一、项目概述
1.1 导言
交互式机器人小车首要是将语音的交互、视频的传送、动作的捕捉等功用结于一体，帮您完结视觉、听觉的拓宽，无限缩短您与您家人的间隔。它将选用具有超强的音频解码和流媒体处理才能的AT32UC3A0512作为中心；以Wi-Fi模块作为传输和操控的介质，然后有用确保媒体质量；用两驱三轮小车作为载体，充沛确保小车定位与导航的灵活性。两块60mm*100mm左右的太阳能电池板，在阳光足够时可供给近2w左右的功率，让小车能够快速完结主动充电的进程。而主动寻光模块则处理了小车怎么主动充电的问题，它首要由光敏传感器和微操控器中的蚁群算法构成，确保小车能够快速寻觅到光源最足够的当地。
1.2 项目布景/选题动机
社会节奏越来越快，爸爸妈妈、孩子、作业好像已很难统筹，而咱们的交互式机器人小车将为您排解这一担忧。它能够让您不管身在何方都可与您的孩子进行互动式游戏；向您远在家园的爸爸妈妈宣布一声厚意的问好；还可在家中巡视。当然现在家用机器人的安全问题已成为咱们不得不面临的难题，咱们的交互式机器人小车作为家用机器人中的一员，您或许也会宣布它会不会走漏家庭隐私的疑问。在此咱们不能确保肯定安全，但会为您构建专门的VPN通道，将咱们的机器人小车的安全做到最好。一同在动力方面，咱们规划的是太阳能充电和手动充电结合。在闲暇形式时，机器人小车会主动寻光进行太阳能充电，这样能够根本省去您充电的费事。
二、需求剖析
2.1 功用要求
①、对EVK1105上的USB进行规划，完结与常用免驱摄像头的直接衔接，并从中完结高分辨率的视频图画的信息提取。
②、结合Wi-Fi模块和EVK1105板上的网络模块将咱们的机器人小车衔接到Internet上，当然在其间咱们会请求VPN通道，然后确保信息的安全。
③、能够将视频和声响经过WiFi传到Internet上，一同可与对应客户端进行信息的传递。
④、能够完结即时语音通讯，如QQ、MSN软件中的言语谈天
⑤、闲暇时交互式机器人小车能够主动寻光，并运用太阳能电池板对电池充电
⑥、摄像头能够3自由度旋转，并完结互动式操作
⑦、小车能够主动定位和导航，主动逃避妨碍，对妨碍的盲区一般可操控到2cm规模以内。
⑧、当遇到碰击的状况，可经过振荡传感器进行有用检测，再回到原位重新避过。
2.2 功用要求
充沛运用EVK1105板上资源；可完结高清视频的获取及传送；可完结即时的语音交互，延时不超越1秒；能够直接跳过3cm高的台阶；能够续航10小时，阳光足够时可完结6小时把电充溢；铝合金打造坚不可摧，能承受高强度碰击。
三、方案规划
3.1 体系功用完结原理
咱们的交互式机器人小车首要能够分为EVK1105中心操控模块、Wi-Fi无线网络模块、传感器信号收集模块、视频语音收集模块、L298N电机驱动模块、太阳能充电模块和车体模型七大模块。详细体系硬件结构框图如下所示：
图（1）：交互式小车体系结构框图
其间Wi-Fi网络模块咱们暂时考虑用无线路由器再结合EVK1105上的网络服务模块来构建，暂不胪陈。下面将侧重介绍传感器信号收集模块、视频语音收集模块、L298N电机驱动模块（包括舵机操控）、太阳能充电模块的根本原理：
3.1.1、传感器信号收集模块
在这一模块中咱们首要用到了ADXL345三轴加速度传感器、避障用的红外光电传感器（经实验这样避障会产生较大盲区，如算法优化不成功咱们或许会以超声波测距模块替换）、霍尔元件、轰动传感器、光传感器。在这一模块中除装备了必要的传感器外，咱们还将为它留下足够的传感器拓宽口，以便利今后进行功用的拓宽和一些功用方面的改善。
其间ADXL345是一款高精度数字式的三轴加速度传感器，它具有在16G下高分辨率（13Bit）丈量才能，一同支撑SPI和I2C通讯方法。有了它便可有用的检测出小车的运动途径，还确保了机器人小车跋涉进程中的平稳。详细模型如下：
