保全機器人與居家防護系統實作
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保全機器人可以透過WIFI將即時影像傳送致Server端，遠端可透過網頁或手機透過Server對保全機器人進行操作，此居家防護系統的架設不侷限於保全機器人，可透過MCU同時存取多種Sensor的即時狀態也可反向控制家電產品等設備，但本專題專注於保全機器人的設計與Server的架設。
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保全機器人與居家防護系統實作
- 2. Outline • 專題動機與目標 • 系統架構 • 保全機器人 • 居家防護系統 • 結論與未來展望 2
- 3. Outline • 專題動機與目標 • 系統架構 • 保全機器人 • 居家防護系統 • 結論與未來展望 3
- 4. 專題動機與目標 • 動機 – 居家防護安全存在漏洞 • 大部分的監控系統問題 – 竊盜或恐怖攻擊事件發生後，才調閱監視器畫面來確認歹徒 的樣貌，已經為時已晚(被動) • 在物聯網的時代，家中感測器(水位、溫度……)發出警訊 – 到底是不是false alarm? • 解決方案(化被動為主動) – 保全機器人 • 目標 – 搭配物聯網的技術建構完善的居家防護系統 4
- 5. 專題動機與目標 • 欲達成目標 – 居家防護系統(Skynet) • Cloud Server • 設備可透過網路，向雲端 Server 註冊，成為雲端裝置 • 具Web 操控顯示介面 • 透過 Web Browser 檢視雲端裝置並遠端操控家中的設備 – 保全機器人(Terminator) • 即時影像 • 可控制前進、後退、轉彎 • 有武器發射功能 • …… 5 圖片來源:http://allnewspipeline.com/Going_After_Your_Children.php 圖片來源: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.glu.t5
- 6. Outline • 專題動機與目標 • 系統架構 • 保全機器人 • 居家防護系統 • 系統成果展示/實驗數據圖 • 結論與未來展望 6
- 7. 系統架構 7 Cloud Server (Skynet) WIFI (MQTT) Router Internet (MQTT) internet Security robot (Terminator) MCU WIFI (MQTT) …… Database Server MQTT MQTT-‐Broker MQTT MQTT option 伺服馬達 直流馬達 電池 Camera . . .
- 8. Outline • 專題動機與目標 • 系統架構 • 保全機器人 • 居家防護系統 • 系統成果展示/實驗數據圖 • 結論與未來展望 8
- 9. 保全機器人 • 保全機器人 – 基本功能 – 硬體方塊圖 – 即時影像(鏡頭旋轉) – 前進、後退、轉彎控制 – 電量偵測 – 無線充電 – 藍芽返航充電 – 巡跡 9
- 10. 基本功能 • 保全機器人的基本功能 – 無線Wi-‐Fi – 即時影像 • Pan-‐tilt web camera – 運動行為 • 前進、後退、轉彎 • 武器發射 – 自動返航充電 • 藍芽BLE4.0定位 • 循跡模式(彌補藍芽定位精準度不足) – 充電方式 • 無線充電 10
- 11. 保全機器人 • 保全機器人 – 基本功能 – 硬體方塊圖 – 即時影像(鏡頭旋轉) – 前進、後退、轉彎控制 – 電量偵測 – 無線充電 – 藍芽返航充電 – 巡跡 11
- 12. 硬體方塊圖 12
- 13. 保全機器人 • 保全機器人 – 基本功能 – 硬體方塊圖 – 即時影像(鏡頭旋轉) – 前進、後退、轉彎控制 – 電量偵測 – 無線充電 – 藍芽返航充電 – 巡跡 13
- 14. 即時影像 • 即時影像 機舵 Web Camera 雲台 14
- 16. 保全機器人 • 保全機器人 – 基本功能 – 硬體方塊圖 – 即時影像(鏡頭旋轉) – 前進、後退、轉彎控制 – 電量偵測 – 無線充電 – 藍芽返航充電 – 巡跡 16
- 18. • 馬達驅動板 • 控制方式 本車使用IN1 IN2控制Motor A IN1 IN2 功能 1 0 前進 0 1 後退 前進、後退、轉彎 18
- 19. 保全機器人 • 保全機器人 – 基本功能 – 硬體方塊圖 – 即時影像(鏡頭旋轉) – 前進、後退、轉彎控制 – 電量偵測 – 無線充電 – 藍芽返航充電 – 巡跡 19
- 21. 保全機器人 • 保全機器人 – 基本功能 – 硬體方塊圖 – 即時影像(鏡頭旋轉) – 前進、後退、轉彎控制 – 電量偵測 – 無線充電 – 藍芽返航充電 – 巡跡 21
- 23. Outline • 保全機器人 – 基本功能 – 硬體方塊圖 – 即時影像(鏡頭旋轉) – 前進、後退、轉彎控制 – 電量偵測 – 無線充電 – 藍芽返航充電 – 巡跡 23
