邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系 重慶幼兒師范高等專科學(xué)校 莫有印邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系 王少杰 陽(yáng) 泳

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基于互聯(lián)網(wǎng)+家用管家機(jī)器人的研究與探討

邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系 重慶幼兒師范高等?？茖W(xué)校 莫有印
邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系 王少杰 陽(yáng) 泳

【摘要】出門(mén)在外的人擔(dān)心的是家里來(lái)不速之客，當(dāng)今世界，家庭險(xiǎn)情頻頻發(fā)生，給人們生活帶來(lái)深深的不便，給國(guó)家和家庭帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)人民的這一需求，萌發(fā)了設(shè)計(jì)基于互聯(lián)網(wǎng)+家用管家機(jī)器人設(shè)計(jì)的想法。隨著電子技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的智能報(bào)警系統(tǒng)成為今后的發(fā)展方向，人們一方面希望對(duì)家庭區(qū)域發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)進(jìn)行自動(dòng)撥號(hào)告之主人，另一方面，主人也希望通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，利用智能終端（如智能手機(jī)、PC機(jī)）實(shí)時(shí)觀察到家庭的的情況，并且對(duì)家中設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控。各種繳費(fèi)讓人焦頭爛額，上班辛辛苦苦，回家還需要做各種家務(wù)事情。擬定開(kāi)發(fā)的基于互聯(lián)網(wǎng)+家用管家機(jī)器人是以嵌入式為控制中心，系統(tǒng)在程序控制下，不斷檢測(cè)和識(shí)別傳感器發(fā)生的信號(hào)，然后根據(jù)接收到的信號(hào)采取有區(qū)別的自動(dòng)撥號(hào)，同時(shí)利用帶網(wǎng)絡(luò)功能的攝相頭通過(guò)智能終端設(shè)備進(jìn)行觀察防區(qū)的情況，通過(guò)各種費(fèi)用的自我計(jì)算及時(shí)繳納各種費(fèi)用，通過(guò)定位系統(tǒng)，使得機(jī)器人可以在家庭中做簡(jiǎn)單的家務(wù)。

【關(guān)鍵詞】家用管家機(jī)器人；電子技術(shù)；互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能終端

注：本文系2016年邵陽(yáng)學(xué)院研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目。

1　研究目標(biāo)

具備家庭險(xiǎn)情識(shí)別能力，對(duì)不同級(jí)別的險(xiǎn)情分別撥號(hào)報(bào)警以及具有簡(jiǎn)單的應(yīng)急處理能力，連接互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過(guò)終端設(shè)備可以實(shí)時(shí)查看家中情況，并可以對(duì)家庭的一些電器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。具備生活自動(dòng)繳費(fèi)能力，通過(guò)自我數(shù)據(jù)處理及時(shí)繳費(fèi)，出現(xiàn)異常情況報(bào)告主人。具有簡(jiǎn)單家務(wù)能力，對(duì)一些簡(jiǎn)單的事情具有自己主動(dòng)完成的能力。

圖1　基于互聯(lián)網(wǎng)+家用管家機(jī)器人方案圖

2　研究?jī)?nèi)容

2.1險(xiǎn)情自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

險(xiǎn)情自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)探頭采用315HZ的帶編碼的無(wú)線探頭，接收部分采用帶編碼的接收模塊，系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)為控制核心，系統(tǒng)在程序控制下不斷檢測(cè)布防區(qū)域的信號(hào)。當(dāng)有危險(xiǎn)情況產(chǎn)生時(shí)，相應(yīng)的探頭將發(fā)射帶編碼的一組數(shù)據(jù)，接收模塊接收到信息后由單片機(jī)進(jìn)行分析和處理，提出傳感器的編碼。根據(jù)不同的編碼，系統(tǒng)在程序控制下，通過(guò)GSM模塊進(jìn)行有區(qū)別的自動(dòng)撥號(hào)。

圖2　帶編碼的無(wú)線傳感器

2.2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用帶網(wǎng)絡(luò)功能的攝相頭，設(shè)計(jì)控制器連接傳感器以及家用設(shè)備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，用智能終端（智能手、PC機(jī)等）360度實(shí)時(shí)觀察家庭情況。使用智能終端對(duì)家用設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

