基本信息
- 项目名称：
- Wifi智能安全卫士
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是一个利用Wifi无线网络作为载体，ATmega16为主控芯片制作的无线控制机器人。可以实现：无线通讯，实时四驱，多向机械云台，视频监控，电器红外遥控，环境温湿度检测，超声波测距等功能。 本作品既可以用于图书馆等建筑物内部，对楼区各楼层进行监控。也可以用在生活小区中，完成安防工作。还可以推广到野外作业等各个领域。 目前国内外相关领域研究甚少，推广前景广泛。
- 详细介绍：
- 1 系统整体结构 本系统的核心是ATmega 16控制器，具有完善的控制系统、强劲的动力系统、传感器系统、图像等信息采集系统。 数据传输系统采用的是WIFI无线通信系统。 动力系统为四轮直流电机驱动装置。 控制系统为ATmega 16主控芯片来控制各电机、舵机等装置完成机器人的前进、后退、左转、右转，摄像头的上下、左右等运动。 由温度传感器、湿度传感器、红外传感器、距离传感器、灾害气体检测器等组成的传感器系统，用于指示机器人的当前情形，并能决定机器人前进与否、走向等运动信息。 图像等信息采集系统可获取机器人所在环境的信息，为信息的采集以及环境勘测提供具体的实际依据。 上位机控制平台主要完成实时与机器人通信；实时采集、处理并记录图像信息；远程无线遥空控制机器人完成前进、后退、左转、右转的基本动作；记录摄像头所拍摄到的图像信息等功能。 2 无线WIFI系统 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。 两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子。 2.1 控制系统 该系统主要由图像记录系统、运动控制系统、两部分组成。 2.2 图像记录系统 本项目所采用的图像记录系统和传统意义上的有很大的不同，利用的是无线路由器的功能，将摄像头通过固件的刷机挂载到路由器上，通过上位机操作直接对摄像头进行控制，并将图像信息时时传送到PC机等可以连接WIFI的设备上。操作方便，简单，快捷。 2.3 运动控制系统 运动控制系统核心为基于ATmega 16的核心技术，其是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。 此芯片有较强大的控制功能，造价较低。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。 主运动控制器主要是保证机器人在路上的运动姿态，通过对图像的观察来直接遥控控制机器人。从运动控制器控制的是摄像头的角度调整。主从运动的相互配合采大大的提高系统的实时性及可靠性，便于故障检测也便于任务的分配。 3 传感器系统 传感器系统主要有一下几部分组成 （1）图像传感器 图像传感器主要采用一台摄像机可以对前方及机器人方进行监视。摄像头前视主要是对前方中近距离环境进行观测。摄像头俯视主要是实现巡线、储物盒的识别及最终标记物的投放。 （2）温度传感器 主要采用的是造价较为便宜的DS18B20，可以感受到环境的温度，及时的记录并传送给基地站。 （3）湿度传感器 人类的生存和社会活动与湿度密切相关。随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。 （4）红外传感器 目前热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像。热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。 4 电源管理系统 电池的选择为锂聚合物电池，容量在4AH电压为18.4v。该系统主要完成对电池输出的电压电流进行检测，实现对电池的过流过放的保护以及电量低报警、剩余电量可使用时间预测等工作。并且该系统将电池电压进行升压及稳压，为系统各个模块提供稳定的电力输出。 5 上位机控制平台 上位机控制平台主要完成图像实时采集；控制机器人完成前进、后退、左转、右转等水下基本动作等功能。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 利用非常成熟的Wifi无线网络为数据载体，实现控制数据，音视频双向数据交换，从而实现利用无线机器人完成各种特殊任务，可以让人们更加体会到科技的魅力，真正的把科学技术运用到生活实处。 