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摘要：Wifi，中文译为“无线相容认证”。它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网信号。通过wifi无线传输视频，提前侦查救援现场的环境，以便拿出更好的救援方案，减少救援时间，这样即保障了救援人员的安全，又能达到救援目的。视频智能救援机器人的发展已经应用于反恐侦查、消防救灾、生命探测等民用和军事领域当中，成为当代社会的救援新力量。
关键词：高清摄像头；热成像摄像头；WiFi通信
本项目是基于Arduino、高清摄像头和WiFi无线传输技术设计的一款用于救援的智能机器人。它包含摄像头、人体红外感应、烟雾感应、GPS、超声波和WiFi等模块，可由上位机远程控制或自动控制，通过WiFi无线传输，使救援人员得到相对狭小空间内伤员的大致生命体征、所处环境和相对位置，以便采取更好地救援计划，减少救援的难度。
1、救援机器人关键技术
1.1通信与控制方式的选择
红外遥控技术通用性强，但稳定性差有效控制距离太短。
基于GSM＼GPRS网络的远程操控方式，设备简单、使用可靠。只要有GSM＼GPRS网络的地方就可以实现远程监测和控制。其缺点是构建系统复杂、依赖移动通信网络、使用和维护成本高，由于网络的带宽限制，不能承载如视频传输等对带宽需求较高的业务[1]。
WiFi的无线电波覆盖范围广，覆盖范围一般可达一百米。而蓝牙的电波覆盖范围非常小，覆盖半径大约只有15米左右。而且WiFi传输速度非常快，可以达到视频信号传输的要求。
因此决定选用WiFi技术实现机器人的控制和视频的传输。
1.2搜索目标
机器人配备了高清摄像头，能更清晰的观察到周边环境。为了适应机器人所处的工作环境特点，还加装了热成像摄像头，由于红外热成像技术是通过探测场景和目标之间的发射功率差异和温度差异所产生的红外辐射特征而进行的，因此具备较高的空间分辨率和温度灵敏度特性，所以能够对隐蔽不易察觉的目标进行有效的判断、鉴别[2]。
与传统成像技术相比，红外热成像技术可以摆脱黑暗光线的限制，即使在夜间或弱光线条件下也能完成对生命体的搜寻。
1.3定位和姿态
当机器人找到目标后，为了给后续救援工作的实施提供方便，提供准确的位置信息就尤为重要。
GPS接收器接受并处理来自可见卫星的信号。通过对信号的处理可以得到接收器的具体坐标。GPS天线阵列用以计算运动姿态。坐标位置和姿态结合便可得到较为准确的目标位置信息。
1.4多种传感器综合分析
利用視频采集等多种传感器构成信息采集系统，通过单片机处理融合后通过WiFi传输给控制端。根据对机器人状态及其周围环境，对灾害现场的环境进行还原和综合分析，有利于对救援进行准确判断，并对机器人进行控制。
2、机器人的控制系统
2.1手动控制
可通过PC端上位机和手机APP查看摄像头等传感器采集的信息，并根据相应情况对机器人进行控制，部分通信协议如下：
2.2自动控制
机器人可选定自动模式，在自动模式下机器人可根据传感器采集的信息自主规路线，寻找目标。
3、模型的搭建
3.1WiFi模块
采用有人物联网的USR-C215模块，硬件上集成了 MAC、基频芯片、射频收发单元；内置低功耗运行机制，可以有效实现模块的低功耗运行；支持 Wi-Fi 协议以及 TCP/IP 协议，用户仅需简单配置，即可实现 UART 设备的联网功能。且模块可选择内置或外置天线的应用，方便多重选择。
3.2热成像摄像头模块
采用朗驰M02 系列微型红外热成像一体化模组。M20用FLIR的lepton摄像头小巧轻便。CVBS 接口输出，单电源供电，使用极其简单，采集方便。并可通过串口传输指令控制摄像头。通过采集到的图像分析出是否检测到生命体。
3.3GPS模块
模块采用 U-BLOX NEO-6M 模组，体积小巧，性能优异。部分采集指令如下：
$GPGGA，023543.00，2308.28715，N，11322.09875，E，1，06，1.49，41.6，M-5.3，M，，*7D
$GPGSV，3，2，12，09，35，133，，10，01，073，，15，72，240，22，18，05，274，*7B
$GPRMC，023543.00，A，2308.28715，N，11322.09875，E，0.195，，240213，，，A*78
$GPVTG，，T，，M，0.195，N，0.361，K，A*2A
$GPGLL，2308.28715，N，11322.09875，E，023543.00，A，A*6A
安装双GPS，根据指令信息可以得到两个GPS模块的坐标。设位于机器人左右两侧的模块GPS1、GPS2坐标分别为（x1，y1）、（x2，y2）
若x1>x2，机器人中心轴线与纬线正方向夹角为θ。若x1 3.4人体红外传感器
HC-SR501高灵敏度人体红外传感器模块，模块采用LHI778探头，具有高灵敏度，准确可靠。当有人进入感应范围输出高电平，人体离开感应范围时，输出低电平。
3.5光电对管、超声波等自动壁障模块
当机器人处于自动模式下，可根据模块信息自主寻迹、壁障。在手动控制时，辅助控制避免不必要的损伤，测定与障碍物之间的距离。
结论
本文在结合小R科技机器人机械结构的基础上，增加了热成像摄像头、GPS等模块，提出了一种基于WiFi远程控制的搜救机器人制作方案，通过测试，该方案可实现预期目标。将有助于各种自然或人为灾害后的救援工作。
参考文献：
[1]赵九龙，基于嵌入式Linux系统的移动机器人无线控制技术[D]，西安电子科技大学，2013.
