摘要：机器人行业多应用于工业生产中，更多是应用于代替人工进行机械化重复工作从而降低人工成本。可进行隐患检测的机器人常常被应用于工厂中或者是危险区域作业的特种机器人，如化工厂中用于检测可燃气体泄漏的工业机器人、火灾现场灭火机器人、案发现场拆弹机器人等。目前国内居家安全隐患检测机器人尚未普及，用于安全隐患方面的设备多以非智能的独立模块为主，如火焰传感器模块、烟雾传感器模块、可燃气体传感器模块等等。基于此，对基于计算机的家居安防监控机器人的设计进行研究，仅供参考。

关键词：智能控制;计算机视觉;信息交互

引言

随着社会经济的不断发展，人们对生活品质的要求也逐渐升级，家居的要求也从传统的仅仅是居住场所的要求，升级到期望能达到更加智能、方便、安全的居住环境，能有更加舒适的居住环境的要求、智能家居也逐渐被人们提上生活中。智能家居技术可应用于智能家居系统中，对家居设备进行控制及监控，如对灯光进行控制，对家居温度、湿度进行监控等，智能家居系统包括主控设备、控制终端、各受控设备等组成。

1机器人的设计

（1）行进装置：因为家中不完全是平坦的路径，为了使机器人有足够的动力翻越门槛，系统采用轮式行进装置。轮式装置具有受力面积大、摩擦力大、抓地力更好、结构简单、结实耐用和行驶通过能力强等优点。（2）避障模块：基于远红外光电开关的避障传感器具有响应速度快、抗干扰能力强、可用于黑白线跟踪和坚固防摔等特点。其感应距离为2-40cm，可以有效实现机器人行进中躲避障碍的要求。为了防止机器人在行驶过程中撞到人或障碍物，可以通过改变远红外光电开关的距离设置来实现。（3）循迹模块：系统采用四路红外光电管进行循迹。模块对环境光线适应能力强，有效距离为2～30cm，检测角度为35°。另外，根据测量需要可以通过改变电位器的阻值实现对检测距离的调节，顺时针旋转距离增大;逆时针旋转距离减小。

2系统实现

2.1控制电路部分

控制电路主要负责机器人的自平衡双轮运动、对传感器数据进行处理、加工、发送、以及接收用户发送的数据等。该部分主要由四大模块组成：主控模块、电源模块、传感器模块、电机驱动模块。

2.1.1主控模块

主控模块为机器人的核心部分，主控模块中所采用的主控芯片为ARMCortex-M3内核STM32F103C8T6的32位微控制器芯片，拥有64KB程序存储器、20KB随机存取存储器，多个I/O口及多种通讯接口;芯片较小但功能强大，可大大节约主控电路板中电路所占用面积，使得电路更加紧凑。

2.1.2电源模块

电源模块主要负责机器人的供电、稳压以及电源电量的监控。电源模块由3部分组成：12V转5V稳压电路、5V转3.3V稳压电路、电源电量反馈电路。

2.1.3电机驱动模块

由于主控芯片的灌电流和拉电流均不足以驱动电机，并且电机的转动所产生的感应电动势会使得主控芯片击穿，为了提高主控芯片的驱动能力，并且更好地保护主控电路，因而需要电机驱动电路来间接控制电机的转动。本设计采用内含大电流MOSFET组成H桥结构的TB6612FNG作为电机驱动芯片，可在同一时间驱动自平衡机器人的两个电机，可持续输出1.2A电流，满足机器人正常运作所需的电流大小。该芯片性能高、体积小、散热好。

