云南大学生创新创业训练计划.DOC

1、云南省大学生创新创业训练计划项目立项申请表推 荐 学 校： 昆明理工大学津桥学院项 目 名 称： 基于 WIFI 的智能监控机器人项目 申报 类别： 创新训练所属一级学科名称：理学申 请 人： 秦光邱所在学院及年级： 昆明理工大学津桥学院 09 级指 导 教 师： 张怀宁 陶福寿单 位 和 职 称： 昆明理工大学津桥学院 张怀宁教授填 表 日 期： 2012 年 5 月 20 日云南省教育厅高等教育处 制2012 年 2 月填 表 说 明1.申报书各项内容，必须实事求是，表达要明确严谨，并要求打印或用钢笔填写。页面不够时可加页，不得破坏后面表格的完整和美观。对于填写不合要求、内容含糊不清、字迹

2、潦草者，不予受理。2.该申报书为 A4 纸，各单位或个人可以从云南省教育厅高等教育处网站自行下载或翻印，但格式、内容、大小应与原件相同。一、项目申请人情况 姓 名 秦光邱 性别 男 民族 壮 出生日期1992.06.17所在学院 昆明理工大学津桥学院 专业、班级 09 级电子信息科学技术 2班项目名称基于 WIFI 的智能监控机器人申请人通讯地址昆明理工大学津桥学院 09 级电信 2 班电话15198817243项目类别 创新训练 创业训练 创业实践项目周期4-6 个月所属学科专业 电子信息科学技术申请人参加科研的经历自何年月 至何年月 参加的项目 担任的工作2011.11 2011.12 G

3、PS 数字钟硬件原理设计及制作2011.5 2011.6数字收音机的制作 硬件原理设计及制作2012.5 2012.7安卓手机程序（课程表）开发服务器搭建、BUG 调试项目组其他成员（不超过 5 人，不包括申请人和指导教师）姓 名 性别 年级 所在学院 专 业 分 工 签 名江仑 男 09 级 津桥学院 电子信息科学技术 上位机陈国松 男 09 级 津桥学院 电子信息科学技术 下位机、硬 件邹浩 男 09 级 津桥学院 电子信息科学技术 硬件袁毅 男 11 级 津桥学院 电子信息科学技术 上位机2、拟申报项目情况（1）项目介绍1 研究目标我们的目标是研究出一款可通过 WIFI 控制的智能监控机

4、器人小车，其可以实现：无线通讯、视频采集、电器红外遥控、环境温度检测、超声波测距、音频采集、实时四驱、机械云台等功能。可以用在普通家庭之中，完成安防及家电遥控的工作；也可用于图书馆、公司等建筑物内部，对楼区各楼层进行监控，甚至是反恐、排爆等危险任务。2 研究背景及现状到目前为止，工业机器人是最成熟，应用最广泛的一类机器人；第二类是服务机器人， 以及各种应用型机器人，不过在大家的眼里，机器人距离大家很远，一则是技术的限制，二则是价格的昂贵使我们接近机器人产生了障碍，我们往往能够在电视上看到一些机器人产品，不过却未能够在生活中接触到，与其观望那些华而不实的高科技产品，还不如我们自己做一个价格低廉，

5、技术实在、贴近生活的机器人。目前 WIFI 技术发展已很成熟，大量运用在手机、笔记本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并未做出很好的商业应用，即使有此方面的研究也仅限于电子爱好者的兴趣使然。我们的智能监控机器人既可以用于建筑物内部各楼层进行移动监控，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。 所以产生了我们的机器人方案，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

6、、采集数据的实时传输。3 工作原理和方案设想WiFi（Wireless Fidelity，也称之为 802.11 标准）是一种远距离、安全性较高、高数据速率（达 54Mbps）的无线网络技术。目前在无线局域网中得到了较为广泛的应用，十分便于接入 Internet。我们利用当前非常成熟的 WIFI 无线网络作为数据传输载体，实现控制数据、视频数据双向传输，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。由于机器人目前所使用的人形姿态载体过于复杂和昂贵，我们的方案使用比较容易实现的小车作为载体；其使用差速转向的原理可实现 360原地转向。方案

7、示意图：基本思路： 所设计的智能机器人上配备有超声波模块，摄像头，温度传感器等， 其可以实现：无线通讯、视频采集、电器红外遥控、环境温度检测、超声波测距、音频采集、实时四驱、机械云台等功能。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。使用单片机作为数据处理中心，使用 WIFI 模块（即我们身边的嵌入式产品 -无线路由器）作为数据传输的载体，其具有高速安全的双向通信能力，并且承担视频采集的服务器功能，其可将电脑或是手机端上位机发送的控制数据经过 WIFI 模块转换为串口数据，经由单片机进行处理，从而控制电机运转状态、云台姿态，以及传感器的

8、采集数据，再通过串口回传数据到 WIFI 模块，从而传输到控制终端显示进行交互式控制。电源部分采用的是 12V 直流锂电池，保证长劲的续航能力；视频采集模块使用普通的摄像头，动态分辨率为 640480，最大帧频 30FPS；串口通过 MAX232 与上位机进行通信，辅助单片机的下载通过 ISP 下载以便调试。设计出来的智能监控机器人可通过 WiFi 通信技术给机器人发送命令，指挥机器人到指定的位置进行跟踪，采集相关的图像和音频信息，并将这些信息反馈到监控中心显示/播放和存档。控制机器人前行的过程中可能遇到障碍物，因此需要控制机器人自动检测和自动避让障碍物，障碍物的自动检测比较简单，利用机器人上

