光芯片，如图4-3所示，产品参数如表4-1所示。图4-3 鹰眼摄像头313表4-1摄像头313参数项目具体参数图像传感器30万像素 CMOS感光芯片最大图像分辨率640*480镜片五片全玻璃镜头，彩色滤光片IR视场62度帧速率320*240像素，30帧/秒；640*280像素，20帧/秒；1280*960像素，20帧/秒
35、视频格式24位真彩色，1420/RGB聚焦范围3cm-无限远图像信噪比72最低照明值5Lux亮度、白平衡设置自动、手动输入接口USB1.1（即插即用）4.2.2 图像传输 图像传输是在上位机的A8开发板和中间层的6410开发板之间进行的，6410首先将数据包分割，鉴于网络传输的能力，以1024kb为分割的单位，向上位机发送，A8收到数据包后，依据数据包的编号进行组包，并将图像显示在图像显示区域，时序图如图4-4所示。图4-4图像传输sequence4.3传感器融合模块4.3.1巡迹行走安防监控机器人可以在小区内沿线行走，本产品中采用的是5路灰度传感器，如图4-5所示。BFD-1000 专门设计
36、用作黑（白）线检测的传感器，特别适合复杂黑白线、交叉黑白线的检测，它有6 路高灵敏度的红外传感器（5 路巡线、1 路蔽障），能够对黑白线准确的识别，具有如下功能和特点：1.BFD-1000 集成5 路循迹传感器，适合复杂黑线（白线）的跟踪，对于简单的黑线（白线）寻取更不在话下。2.BFD-1000 有一路蔽障用的红外传感器，蔽障距离可以通过滑动变阻器调节，方便有蔽障需求的机器人设计。3.BFD-1000 有一个专门设计的触碰传感器，使得有这方面的需求机器人设计更加简便。4.BFD-1000 输出信号全部都为数字信号，方便与单片机相连。5.BFD-1000 全部传感器都有LED 灯作为指示，方便
37、调试6.BFD-1000 支持电压为3.0-5.5v 满足大多数系统需求。 图4-5 灰度传感器模块图4.3.2位置定位安防监控机器人运动位置信息来源于光电传感器和电子罗盘，如图4-6所示。确定机器人的位置，即x,y坐标主要依赖于以下信息：1、来源于光电转感器的轮子的转速。2、来源于电子罗盘的角度信息。经过比较，选择GY26电子罗盘，GY-26 是一款低成本平面数字罗盘模块。输入电压低，功耗小，体积小。其工作原理是通过磁传感器中两个相互垂直轴同时感应地球磁场的磁分量，从而得出方位角度，此罗盘以RS232 协议，及IIC 协议与其他设备通信。该产品精度高，稳定性高，能够在任意位置得到准确的方位角
38、，其输出的波特率是9600bps，数据以询问方式输出，具有校准功能和磁偏角补偿功能，适应不同的工作环境。 光电传感器电子罗盘 图4-6 位置定位传感器光电传感器外引三根线，分别为VCC棕色、GND蓝色、信号线黑色（在代码里初始化时必须把信号位置零）。当有物体遮住时，会把相应信号线连接的管脚置成成低电位，代码里进行计数，满足发送条件（目前是任意左右光电个数大于等于2）时发送，并把计数器清空，方便下次重新计数。原本设计为左右轮各装一个遮挡薄片，后来因精度问题，改为左右轮各安放五个（每72度安装一个遮挡薄片以提高精度）。光电传感器工作原理如图4-7所示。 4-7 光电传感器原理图分为发送器、接收器和
39、检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。4.3.3超声避障鉴于机器人工作环境的突发性和不可预
40、测性，有一些突发的情况，需要机器人进行自主躲避障碍物。为了准确的避障，选取的元器件必须测量精准，在30厘米内误差不得大于5厘米，本产品采用的超声传感器如图4-8所示。图4-8 超声传感器基本工作原理:1. 采用IO口TRIG触发测距，提供至少10us的高电平信号;2. 模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；3有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2;第五章 详细设计与实现“小区安防监控机器人”的人机交互界面主要是指监控单元的操作界面，也是使用者的主要操作界面。主要包括开机界面
41、、机器学习界面、位置定位界面和图像监控界面。5.1 UI界面5.1.1 界面设计“机器学习”界面的界面元素主要包括工作模式切换类按钮，运动指令类按钮，以及推杆电机的控制按钮，如表5-1所示，各个界面元素的布局结构如图5-1所示。 表5-1 机器学习界面元素按钮名类型功能learnmodeQPushButton切换到学习模式并发送工作象限studymodeQPushButton切换到学习模式scanfQPushButton搜索热点connectQPushButton连接选择的无线热点goQPushButton前进backQPushButton后退rightQPushButton右转leftQPu
42、shButton左转downQPushButton控制充电起落架的下降 upQPushButton控制充电起落架的上升图5-1机器学习界面“位置定位”界面主要是用于显示机器人的运动位置，该界面只有在工作模式下才有效。该界面主要包括小区电子地图显示区域和x,y位置信息显示区域，具体的界面元素如表5-2所示。各个界面元素的整体布局结构如图5-2所示。表5-2 位置定位界面元素按钮名类型功能2bitimageQPushButton二值化小区电子地图workmodeQPushButton切换到工作模式infoListQTextBrowserx,y位置信息imageLableQLabel在小区电子地图显
43、示机器人的位置信息图5-2 位置定位界面“图像监控”界面主要是用于显示小区安防监控机器人在运动中拍摄到的图像，该界面在工作模式下才有效，主要的界面元素布局结构如图5-3所示。图5-3图像监控界面5.1.2 实现与效果在界面类mainWindow的构造函数中，实现对界面元素的初始化，实现具体的设计与布局，在设计界面元素的同时绑定相对应的槽函数，用于对鼠标操作的事件的响应，主要的实现代码如下:mainWindow:mainWindow(QWidget *parent):QDialog(parent) /*学习模式*/ goButton=new QPushButton(Go);adjustButto
44、n=new QPushButton(adjust);initButton=new QPushButton(init);downButton=new QPushButton(Down);upButton=new QPushButton(up);leftButton=new QPushButton(left);rightButton=new QPushButton(right);stopButton=new QPushButton(stop);/*工作模式*/infoText = new QTextBrowser();twoBitButton = new QPushButton(tr(2bitIm
45、age);workConnect= new QPushButton(workMode);GridLayout *moveLayout = new QGridLayout(moveTab); moveLayout-addWidget(moveLabel,0,0,5,5);moveLayout-addWidget(infoText,0,6,1,2);moveLayout-addWidget(twoBitButton,3,6,1,1);moveLayout-addWidget(workConnect,4,6,1,1);/*视频监控*/imageConnect = new QPushButton(startImage);imageClose = new QPushButton(stopThread);QGridLayout *imageLayout = new QGridLayout(imageTab); imageLayout-addWidget(imageLabel,0,0,6,4);imageLayout-addWidget(imageConnect,0,7,