2.1.4传感器模块

传感器模块使得机器人对自身以及外界具有一定的感知能力，所感知的数据用于自身运动的反馈或用于室内环境检测。

2.2系统结构

（1）用户终端。智能家居系统用户终端包含电脑端，手机APP端等，用户通过用户端控制智能家居设备运行及运行状态改变，通过智能家居用户终端查看和分析智能家居设备情况，实现智能家居系统功能。（2）服务器。服务器作为连接用户终端和家庭路由器的桥梁，通过因特网接收和存储家庭路由器上的数据，并通过移动网络或WIFI将数据显示在用户终端。（3）物联网关。物联网关直接与家居设备连接，实现家居设备的控制，包括近端控制和远程控制。物联网关节点包含检测和控制两个部分，检测部分主要用于收集家居环境的信息，给用户显示出环境信息，保证家居环境的安全。控制包括控制设备的开关，设备的调节，实现对家居设备的控制。物联网关将设备及用户端相连接。（4）安防监控。安防监控系统为用户提供视频、图片等可视化的家居环境查看功能，安防监控系统的主要设备是摄像头，通过摄像头厂商提供的协议，将摄像头集成到安防监控系统中，实现对摄像头的远程控制，并保持拍摄的视频，图片等，供用户查询和查看。

2.3嵌入式服务器终端模块设计

嵌入式网络服务器应用终端网络模块的核心硬件主要由一个中央网络控制处理模块、网络模块GSM和zigbee三个网络处理模块部分组成。中央处理控制器为一个单片机，是系统的一个核心部件。除了最小系统的必要数据时间跨度外，串行数据端口还通过它的rs232电路与它的mc703模块进行通信。MCU的p0端口连接到监视器，P1端口连接到键盘，P2连接到不同的控制器和传感器。GSM模块接管华为mc703模块，串行构造线为115200bps。zigbee云网络安全模块可以允许网络用户轻松使用各种云的移动、智能终端设备，轻松安全控制基于云的zigbee网络协议和高速、安全、可靠的无线数据传输的每种产品。

2.4智能家居系统网络信息安全

对于智能家居系统而言，为了实现智能化的控制，通常需要和互联网、物联网进行连接，并且在云端进行信息的交互，这种工作方式提高了数据交互的效率，提高了系统的功能，同时也增加了安全隐患。通过网络攻击，能够入侵网络安防摄像机、数字录像机等设备，可能导致隐私泄露;入侵还可能造成通信阻塞、控制模块无法正常运行等问题，不法分子还能通过设备漏洞对网络进行攻击，导致网络瘫痪。由于家庭网络的防御能力薄弱，通常只能够采用杀毒软件来防范病毒和黑客的攻击，缺乏网络分段隔离和防火墙等措施，导致其容易受到攻击，在这种情况下，采用提高智能家居设备的防护能力，在家庭网络设置防火墙等手段来提高家居系统的防御能力，保护智能家居信息的信息安全具有重要意义。

2.5通讯协议部分

自平衡监控机器人的通信协议部分是将机器人其余各部分相联系的纽带，通信协议部分所设计的范围主要有主控系统中异步串行通信、图像传输系统的传输协议。由于图像传输系统中部分功能和异步串行通信集成于上位机监控部分中，因而两者并不能完全分离。机器人以异步串行通信的方式通过蓝牙将上位机监控系统与机器人主控系统相连接进行数据通信，用于上位机监控系统对机器人的实时控制以及机器人自身的有关传感数据的发送至上位机监控系统供用户查看。图像传输系统获取图像后以Wi-Fi的方式利用UDP协议进行图像数据的传输，供PC端对原始图像的处理与识别，并且再利用该方式将处理后的图像以及相关数据发送至上位机监控系统以便用户对室内环境的监控以及相关数据的掌握。

结束语

随着我国制造行业产业升级和发展，机器人的市场价值已经引起重视，机器人产业在我国成为未来经济发展的主要增长点。机器人不仅在工业控制领域得到了广泛应用，而且也已经慢慢进入了人们的日常生活领域。加之5G网络的建设和智能手机性能的提升，在技术范畴内利用智能手机对家用机器人进行远程控制，可以随时随地了解家中状况，方便了人们的生活。

参考文献

[1]丁兆威.安防企业深耕AI智能家居市场[J].中国公共安全，2019（10）：30-34.

[2]刘壮.“智能+”时代安防机器人大有可为[N].中国计算机报，2019-08-12（012）.

[3]刘琦.智能家居场景下家庭管控机器人设计与研究[D].东南大学，2019.

[4]刘壮.“智能+”时代安防机器人大有可为[J].机器人产业，2019（03）：46-50.

[5]柯浩然.基于机器人的家居环境安全状态及人体姿势识别[D].北方工业大学，2019.