【導(dǎo)讀】全國大學(xué)生嵌入式物。“博創(chuàng)杯”全國大學(xué)生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽。當(dāng)前，許多生活小區(qū)的治安巡邏任務(wù)由物業(yè)保安人員負(fù)責(zé)完成，巡邏任務(wù)靠。人工實(shí)施往往會造成管理困難，薪酬糾紛不斷等問題，而保安人員很多時間疲于?？辙D(zhuǎn)，抓不住實(shí)質(zhì)性的防控重點(diǎn)。為了有效協(xié)助保安人員完成常規(guī)性的巡邏任務(wù)，及時了解防控區(qū)內(nèi)的治安狀。況，準(zhǔn)確實(shí)時的鎖定關(guān)鍵防控部位，同時也為了協(xié)助物業(yè)部門解決勞動力成本過。務(wù)的重要保證；傳感器系統(tǒng)由電子羅盤、光電傳感器、灰度傳感器組成，對多種。傳感器信息進(jìn)行融合后，對運(yùn)動狀態(tài)做出合理的決策，并反饋給控制系統(tǒng)；控制。系統(tǒng)是小區(qū)安防機(jī)器人的核心系統(tǒng)，指揮傳感器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)協(xié)同工作，通過。動控制和圖像監(jiān)控以及工作狀態(tài)監(jiān)控；利用2個51單片機(jī)控制輪式運(yùn)動機(jī)構(gòu)的

　　

【正文】 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 第五 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) “ 小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人 ” 的人機(jī)交互界面 主要是指監(jiān)控單元的操作界面，也是 使用者 的主要操作界面。主要包括開機(jī)界面、機(jī)器學(xué)習(xí)界面、位置定位界面和圖像監(jiān)控界面。 UI 界面 界面設(shè)計(jì) “ 機(jī)器學(xué)習(xí) ” 界面的 界面元素主要包括 工作模式切換 類 按鈕 ， 運(yùn)動指令 類 按鈕 ，以及推桿電機(jī)的控制按鈕， 如表 51 所示 ， 各個界面元素的 布局 結(jié)構(gòu)如圖 51所示。 表 51 機(jī)器學(xué)習(xí)界面元素 按鈕名 類型 功能 learnmode QPushButton 切換到 學(xué)習(xí)模式 并發(fā)送 工作象限 studymode QPushButton 切換到 學(xué)習(xí) 模式 scanf QPushButton 搜索熱點(diǎn) connect QPushButton 連接選擇的無線熱點(diǎn) go QPushButton 前進(jìn) back QPushButton 后退 right QPushButton 右轉(zhuǎn) left QPushButton 左轉(zhuǎn) down QPushButton 控制充電起落架 的下降 up QPushButton 控制充電起落架的上升 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 Ｗ Ｉ Ｆ Ｉ Ｍ ｏ ｖ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｉ ｍ ａ ｇ ｅＷ ｉ ａ ｔ網(wǎng) 線 熱 點(diǎn) 信 息 以 及 獲 得 I p 顯 示 的 信 息Ｕ ｐＳ ｔ ｏ ｐＲ ｉ ｇ ｈ ｔＬ ｅ ｆ ｔＤ ｏ ｗ ｎＲ ａ ｉ ｓＳ ｃ ａ ｎ ｆ Ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔＣ ｌ ｅ ａ ｒＬ ｅ ａ ｒ ｎ ｍ ｏｄ ｅＳ ｔ ｕ ｄ ｙ ｍ ｏｄ ｅ 圖 51 機(jī)器學(xué)習(xí)界面 “位置定位” 界面主要是 用于 顯示機(jī)器人的 運(yùn)動位置 ， 該界面只有在工作模式下才有效。該界面 主要包括小區(qū)電子地圖顯示區(qū)域和 x,y 位置 信息顯示區(qū)域 ，具體的 界面元素如表 52 所示 。 各個界面元素的 整體 布局結(jié)構(gòu)如圖 52 所示。 表 52 位置定位 界面元素 按鈕名 類型 功能 2bitimage QPushButton 二 值化小區(qū)電子地圖 workmode QPushButton 切換到工作模式 infoList QTextBrowser x,y 位置信息 imageLable QLabel 在 小區(qū)電子地圖 顯示機(jī)器人的位置信息 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 Ｗ Ｉ Ｆ Ｉ Ｍ ｏ ｖ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｉ ｍ ａ ｇ ｅ模 擬 的 場 地 圖２ ｂ ｉ ｔ Ｉ ｍ ａ ｇ ｅＷ ｏ ｒ ｋ ｍ ｏ ｄ ｅ數(shù) 據(jù) 顯 示 區(qū) 圖 52 位置定位界面 “圖像監(jiān)控”界面主要是 用于 顯示小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人在運(yùn)動中拍攝到的圖像，該界面在工作模式下才有效，主要的界面元素 布局結(jié)構(gòu)如圖 53 所示。 