Intel Edison 智能抢险救灾机器人_电路方案

Intel Edison 智能抢险救灾机器人

2019/08/27

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近年来，地震、矿难、火灾、海啸、核辐射、交通事故等各类灾难事故频发，严重危害了人们的生命安全，造成家庭和社会的很大损失。更严重的是，在灾难事故发生后，许多情况是因为受到环境影响而制约救援，不能第一时间到达救灾现场而耽误救援时间，从而使人们的生命财产收到了严重的威胁。面对极其危险与恶劣的灾难救援环境，运用智能救援机器人进行搜救是一种很好的搜救方法，并得到越来越多研究人员的关注。智能救援机器人不但能够帮助工作人员执行救援工作，而且有时能够代替工作人员执行搜救任务，能有效的提高救援的效率和减少施救人员的伤亡。

基于以上原因，我们设计了一款智能搜救机器人，可以探测恶劣环境中的各项参数。并能实时地将灾难现场的第一手宝贵资料传回营救中心，以帮助救援指挥部做出正确的判断。

本设计是基于Intel Edison开发的一款智能搜救机器人，可以在恶劣环境中获取各项环境指标，并能实时的将灾难现场的第一手宝贵资料传回营救中心，以帮助救援指挥部做出正确的判断。它不但能够帮助工作人员执行救援工作，而且有时能代替工作人员执行搜救任务，能有效率的提高救援效率和减少救援人员的伤亡。

该机器人主要包含以下几种功能：

1.险区环境监测实时掌握灾难现场第一手宝贵资料。

2.蓝牙/433M多端遥控适应各种复杂控制环境，提高了机器人环境适应性。

3.微信连接使用微信即可控制机器人，让每个人都可以使用。

4.实时现场视频传输更有利于观察不易到达地方的具体环境状况。

5.人脸识别&人体红外检测能够快速定位受困人员，并实施救援工作。

6.智能语音播报可以随时为被困人员传达信息，有利于被困人员自救。

7.智能太阳能寻光充电更加智能节能环保。

本机器人系统由各系列传感器设备，语音系统，摄像头采集，核心控制等组成。通过WiFi模块和蓝牙模块实时传输险区的环境信息到控制者的手机端，另外可使用机器人的人脸识别以及人体红外监测来寻找被困人员，使控制者可以远程操控进行人员搜救工作。

1.险区环境监测：

该智能搜救机器人环境监测部分主要由：光照强度传感器；噪声传感器；温度传感器；有害气体传感器组成；通过这些传感器，方便救援人员了解险区的各项环境指标。

1.1:光强监测: 光照度传感器采用对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器作为传感器；根据不同的测量场所，配合不同的量程具有线性度好、防水性能好、抗干扰能力强等特点。可以让救援机器人在大约1个烛光1米距离的光亮度下工作，也可在夏日晴天强光下照度为 10万 Lux下工作；有月光的夜里 0.3～0.03 Lux下工作；

1.2:噪声监测: 噪声传感器正是由于传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒,声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压，从而实现光信号到电信号的转换。再通过核心控制器处理其相关电信号获得参数。其声音分辨率在1HZ。分贝数在45dB-120dB;

1.3:温度传感器:采用非接触式温度传感器，它的敏感元件与被测对象互不接触，可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。测量准确度：0.01级;分辨率0.1uV和0.1mΩ

1.4:有害气体传感器：该气体使用的是烷烃类可燃气体传感器，该传感器可以用于监测险区是否有液化气等可燃气体泄漏，可提前做好人员疏散工作。

2．蓝牙/433M多端遥控

蓝牙支持点对点以及点对多点的通信，以无线方式将家庭或办公室中的各种数据和语音设备连成一个微微网（Pico－net），几个微微网还可以进一步实现互联，形成一个分布式网络（scatter－net），从而在这些连接设备之间实现快捷而方便的通信。机器人使用蓝牙控制，方便用户可以使用手机等设备进行连接使用，也可以方便以后多端多方位控制机器人，从而适应不同的地形条件。

433M数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～+85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。使用该模块与蓝牙模块互补。方便机器人适应一些恶劣的控制环境，使机器人更加方便。

3.微信连接

该机器人暂时使用了一个免费好用的网络服务器-微信公众号平台，通过微信公众号为每个机器人分配一个ID，用户关注该公众号发送关键字就可以让机器人的各数据环境信息反馈到用户的手机之上，方便了普通家庭用户的使用，后期可提供一般网络服务器服务，用户通过网页登录即可使用。