基本思路： 使用ATmega16单片机作为数据处理中心，将电脑手机端发送的控制数据经过路由器转换为串口数据，ATmega16再将路由器发送的串口数据进行分配来控制四个车轮的工作状态模式和两个舵机的工作角度，使小车完成各种控制者所设想的动作。设备上还配备超声波模块，摄像头，温湿度传感器等，可以对所在环境进行实时监控，并将信息反馈给使用者，从而完成对所在环境的侦察检测，和对设备的实时控制等。 创新点： 将人们所熟知的路由器，通过一些简单的处理，改造成用于社区安防工作中的安全卫士，从而减少花费在这方面的人力物力。 技术关键： Wifi Mega16 无线视频传输 技术指标： 机器人规格：长 300mm；宽 300mm；高 200mm 最大行驶速度： 3m/s 最大控制范围（空旷）： 30m 图像采集 ：301摄像头，70度仰角，180度左右摇头，可视距离大于5m 自重：5KG 最长行驶时间（锂电9800mAH）：2小时 Wifi智能安全卫士能够实现的功能概括如下： 无线通讯，实时四驱，多向机械云台，视频监控，电器红外遥控，环境温湿度检测，超声波测距。
科学性、先进性
- 科学性与先进性： 目前Wifi技术发展以很成熟，大量运用与手机，电脑等高端电子产品之中，是一种价格低廉，功能稳定的无线网络技术。但是对于其他领域，例如应用到机器人，安防工作上的并不多见，国内外对此领域尚未给予充分重视，即使有此方面的研究也仅限于电子爱好者的兴趣使然。 我们的机器人利用Wifi技术来进行数据的实时传输，然后通过上位机控制，完成对机器人的实时控制和对其所处环境的实时检测。 参考文献 1.无线网络技术中WIMAX和Wi-fi的常见知识误区《通信技术与发展》2007年19期 2.曹柱中，徐微莉《自动控制原理与设计》上海：上海交通大学出版社 1995.9 3.浅谈WiFi《工程设计CAD及自动化》 2006年04期 4.Wifi技术及其应用 《电信科学》 2006年07期 5.张福祥等.C++/VC面向对象程序设计基础[M].北京：高等教育出版社，2001 6.宽带无线接入技术生命力比较《现代电信科技》2008年01期
获奖情况及鉴定结果
- 该作品曾在哈尔滨工程大学第十七届“五四杯”科技创新竞赛中获得一等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 可以现场实物展示，也可以进行现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：只需要通过一台带有Wifi功能的产品，如：笔记本电脑，手机等。连接到机器人的无线网络，之后通过登陆控制界面，就可以接收到通过机器人摄像头返回的实时视频，而且可以通过键盘的操作对它的行为活动进行控制。使用十分方便。 技术特点及优势：Wife技术已经发展的十分成熟，但多用于手机，电脑等，而将其运用到安防工作中，实属罕见，国内外对此领域尚未给予充分重视。 适用范围：Wife 机器人外壳设计合理，车壳采用特殊材料制成，对工作环境无特殊要求，既可以用于图书馆等建筑物内部，对楼区各楼层进行监控。也可以用在生活小区中，完成安防工作。还可以推广到野外作业等各个领域。减少人力与物力的浪费，方便快捷 推广前景：Wife 机器人性能稳定可靠，操作方便，制作简单，功能强大，推广前景十分广泛。 市场分析和经济效益预测：机器人利用的是普通的路由器，电路板的制作也无特殊要求，简单方便。造价低廉，如果可以的话，十分利于推广，经济效益也会十分可观。
同类课题研究水平概述
- 未来WiFi/WiMAX的发展方向包括： *网络技术，覆盖更大的范围，从热点到热区到整个城市 *WiFi手持终端和VoWLAN业务必然成为潜在的应用模式。 *基于IP的WiFi/WiMAX的交换技术和开放的业务平台，将使WLAN网络更智能、 更易管理。 *基于多层次的安全策略（WEP、WPA、WPA2、AES、VPN等）提供不同等级的安全方案，将使企业、个人用户可以根据不同的性价比来选择满足自己需要的安全策略。 目前WIFI技术的应用主要向手机等通讯电子方向发展，对于应用到无线通信机器人的几乎是一个空白，本项目采用WIFI无线通信来进行对机器人的控制，同时进行图像的时时传输，并且能够时时的对外界地形的勘测，温度湿度的读取，红外感应的操作方面，只要可以接入无线网的地方就能够控制机器人来从事相关的任务，为人类服务。