设机器人的初始方位为( X 0，Y 0 )，对x 轴的初始偏角为α0 ，经过单位时刻t 后机器人的方位 (Xt，Yt)为：
X=2Rsin(R/2)cos(α0 +β/2)+X0
Y=2Rsin(R/2)sin(α0 +β/2)+Y0
光电传感器用于对妨碍的检测，它的有用检测间隔可达30cm且不受光线强弱影响，详细衔接如图（2）所示。小车的速度检测咱们是经过霍尔元件来完结的，详细原理是在车轮加上强磁体，然后让MCU依据霍尔元件传会的脉冲守时，再结合车轮直径便可算出车速。轰动传感器则用于检测车体是否产生磕碰。光传感器首要是为太阳能主动充电服务的，有点类似于一般的智能车主动寻觅点亮的蜡烛并将其平息的进程。而咱们的光传感器传回的首要是模拟信号，因而要先对其进行AD转化，再依据转化成果剖析光的强弱。
3.1.2、视频语音收集模块
在本体系中咱们暂时运用的是一般的免驱摄像头加CH374来获取的，但在EVK1105咱们会考虑直接加驱动衔接获取。关于语音的收集，尽管摄像头中内置了麦克风，但咱们实验发现作用并不好，关于这一问题咱们考虑用外置麦克风处理。
3.1.3、L298N电机驱动模块
详细原理图如下所示。这一模块首要用对小车速度和方向的操控，MCU只要为其供给2路PWM信号和两路方向信号即可。
图（3）：L298N电路原理图
3.1.4、太阳能充电模块
这一模块咱们首要用滴胶太阳能电池板和DC-DC升压电路来完结。详细原理图如下所示：
图（4）：DC—DC升压电路
3.2 硬件渠道选用及资源配置
因为考虑到本体系对视频和语音的要求比较高，因而咱们挑选具有强壮的音频解码和流媒体处理才能的EVK1105硬件渠道作为中心操控器，而且EVK1105在USB模块方面的装备和引导将为咱们的规划供给极大的便利。在咱们的交换式机器人小车中将EVK1105将作为一USB主机，经过相应USB驱动从摄像头中获取视频信号并由板上的液晶模块显现。一同USB还担任一个音响的操控，完结音频的播映。而咱们的Wi-Fi模块首要依靠与EVK1105的网络拓宽，经过EVK1105相关网络服务的引导，咱们会构建一简略的Web Server，然后只需经过网络长途拜访这个Web Server便可获取相关信息或对小车实施相应的操控。而咱们的电机和舵机操控用的PWM信号将由AT32UC3A0512的相应I/O供给，传感器模块及其它相关输出操作则由一般I/O口完结。
3.3体系软件架构
图（5）：体系软件架构
3.4 体系软件流程
从流程图中能够看出咱们的机器人小车在闲暇时会主动寻觅光源，当找到足够的光源后它充电的一同会进入睡觉形式，这样能够把动力的耗费降到最低。假如在这时有操控请求，体系会以中止的方法唤醒AT32UC3A0512。在进行体系长途登录操作时首先要经过身份验证，一同为了确保信息的安全咱们还会为其装备专门的VPN通道。验证经往后，体系则主动将检测到得信息先处理，在进行打包发送。在视频显现环节，EVK1105板上显现器要同步显现。当信息发送结束后，体系主动检测承受缓存区是否有数据。如有则承受相应信号，并对其进行别离，详细如上流程图所示。
图（6）：程序运转流程图
3.5 体系估计完结成果
在有网络的状况下，只需登录相应网页并经过身份验证，就可与机器人小车周围的人攀谈。还可经过长途操控小车，调查小车周围的恣意场景。小车的摄像头能够跟着客户端鼠标的上下左右移动而一同移动，便利对恣意视点的调查。操控时只需在承受的视频上移动鼠标点中想让小车抵达的目的地，它便可主动抵达。或许也可直接为它设置跋涉途径，就如一些游戏中方针的途径移动相同。在不对小车进行操作时，机器人小车会进入闲暇形式。此刻小车会依据时刻判别是否主动寻觅光源，当寻觅到光源时小车则进入睡觉形式并进行充电。小车寻觅目的地时能够主动区分最优途径，在跋涉进程中如遇到妨碍会主动逃避，如产生意外碰击则先归位再自行绕开。