圖3　利用智能終端對(duì)家庭進(jìn)行觀看

使用yeelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，利用嵌入式系統(tǒng)以及一些外圍電路，使用zigbee模塊，無(wú)需在對(duì)家中的線路進(jìn)行全面改造，對(duì)家中電器等設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造既可以使用yeelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖4　利用Yeelink平臺(tái)對(duì)家庭的監(jiān)控

2.3 智能生活繳費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

借助支付寶的生活繳費(fèi)功能，家用管家自我通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算費(fèi)用，然后通過(guò)支付寶繳納各種費(fèi)用（需要人為的輸入密碼）。

2.4 家庭智能保姆系統(tǒng)設(shè)計(jì)

導(dǎo)線找形方法采用懸鏈線法[17],圖4為導(dǎo)、地線靜止時(shí)的狀態(tài).圖中A點(diǎn)和B點(diǎn)分別是導(dǎo)、地線AOB兩端的跨接點(diǎn),A點(diǎn)和B點(diǎn)兩點(diǎn)之間的水平距離為D.O為整個(gè)曲線AOB的最低點(diǎn),建立以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)平面直角坐標(biāo)系,則A點(diǎn)橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為xA,yA,B點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為xB,yB.

通過(guò)定位系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析以及智能檢測(cè)等技術(shù)，使得機(jī)器人具備做簡(jiǎn)單家務(wù)的能力，可以陪伴老人以及小孩玩耍的能力，具備輔導(dǎo)小孩學(xué)習(xí)的能力，具備迎賓會(huì)客等功能。

3　擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題

課題要解決的主要問(wèn)題有四個(gè)：第一是：防區(qū)信號(hào)的檢測(cè)和識(shí)別，檢測(cè)到險(xiǎn)情信號(hào)后要實(shí)現(xiàn)有區(qū)別的撥號(hào)。第二是：遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以實(shí)時(shí)觀察家中情況并且可以遠(yuǎn)程控制家中設(shè)備。第三是：對(duì)生活中的一些費(fèi)用具有計(jì)算能力，并且有區(qū)別的按時(shí)按量繳納。第四是：定位技術(shù)的應(yīng)用，具有簡(jiǎn)單家務(wù)能力的設(shè)計(jì)，具備迎賓會(huì)客等功能?？梢耘惆槔先艘约靶『⑼嫠５哪芰?，具備輔導(dǎo)小孩學(xué)習(xí)的能力。

4　研究方法

首先使用文獻(xiàn)研究法，利用學(xué)校的知網(wǎng)和圖書(shū)館資源，廣泛的瀏覽并整理國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究論文，通過(guò)查找，研究現(xiàn)有的服務(wù)機(jī)器人和物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等組織結(jié)構(gòu)，并且對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)與調(diào)整，使其達(dá)到基于互聯(lián)網(wǎng)+家用管家機(jī)器人的理論結(jié)構(gòu)。

使用調(diào)研和考察法，對(duì)湖南省和重慶市在機(jī)器人方面取得的已有技術(shù)，和機(jī)械制造方面存在的主要問(wèn)題進(jìn)行調(diào)研和考察，確定項(xiàng)目的具體實(shí)施和應(yīng)用。

使用探索性研究法，雖然在國(guó)內(nèi)的管家機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)取得一部分成績(jī)，但是連接互聯(lián)網(wǎng)并且使用云計(jì)算的技術(shù)還未十分成熟。

使用實(shí)驗(yàn)法，通過(guò)不斷的調(diào)試與測(cè)試，在編寫(xiě)技術(shù)實(shí)現(xiàn)特定算法時(shí)，我們采取首先劃定一個(gè)較小的研究范圍進(jìn)行算法研究、開(kāi)發(fā)

和測(cè)試。取得一定的成果的基礎(chǔ)上逐步擴(kuò)大研究范圍。

5　技術(shù)路線

5.1技術(shù)方案

傳感器探頭采用標(biāo)準(zhǔn)的中心頻率為315Hz的傳感器，攝像頭采用帶網(wǎng)絡(luò)工能的網(wǎng)絡(luò)攝像頭，控制器為家用管家機(jī)器人，終端可以是智能手機(jī)、電腦等［1］。用戶根據(jù)需要在家庭區(qū)域安裝探頭和攝像頭，當(dāng)有危險(xiǎn)情況發(fā)生時(shí)，如火災(zāi)、盜賊進(jìn)入、煤氣泄漏等，系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)的控制下，自動(dòng)向指令號(hào)碼撥號(hào)，用戶接收到電話后利用yeelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)啟動(dòng)遠(yuǎn)程攝像頭，對(duì)家中情況進(jìn)行觀察，然后根據(jù)情況采取對(duì)策。利用yeelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)家中設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，平臺(tái)自動(dòng)收集傳感器數(shù)據(jù)。采用4輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)式機(jī)器人，具備語(yǔ)音識(shí)別，語(yǔ)音播報(bào)等功能。