- 24. • 硬體設備 – 傳送模組 • CC2541 藍芽模組 – AT-‐09藍牙 4.0 BLE – 工作頻率：2.4GHz ISM band – 靈敏度：：≤-‐84dBm at 0.1% BER – 傳輸速率：Asynchronous: 6 kbps Synchronous: 6 kbps – 功耗:自度休眠模式下，待機電流400uA~1.5mA,傳輸時8.5mA – 供電電源：+3.3 VDC – 接收模組 (BT4-‐CSR-‐Dongle) • 使用 CSR8510 晶片，符合藍牙 4.0 技術規範，雙模式傳輸 • 傳輸距離可達 20M(無阻隔)，傳輸速率可達 3Mbps 藍芽返航充電 24
- 25. 蒐集RSSI，分析數據 機器人掃描beacon的RSSI 分析數據，計算距離 利用餘弦定理， 設定一個邊界角度， 並計算機器人方位 ( RSSI / txpower ) ^ 7.7095 * 0.89976 + 0.111 COSθ = (X^2 + Y^2 –Z^2) / 2XY 藍芽返航充電 25
- 26. 判斷&決定行進方向: 機器人前進兩秒後計算 與上一點差距 若偵測反方向 回轉180度 藍芽定位流程圖 藍芽返航充電 26 RSSI= -‐ 60 1m RSSI= -‐ 62 1.26m RSSI= -‐ 63 1.42m 1m 若偵測超出θ 轉向90度 若在設計範圍內持續前進
- 27. Outline • 保全機器人 – 基本功能 – 硬體方塊圖 – 即時影像(鏡頭旋轉) – 前進、後退、轉彎控制 – 電量偵測 – 無線充電 – 藍芽返航充電 – 巡跡 27
- 29. 左 中 右 判斷狀態 動作 0 0 0 在軌道上 正常運行 前進 1 0 1 在軌道上 正常運行 前進 0 1 0 在軌道上 正常運行 前進 0 0 1 偏右 左轉 0 1 1 偏右 左轉 1 0 0 偏左 右轉 1 1 0 偏左 右轉 1 1 1 超出軌道 後退 當此狀態持續三秒 循跡模式 STOP 循跡模式 29
- 30. 循跡模式 30
- 31. Outline • 專題動機與目標 • 系統架構 • 保全機器人 • 居家防護系統 • 結論與未來展望 31
- 32. 系統架構 WIFI (MQTT) Router Internet (MQTT) internet Cloud Server Security robot MCU WIFI (MQTT) …… Database Server MQTT MQTT-‐Broker MQTT MQTT option 伺服馬達 直流馬達 電池 Camera . . . 32
- 33. 居家防護系統 • MQTT – Publish/Subscribe的訊息傳送模式，來提供一對多的訊息分配 – 使用TCP/IP來提供基本的網路連結 – 三種訊息傳送服務的qualities(QoS=0,1,2) – header固定長度為2byte，減少封包傳送時的額外負載，並減少所需的網 路頻寬。 – 當異常斷線發生，最後遺囑(Last Will and Testament)的機制，通知各個感 興趣的client。 資料來源: http://www.hivemq.com/blog/how-to-get-started-with-mqtt 33
- 34. • 雲端物聯網架構 居家防護系統 HTML5/CSS3/JavaScript/jQuery MQTT-‐Broker Database Server Device Device Device User MQTT MQTT MQTT MQTT workstation workstation PHP7.0/Maria DB JSON/AJAX Web …… …… 34
- 36. 居家防護系統 • 影像傳輸流程 Router Internet (MQTT) internet Cloud Server Security robot WIFI (MQTT) Database Server MQTT MQTT-‐Broker User 伺服馬達 直流馬達 電池 Camera . . . 開啟image server(ex:192.168.10.100:8000) CGI(Common Gateway Interface ) 192.168.10.100:8000 36
- 37. 居家防護系統 • Common Gateway Interface (CGI) – Printing HTML Output with Perl – Exchange data from the server using jQuery with AJAX – Exchange data from the client using Python with AJAX 37
- 39. 結論與未來展望ˇ • 保全機器人配合居家防護系統 – 達造出物聯網時代更安全的防護網 – 可即時觀看影像且個感測裝置可以在網頁顯示 • 未來展望 – 藍牙定位更精準（畫出室內定位車子位置） 39
- 40. 40
- 44. L293D 44
- 46. 無線充電 46