1、项目介绍1.1 背景及意义随着人工智能、自动控制与嵌入式技术的飞速迭代智能移动机器人已成为工业自动化、智慧安防、校园管理、园区巡检等领域的核心应用载体推动传统人工巡检模式向智能化、无人化、自动化方向转型升级。在现代园区、厂区、校园、仓储等场景中传统人工巡逻存在诸多弊端巡逻工作受天气、体力、主观状态影响较大路线随机性强、频次不稳定容易产生巡检盲区与漏检问题同时人力成本高、工作效率低长期重复性巡逻易引发疲劳懈怠难以满足全天候、高精度、标准化的安防巡检需求。此外密闭车间、高危仓储区域、夜间无人园区等特殊巡检场景人工巡检安全风险高、作业难度大传统巡逻模式已无法适配现代化安防管理的发展要求。在此行业背景下小型智能巡逻小车凭借体积小巧、部署灵活、成本低廉、扩展性强、可全天候作业等优势成为替代人工巡逻的最优轻量化方案之一可集成传感器检测、自主避障、循迹行驶、状态监测、远程控制等功能有效弥补人工巡逻的短板契合当下安防领域“技防替代人防”的智能化转型趋势具备极高的实用价值与应用前景。智能巡逻小车可实现自主循迹、智能避障、环境监测、定点巡逻、异常报警等功能能够替代人工完成常态化巡检工作。一方面小车可实现全天候不间断巡逻有效规避人工疲劳、漏检、误检等问题大幅提升巡检工作的标准化与精准度切实保障园区、厂区、校园等场景的安防安全另一方面设备部署便捷、维护成本低可有效降低企业及园区的人力运维成本提升安防管理效率适配中小型场景的轻量化巡检需求。同时小车可灵活适配不同巡检环境通过功能拓展可实现温度、湿度、烟雾、障碍物等多类数据监测适用于智慧校园、工业厂区、智能仓储、小区安防等多个场景通用性与实用性极强。1.2 实现的功能环境感知采用DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器、5516光敏电阻传感器实时监测巡逻小车环境的温度、湿度、烟雾浓度和光照情况。电压与电量监测设计电池电压检测电路利用电阻分压电路实现对工作电压的监测及电量进行监测。经纬度监测利用ATGM336H GPS/北斗定位模块采集巡逻小车的经度与纬度、定位状态及卫星时间信息。火灾预警当巡逻小车采集的环境烟雾高于阈值限值通过自动启动蜂鸣器和LED灯进行声光报警并立即上传火灾报警信息。自动照明当巡逻小车采集的环境光照低于阈值限值则自动打开LED灯照明并具备手机端App控制巡逻照明功能。巡逻图像采集通过ESP32-CAM WiFi摄像头模块采集巡逻区域图像并在局域网内建立MJPEG实时视频流手机APP支持输入并保存ESP32-CAM的IP地址通过指定网络地址连接或断开摄像头视频流并实时显示巡逻现场画面及连接状态支持对实时监控画面进行一键拍照、开始录像和停止录像录像过程中实时显示录制时长并将照片和视频分别保存为JPG和MP4文件手机APP设有视频回放页面可按时间顺序显示照片和录像的缩略图、文件名、拍摄时间、文件大小及视频时长并支持照片查看、录像播放和媒体文件删除。屏幕显示通过OLED显示屏实时显示温湿度、烟雾浓度、光照强度、电池电量、定位信息、工作模式及报警状态巡逻模式切换系统支持手动遥控、自动循迹和自动避障三种巡逻方式可根据实际需求切换工作模式手动遥控模式下通过手机APP控制小车前进、后退、左转、右转和停止自动循迹模式下通过4路TCRT5000红外传感器识别地面轨迹控制小车自动沿预设路线巡逻自动避障模式下通过舵机带动HC-SR04超声波模块扫描前方、左侧和右侧障碍物根据测距结果自动调整行驶方向。远程交互通过WiFi无线通信技术将巡逻小车感知的环境数据与设备状态上传至OneNET云平台用户可以通过手机APP进行环境数据查看、经纬度、工作模式切换、小车运动控制、照明控制及手动报警等功能。1.3 硬件选型主控模块STM32F103C8T6单片机最小系统显示模块OLED显示屏传感器模块DHT11温湿度传感器MQ-2烟雾传感器5516光敏电阻传感器HC-SR04超声波测距模块4路TCRT5000红外循迹传感器电池电压检测电路执行器模块TB6612双路电机驱动模块双直流减速电机舵机云台照明LED灯报警LED灯有源蜂鸣器定位模块ATGM336H GPS/北斗定位模块图像模块ESP32-CAM WiFi摄像头模块通信模块ESP-01S WiFi无线通信模块1.4 开发环境下位机开发环境Keil uvision5云平台OneNET云平台手机端App开发环境Android Studio开发环境2、总体设计思路及框图智能巡逻小车以STM32F103C8T6 单片机最小系统作为核心控制器分为输入采集模块、输出执行模块、电源模块、云平台通信模块四大板块实现环境感知、自主巡逻、远程上云、手机 APP 监控功能。输入采集模块负责采集环境、位置、障碍物信息把检测数据传给单片机温湿度监测模块采集环境温度、湿度监测巡检区域环境状态烟雾监测模块检测烟雾浓度用于火灾隐患预警光照监测模块采集环境光照强度超声波监测模块超声波测距实现障碍物检测、避障红外监测模块红外传感可用于循迹或者人体入侵检测GPS 定位模块获取小车地理位置坐标图像采集模块采集现场画面实现巡检图像抓拍按键控制模块本地按键实现小车本地手动模式切换、功能设置。电源供电模块为STM32 最小系统、全部传感器、电机、WiFi 模块统一供电是整个小车的能源基础。输出执行模块STM32 根据采集到的数据下发控制信号驱动各个执行器件完成巡逻、报警、显示动作TB6612 双路电机驱动模块接收 STM32PWM 信号驱动直流电机双直流减速电机小车动力单元控制小车前进、后退、转向、调速舵机可搭载摄像头 / 传感器实现云台转动调整图像采集、障碍物探测角度有源蜂鸣器声光报警当烟雾超标、检测到入侵、故障时发出警报屏幕显示模块本地屏幕实时显示温湿度、烟雾、小车状态等信息。云通信链路WiFi MQTT OneNET 云平台 手机 APPWiFi 无线通信模块和 STM32 双向通信。单片机将传感器数据打包通过 WiFi、MQTT 协议上传到OneNET 物联网云平台OneNET 云作为中间服务器存储数据并转发手机端 App用户在手机上远程查看温湿度、烟雾、定位、图像数据同时可以下发指令远程遥控小车巡逻。3、实物展示