5.2工程路線

首先，檢測(cè)探頭信號(hào)：以嵌入式為控制核心，檢測(cè)和識(shí)別探頭信號(hào)。實(shí)現(xiàn)在家庭區(qū)域的任何探頭發(fā)出的信號(hào)，系統(tǒng)都能可靠接收，并能識(shí)別探頭編號(hào)。采取的方法是科學(xué)實(shí)驗(yàn)。然后，自動(dòng)撥號(hào)：以嵌入式系統(tǒng)為核心，通過(guò)GSM模塊進(jìn)行自動(dòng)撥號(hào)。采取的方法是，購(gòu)買(mǎi)GSM900模塊，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，進(jìn)行自動(dòng)撥號(hào)控制實(shí)驗(yàn)。再次，視頻監(jiān)控：利用帶網(wǎng)絡(luò)功能的攝相頭，先進(jìn)行功能驗(yàn)證，然后再設(shè)計(jì)控制器連接到機(jī)器人控制器上去。然后，遠(yuǎn)程監(jiān)控：利用yeelink網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)家中設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，平臺(tái)自動(dòng)收集傳感器數(shù)據(jù)。再次，移動(dòng)機(jī)器人：以嵌入式為核心，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)移動(dòng)的機(jī)器人，具備迎賓等簡(jiǎn)單功能。最后，自動(dòng)提醒繳費(fèi)：以嵌入式為核心，采用傳感器技術(shù)，對(duì)家中電和水等進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警提醒主人，到時(shí)提心主人繳納費(fèi)用。在按照以上的方法實(shí)現(xiàn)每個(gè)功能后再進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和產(chǎn)品樣機(jī)制作。

6　結(jié)語(yǔ)

家用管家機(jī)器人與“互聯(lián)網(wǎng)+”的有機(jī)結(jié)合，將會(huì)徹底改變我們的生活方式。暢想未來(lái)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的家用管家機(jī)器人，能夠解決人力成本上升環(huán)境下的招人難題?？梢詫?shí)現(xiàn)家庭服務(wù)工作，作為一個(gè)智能終端和操作載體，本身具備感知、決策、移動(dòng)與操作功能，完成有益于人類的服務(wù)工作，而“互聯(lián)網(wǎng)+”的支撐平臺(tái)則借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，為家用機(jī)器人提供了一個(gè)巨大的信息采集、處理和智能決策平臺(tái)，延伸了家用機(jī)器人自身的感知、計(jì)算和操作能力。

參考文獻(xiàn)

［1］祝建偉，陽(yáng)泳，江世明.可視險(xiǎn)情自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與論述［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（02）.

Summary：Away from home who worry about is the house uninvited guest in today's world，families frequent danger to people's lives deep inconvenience to the country and the family has brought huge economic losses. In response to this demand of the people，the germination of a home based on Internet + butler robot design ideas. With the development of electronic technology，Internet technology，network-based intelligent alarm system become the future direction of development，on the one hand people want to automatically dial Advertisement host family area when crisis occurs，on the other hand，the owner also hope that through the network，the use of intelligent terminals（such as smart phones，PC machine）real-time observation to the family situation，and remote home monitoring device. Various payment and overwhelming，hard work，home chores need to do a variety of things. Prepared based on the signal developed Internet + household robot butler is embedded as the control center，the system under program control，continuous detection and identification sensor is then taken automatically dial differentiated according to the received signal，while the use of networkenabled the perturbation of the head of the observing zone through the intelligent terminal equipment，through a variety of timely payment of the cost of the self-calculated all costs，by positioning system，so that the robot can do simple household chores in the home.

Key words：Household robot butler；electronic technology；Internet Technology；intelligent terminal

作者簡(jiǎn)介：

莫有?。?982—），男，重慶人，研究生，計(jì)算機(jī)講師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

王少杰（1973—），男，博士，副教授，研究生導(dǎo)師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

陽(yáng)泳（1994—），男，大學(xué)本科，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。