9、配置的超声波传感器或红外传感器可以实现，其通过获取机器人前端、左、右各个红外传感器的检测值，可以分别判断出在前方、左、右是否存在障碍物，下位机工具返回的数据判断做出相应的规避动作；也可采取上位机过程辅助控制。并且可以通过改造超声波传感器的探测方式，使其360旋转，连续探测返回数据到上位机出来，并在上位机显示雷达图表，更直观的显示障碍物具体方位。该系统还可以应用于矿山、小区、地震抢险、管道探测、反恐排爆、军事侦察等应用，同时也适用于环境监测（需要加装温度、湿度等传感器） 。4 计划进度安排 项目立项安排（小会）查阅及整理相关资料，小组成员整合每周一次小会总结及分工 硬件环境搭建 -5 周单片机核

10、心电路设计 （1 周）传感器接口设计 （1 周）驱动模块设计 （1 周）电源设计 （1 周）PCB 焊接调试等 （1 周） 视频服务器搭建 -4 周嵌入式系统搭建 （1 周）编译 mjpg-streamer 视频服务器 （1 周）烧写文件系统等 （1 周）驱动板与 WIFI 模块通信调试 （1 周） 上、下位机编写 -1 个月（下位机编写、配套 PC 端及手机端上位机编写） 综合调试 -1 个月（软件硬件综合调试，完善项目） 项目总结 -1 个月资料整理编写设计报告预计项目总周期为：4-6 个月（二）项目自我评价创新点：将人们所熟知的路由器，通过一些简单的处理，改造成用适用于我们的智能监控机器

11、人视频服务器，从而减少花费在这方面的人力物力。实现的可能性： 目前 Wifi 技术发展以很成熟，大量运用在手机、笔记本等电子产品之中，是一种价格低廉，功能稳定的无线网络技术。WiFi 技术的远距离、安全性较高、高数据速率特性使得视频传输很容易的解决了问题，其还可以实现数据的双向通信，解决了WIFI 模块与 MCU 之间的通信问题，然而就可以通过上位机进行控制，完成对机器人的实时控制和对其所处环境的实时监测。可操作性：WIFI 模块属于嵌入式产品，其安装定制的 linux 系统，所以可定制 mjpg-streamer 视频服务器，模块还具备 USB 接口及串口，解决了摄像头的挂载问题和通信模块与

12、控制模块的双向通信问题；综合以上，只要在上位机增加更加智能的判决机制，实现机器人的智能化；还有视频监控部分，加装拍照/摄像等功能。并且使用灵活，减少网络建设成本，采用 Wi-Fi 无线接入技术，由于不需要铺设有线线路，有效的扩大监控范围。可能存在的问题：WIFI 模块可通信的距离问题，受到 WIFI 模块即 PC 端硬件物理特性的限制；控制过程中出现通信中断的问题，上下位机出现的 BUG 问题，硬件参数与理想状态参数产生的误差导致的控制失误问题。（三）预期成果（成果的具体形式，如：申请专利、公开发表论文、制作科技实物（含软件程序）等，可以同时有多种成果形式）项目完成之后可发布论文、展示制作实物

13、等。智能监控机器人制作出来之后可只需要通过一台带有 Wifi 功能的设备（笔记本电脑，手机等） ，连接到机器人的无线网络，之后通过相应上位机程序控制界面，就可以接收到机器人摄像头采集返回的实时视频，而且可以通过键盘的发送相应的指令对它的行为活动进行控制。（四）参考文献1. Linux 设备驱动开发详解 人民邮电出版社 宋宝华2.linux 程序设计 人民邮电出版社 马修(Neil Matthew)等3.浅谈 WiFi工程设计 CAD 及自动化 2008 年 04 期 4.Wifi 技术及其应用 电信科学 2008 年 07 期 5.宽带无线接入技术生命力比较现代电信科技2009 年 01 期6

14、. C#高级编程(第 7 版) 清华大学出版社 内格尔(Christian Nagel) 等7.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 8.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3、指导教师简况及对申请人和申报项目的评价姓 名 张怀宁 性 别 男 出生年月 1944.11学 位 学 历 大学 所学专业 物理毕业院校 云南大学 职 称 教授 职 务 系主任通 讯 地址 昆 明 市 海 源 北 路 1268 号电 话 办公：0871-8315171 手机：13987667100 电子信箱 huaining_ 邮 政 编码 6

15、50106主要教学成果1.近 5 来年主要承担的教学情况（1） “计算机网络”,专业基础课，总学时 64 学时，57 人；（2） “信息处理技术” ，基础课，总学时 72 学生，186 人；（3） “操作系统原理”周学时 4，总学时 48 学时，118 人；（4） “C Program”（双语教学） ， ，总学时 64 学时，两届，118 人，（5） “计算机专业英语” ，周学时 4，总学时 48 学时，两届，176人。主要教学成果2教学科研主要经历（1）1999-2003 年，担任昆明理工大学信息与自动化学院副院长，组织、参与全院所有教学改革项目的实施及报奖工作。（2）2003 至今，担任昆

16、明理工大学津桥学院计电系系主任，组织、参与全院所有教学改革项目的实施及报奖工作。（3） 互联网技术主编，重庆大学出版社与 2003 年出版（4）津桥学院“电子信息科学与技术”现行专业培养方案的拟定者，津桥省级“电子信息科学与技术”特色专业申报组织者及定稿人3.获奖（1）1995 年获教育厅科研贰等奖（2）所负责的“信息处理技术”课程于 2009 年被评为省级在建精品课程（3）所负责组织编写的信息处理技术基础教程于 2009 年被评为省级精品教材（4）所带领的教师团队于 2010 年被评为云南省高等学校教学团队（5）所负责的“大学生计算机基础课程改革实践”于 2011 年获得院级教改项目特等奖。