遠程“智能管家”系統的設計

柳志欽

摘要

本設計針對目前這些市場上關于老齡人的智能硬件缺口，利用攝像頭、云臺和機械臂等傳感器，以下位機整合Wi-Fi模塊傳輸的數據，通過上位機遠程控制，實現對空巢老人的協助以及生活環境的實時監控，極大的降低了生活中存在的安全隱患，保障了老人的生活安全

【關鍵詞】stm32 Wi-Fi傳輸

1 引言

隨著社會老齡化現象的加劇以及大多數獨生子女在外工作現象更加普遍，老年人家居安全得不到保障。而老年群體學習能力較弱，無法高效利用市面上的安防產品。我們所研究的遠程“智能管家”就是基于這些社會因素，讓在外工作子女作為系統控制者，在遠程控制下提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優化老人的生活方式，增強家庭生活的安全性（火災自動報警系統和防盜報警）。在此基礎上增加遠程通話，如采用遠程控制，通過視頻和語音通話讓在外工作的子女隨時隨地了解家中情況。

2 系統功能與設計

本設計利用stm32單片機進行控制，使用串口通信以及Wi-Fi模塊進行數據的采集和上傳。攝像頭采集的圖像經過Wi-Fi直接傳送到上位機，通過手機或者PC端顯示采集到的圖像。下位機負責整理數據和發送控制指令，上位機負責發送指令到Wi-Fi模塊，經stm32接收處理數據，從而控制L298N電機驅動小車的兩個電機進行前進、后退、轉向等操作。

2.1 硬件系統設計

本設計硬件部分分為傳輸系統，傳感系統，單片機系統三大部分。微型處理器STM32F103RBT6模塊、Wi-Fi模塊、電機驅動、顯示模塊、機械臂、攝像云臺組成，搭配3000mAb大容量充電電池，分置于小車的上中下三層。方便后期調試維護及功能的擴展。小車采用二輪驅動，能實現原地360°靈活轉向。小車頂層安裝的機械臂能實現簡單的物體抓取。其前置云臺上的攝像頭能獨立轉向，并在小車行進的過程中探測周圍的情況，將其拍攝的圖片傳送到移動端。

2.1.1 無線傳輸模塊

物聯網技術核心在于通過無線傳感網絡實現物與物的連接。本設計研究了常用的無線解決方案，例如NRI射頻傳輸、藍牙傳輸、Wi-Fi傳輸、以及zigBee傳輸等，綜合其性能及其便捷性考慮選擇了Wi-Fi傳輸的方案。Wi-Fi模塊采用高通AR9331芯片是一個高度集成的WLAN解決方案，能實現視頻傳輸及指令雙向傳輸功能，最大連接速率可達150Mbps。搭配獨特的外置5db高增益Wi-Fi天線，信號強度高，傳輸距離遠，在障礙物較多或是距離過遠時也能實現良好的數據收發，同時超強的穿透力及覆蓋能力，使得網絡連接更穩定、快速。

2.1.2 處理器MCU模塊

單片機系統是一個微型的小電腦系統，相當于Wi-Fi小車的大腦，主要作用是通過控制它的輸出引腳（10接口）輸出高低電平，從而讓電機驅動芯片控制小電機正轉、反轉;也可通過輸入引腳讀取高低電平，從而實現單片機與傳感器的交互。本系統選用Cortex-M3內核的STM32F103RBT6作為下位機控制核心，其具有高性能、低功耗、運行速度快等特點。能完美的勝任數據處理和串口通信的工作。

2.2 軟件設計

本系統的軟件部分主要分為上位機程序、下位機程序和無線終端控制程序。在遵循模塊化系統設計思想的同時，做到了盡可能的使程序簡潔明了。

2.2.1 下位機程序設計

首先通過移動終端傳輸數據到stm32，通過串口通信識別指令后，程序判斷將要執行的操作是運行舵機或是輸出PWM信號到電機驅動板。指令執行結束，循環等待接收下一條指令。該部分的關鍵在于串口協議，它對于程序的可靠準確運行起著至關重要的作用。同時針對接收數據的字符緩沖區，對位進行數據選取，用于區別無線端口標號和接收數據的類別。具體程序由于篇幅原因在此不予以展示。

2.2.2 上位機程序設計

上位機采用C#語言進行編寫，上位機的編寫包括UI界面和程序業務邏輯，主要功能是顯示數據和發送控制指令據，實現一定的預警功能。當Wi-Fi網絡中有數據到達模塊的串口時，上位機開始接收數據，并按照預先設定好的數據協議解析串口數據，將網絡中的環境數據清晰的顯示在上位機界面上。并且上位機需要負責監控環境終端，當收集到的數據超過預設值時，上位機調用電腦的蜂鳴器發聲，實現報警提示。同時上位機還兼具控制舵機轉向的功能，當使用者想遠程控制小車上的云臺或機械臂運轉必須先通過上位機發送指令。

3 系統調試

在分別完成各個部分的功能后進行系統調試，我們的團隊對各個組件以及模塊間的協同工作結合測試，檢測其正常工作時的各個參數。為了使測試結果更符合自然使用時的情形，我們模擬居家環境，將硬件、軟件、操作者看作一個整體，從MCU工作狀態，云臺及機械臂轉向靈敏度，視頻傳輸幀率等全方位測試了“智能管家”的系統穩定性。完善了其美觀度，及人機交互界面，增強了軟硬件的可用性。

4 總結

我們本次研究主要就是為了實現生活在外的子女可以遠程控制，隨時隨地通過手機控制智能管家與父母視頻聯系，實時掌握家里的狀況，并且自動解決家中隱患（如火災報警功能）。該項目充分利用物聯網技術、云臺電機控制技術、溫度探測器技術，以此達到通過手機遠程控制智能管家移動，實現人機交互并且實時監控家中室內溫度，保障家人安全。

參考文獻

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