4.实时现场视频传输

4.1:视频图像采集: 通过摄像头采集视频图像，并将视频图像进行压缩编码。若采用高清摄像头，则图像可以达到D1（720*576）分辨率，视频压缩编码可以有很多种格式，如MPEG2、MPEG4、H.264等等，常用的是H.264格式，因为压缩率高，可减小文件大小，增加传输速率。我们采用的Intel edison平台带有一个双核、双线程32bit AtomZ34XX系列处理器和Quark处理器，高速而强大的CPU可以运行主流的实时嵌入式操作系统；高速且低功耗的CPU适合不同环境的要求，低功耗可以很好的节约资源，在某些不需要实时监控的场所，就可以启用低功耗模式；高清晰且连续的视频码流，适合于绝大多数算法应用的需求，便于实现机器人的功能。

4.2:视频图像本地存储和上传:摄像头采集到的图像既可以选择本地存储和上传，也可以选择直接上传，选择哪种方式是根据用户需要和系统的配置决定的。本地存储的介质可以是SD卡，也可以是edison自带内存，两种介质系统都可以支持。上传可以是无线网络，通过BCM43340 a/b/g/n多协议支持WiFi 上传至服务器通过网页登录可观看视频。

5.人脸识别&人体红外检测

人体红外检测使用人体红外检测模块可以在近距离感应人的存在，从而发现受困人员。

人脸检测使用的是OpenCV库进行人脸识别，检测记点(眼睛、耳朵、鼻子等的位置)用来构造一个特征向量(点与点之间的距离、角度等)。通过计算测试和训练图像的特征向量的欧氏距离来进行识别，然后通过圆圈标记出人脸，通过机器人自带的显示屏显示出来，也可以通过WIFI 传输至服务器，通过网页显示出标记的人脸和发现人脸的个数。

6.智能语音播报

可以通过手机控制机器人与受困人员进行语音交流，可以了解受困人员的健康状况和需求情况，可以通过语音为他们传播自救信息。有助于更快速的救出受困人员,让伤亡最小化。

7. 智能太阳能寻光充电

通过控制机器人四处移动，来获取相对位置对应的光照强度，通过比对两个光照强度传感器的强度，判断机器人移动方向，通过SD卡记录下来对机器人通过神经网络进行训练，让机器人可以在不使用的时候自己去寻找一个光照较强的地方进行充电。

在后期的开发之中我们会为机器人增加4个超声波模块和两个编码器。通过四个超声波模块获取机器人所处的相对位置，通过编码器获得机器人所移动的相对位置，存入SD卡，对机器人进行训练，让机器人可以在自行控制的情况下进行自主路径规划。

8.开发平台介绍

Edison的芯片包含一颗时钟频率为 500 MHz 的英特尔® 凌动™ 处理器和 4GB 托管闪存。这样我们就可以用它强大的处理功能去跑openCV 做视频传输人脸识别等功能。其内置WiFi模块和低功耗蓝牙模块更方便了我们将机器人连接到云端，让大家可以通过手机APP和微信控制机器人。

由于当时Edison刚刚发布，以至于网上的资料很少，我在当时的学习过程中也遇到了不少的困难。所以为了方便大家，我使用了SmartNode这款图形化编程软件让每一个人都可以制作出高大上的机器人。

9.作品演示

演示视频:

1.Intel ediosn 机器人视频人员搜救演示

2.Intel ediosn 机器人遥控视频演示

3.Intel ediosn 机器人环境监测演示

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9.1.首先给大家展示的是视频传输+openCV人脸识别

视频图像可通过车身自带TFT液晶屏显示，也可以通过云端传输到手机显示，如截图识别JJ的写真照片，JJ好帅

9.2 手机APP遥控

一个简单的APP可以通过APP开启视频传输，放音乐，当然各位也可以自己加功能，比如加个探照灯，或者是一些小武器之类，机械臂也可以

9.3微信控制

通过微信，当然也可以开启摄像头进行人脸识别，因为视频是通过一个小网页显示的所以可以用在各处，另外微信呢，可以通过发送关键信息，来监测机器人所处地域的光照、温度、声音和有害气体，当然如果你喜欢你可以添加更多模块实现更多功能。微信端我使用的也是SmartNode官方提供的公众号，因为很方便，如果大家有兴趣，可以自己搭一个出来，也很简单。