Ｗ Ｉ Ｆ Ｉ Ｍ ｏ ｖ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｉ ｍ ａ ｇ ｅ視 頻 捕 獲 顯 示 區(qū)ｓ ｔ ａ ｒ ｔ Ｉ ｍ ａ ｇ ｅｓ ｔ ｏ ｐ Ｉ ｍ ａ ｇ ｅ 圖 53 圖像監(jiān)控界面 實(shí)現(xiàn)與效果 在 界面類 mainWindow 的構(gòu)造函數(shù)中，實(shí)現(xiàn)對界面元素的 初始化，實(shí)現(xiàn)具體的設(shè)計(jì)與布局 ， 在設(shè)計(jì)界面元素的同時綁定 相對應(yīng)的槽函數(shù)，用于對鼠標(biāo)操作的 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 事件的響應(yīng)，主要的實(shí)現(xiàn)代碼如下 : mainWindow::mainWindow(QWidget *parent):QDialog(parent) { /*學(xué)習(xí)模式 */ goButton=new QPushButton(Go)。 adjustButton=new QPushButton(adjust)。 initButton=new QPushButton(init)。 downButton=new QPushButton(Down)。 upButton=new QPushButton(up)。 leftButton=new QPushButton(left)。 rightButton=new QPushButton(right)。 stopButton=new QPushButton(stop)。 …… /*工作模式 */ infoText = new QTextBrowser()。 twoBitButton = new QPushButton(tr(2bitImage))。 workConnect= new QPushButton(workMode)。 GridLayout *moveLayout = new QGridLayout(moveTab)。 moveLayoutaddWidget(moveLabel,0,0,5,5)。 moveLayoutaddWidget(infoText,0,6,1,2)。 moveLayoutaddWidget(twoBitButton,3,6,1,1)。 moveLayoutaddWidget(workConnect,4,6,1,1)。 …… /*視頻監(jiān)控 */ imageConnect = new QPushButton(startImage)。 imageClose = new QPushButton(stopThread)。 QGridLayout *imageLayout = new QGridLayout(imageTab)。 imageLayoutaddWidget(imageLabel,0,0,6,4)。 imageLayoutaddWidget(imageConnect,0,7,2,2)。 imageLayoutaddWidget(imageClose,3,7,2,2)。 mvMonitor= new moveMonitor(moveLabel,this)。 …… } 學(xué)習(xí)模式的 實(shí)現(xiàn)效果如圖 54，工作模式的實(shí)現(xiàn)效果如圖 55 所示，視頻監(jiān)控模式的實(shí)現(xiàn)效果如圖 56 所示。 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 圖 54 學(xué)習(xí)模式 界面 圖 55 工作模式界面 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 圖 56 視頻監(jiān)控 界面 安防 監(jiān)控 機(jī)器人在真正投入工作前需要人工協(xié)助對指定的生活小區(qū)道路環(huán)境進(jìn)行 學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)過程中機(jī)器人按照人 的指令，在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行行走，在行走的過程中， 自動把小區(qū)路徑信息，方位信息，自身坐標(biāo)信息以及需要重點(diǎn)巡邏的關(guān)鍵部位信息記憶下來，這些信息將作為機(jī)器人脫離人工指揮，獨(dú)立完成工作（巡邏）時的重要參考信息，學(xué)習(xí)過程事實(shí)上是機(jī)器人熟悉自己的工作環(huán)境的過程。 安防 監(jiān)控 機(jī)器人對小區(qū)環(huán)境信息進(jìn)行學(xué)習(xí)后，即可脫離人工干預(yù)，獨(dú)立進(jìn)行工作（巡邏），在工作過程中，安防 監(jiān)控 機(jī)器人依據(jù)學(xué)習(xí)過程中記憶的路徑信息自動 沿著小區(qū)的 道路 進(jìn)行 巡邏，并同時完成以下任務(wù)： 通過攝像頭獲取周圍環(huán)境的視頻數(shù)據(jù)，并通過無線 網(wǎng)絡(luò)傳送到保安室監(jiān)控大屏顯示。 