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可移动监控机器人.doc
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2023-07-13
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可移动监控机器人.doc
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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
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
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