通過超聲波傳感器實(shí)時監(jiān)測道路路面障礙信息，監(jiān)測到障礙后自動避障。 通過羅盤實(shí)時測量自己的運(yùn)行方向。 通過光電傳感器實(shí)時測量自己的運(yùn)行速度和計(jì)算運(yùn)行里程。 依據(jù)運(yùn)動參數(shù)（方向和運(yùn)行里程）計(jì)算自己當(dāng)前在小區(qū)中的坐標(biāo)。 依據(jù)坐標(biāo)信息，向保安人員匯報自己當(dāng)前在小區(qū)中所處的位置，并顯示在監(jiān)控大屏上。 接受保安人員遠(yuǎn)程緊急通知，并按照通知完成規(guī)定的動作。 自動檢測電量，當(dāng)自身電量不足時，向保安室發(fā)出通知，并自主返回充電塢充電。 學(xué)習(xí)模式 為了使安防機(jī)器人可以在任何陌生的小區(qū)環(huán)境下進(jìn)行獨(dú)立自主的工作，我們設(shè)計(jì)了學(xué)習(xí)與工作模式的功能。 安防監(jiān)控機(jī)器人通過機(jī)器學(xué)習(xí)，對未知的工作環(huán)境進(jìn)行熟悉，規(guī)劃出自主運(yùn)動的最優(yōu)路徑，當(dāng)在工作模式下，機(jī)器人則沿著規(guī)劃好的路徑進(jìn)行自主運(yùn)動。 在學(xué)習(xí)模式下，向機(jī)器人發(fā)送運(yùn)動的指令，機(jī)器人收到后完成相應(yīng)的動作，在機(jī)器人行走的過程中，不斷的將 16 位的路徑、狀態(tài)信息反饋給上位機(jī)，上位機(jī)收到這些信息后，交給路徑規(guī)劃模塊，采用 K— 最鄰近分類算法 ，對路徑進(jìn)行規(guī)劃，學(xué)習(xí)算法的流程圖如圖 54 所示。 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 開 始Q U d p S o c k e t 調(diào) 用w r i t e D a t a g r a m傳 輸 命 令下 位 機(jī) 接 收坐 標(biāo) ( X , Y )Q U d p S o c k e t 調(diào) 用r e a d D a t a g r a m ( )獲 取 坐 標(biāo)（ X , Y ）命 令u pi f ( s t a t e F l a g = = t r u e )i f ( ! f i r s t R u n )Q B y t e A r r a y d a t a g r a m = ” l e a r nM o d e 1 ” 選 擇 模 式f i r s t R u n = 1 ；t r u ef i l e C o m m a n d = 1 。 是否 記 錄 到 文 件f a l s ef i l e C o m m a n d= 0 。r u n T y p e = ‘ g ’ 。l e f tr u n T y p e = ‘ l ’ 。r i g h tr u n T y p e = ‘ r ’ 。f i l e C o m m a n d = 1 。 是否 記 憶s t o pr u n T y p e = ‘ s ’ 。i h f o R e c e i v e r ( )r u n T y p e = ‘ d ’ 。 /r u n T y p e = ‘ p ’ 。f i l e C o m m a n d = 1 。 是否 記 憶d o w n / r a i sq T s s t r p ” \ n ”記 錄 文 件獲 取 象 限 a r e a結(jié) 束I p ， P o r t上 層 “ O K ”Ture(學(xué)習(xí)式) 圖 54 學(xué)習(xí)模式流程圖 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 學(xué)習(xí)模式主要包括運(yùn)動控制部分和狀態(tài)位置信息兩部分，代碼實(shí)現(xiàn)如下所示： void mainWindow::left() { if(stateFlag ==true) { wifileft(orderSocket,sender,senderPort)。 runType = 39。l39。 fileCommand = 1。 } } void mainWindow::right() { if(stateFlag ==true) { wifiright(orderSocket,sender,senderPort)。 runType = 39。r39。 fileCommand = 1。 } } void mainWindow::stop() { wifistop(orderSocket,sender,senderPort)。 if(stateFlag == true) { fileCommand = 1。 runType = 39。s39。 } } …… void mainWindow:: infoReceiver() { while (infoSockethasPendingDatagrams()) {