[2]苏庆旦，红外热成像系统实现及其图像增强技术研究[D]，西安电子科技大学，2015.
[3]俊杰，基于无线网络的机器人远程控制系统集成平台研究[D]，北京交通大学，2012.06.
[4]李郁峰，履带式移动机器人及其无线控制的实现[D]，太原理工大学，2005.04.
关键词：高清摄像头；热成像摄像头；WiFi通信
本项目是基于Arduino、高清摄像头和WiFi无线传输技术设计的一款用于救援的智能机器人。它包含摄像头、人体红外感应、烟雾感应、GPS、超声波和WiFi等模块，可由上位机远程控制或自动控制，通过WiFi无线传输，使救援人员得到相对狭小空间内伤员的大致生命体征、所处环境和相对位置，以便采取更好地救援计划，减少救援的难度。
1、救援机器人关键技术
1.1通信与控制方式的选择
红外遥控技术通用性强，但稳定性差有效控制距离太短。
基于GSM＼GPRS网络的远程操控方式，设备简单、使用可靠。只要有GSM＼GPRS网络的地方就可以实现远程监测和控制。其缺点是构建系统复杂、依赖移动通信网络、使用和维护成本高，由于网络的带宽限制，不能承载如视频传输等对带宽需求较高的业务[1]。
WiFi的无线电波覆盖范围广，覆盖范围一般可达一百米。而蓝牙的电波覆盖范围非常小，覆盖半径大约只有15米左右。而且WiFi传输速度非常快，可以达到视频信号传输的要求。
因此决定选用WiFi技术实现机器人的控制和视频的传输。
1.2搜索目标
机器人配备了高清摄像头，能更清晰的观察到周边环境。为了适应机器人所处的工作环境特点，还加装了热成像摄像头，由于红外热成像技术是通过探测场景和目标之间的发射功率差异和温度差异所产生的红外辐射特征而进行的，因此具备较高的空间分辨率和温度灵敏度特性，所以能够对隐蔽不易察觉的目标进行有效的判断、鉴别[2]。
与传统成像技术相比，红外热成像技术可以摆脱黑暗光线的限制，即使在夜间或弱光线条件下也能完成对生命体的搜寻。
1.3定位和姿态
当机器人找到目标后，为了给后续救援工作的实施提供方便，提供准确的位置信息就尤为重要。
GPS接收器接受并处理来自可见卫星的信号。通过对信号的处理可以得到接收器的具体坐标。GPS天线阵列用以计算运动姿态。坐标位置和姿态结合便可得到较为准确的目标位置信息。
1.4多种传感器综合分析
利用視频采集等多种传感器构成信息采集系统，通过单片机处理融合后通过WiFi传输给控制端。根据对机器人状态及其周围环境，对灾害现场的环境进行还原和综合分析，有利于对救援进行准确判断，并对机器人进行控制。
2、机器人的控制系统
2.1手动控制
可通过PC端上位机和手机APP查看摄像头等传感器采集的信息，并根据相应情况对机器人进行控制，部分通信协议如下：
2.2自动控制
机器人可选定自动模式，在自动模式下机器人可根据传感器采集的信息自主规路线，寻找目标。
3、模型的搭建
3.1WiFi模块
采用有人物联网的USR-C215模块，硬件上集成了 MAC、基频芯片、射频收发单元；内置低功耗运行机制，可以有效实现模块的低功耗运行；支持 Wi-Fi 协议以及 TCP/IP 协议，用户仅需简单配置，即可实现 UART 设备的联网功能。且模块可选择内置或外置天线的应用，方便多重选择。
3.2热成像摄像头模块
采用朗驰M02 系列微型红外热成像一体化模组。M20用FLIR的lepton摄像头小巧轻便。CVBS 接口输出，单电源供电，使用极其简单，采集方便。并可通过串口传输指令控制摄像头。通过采集到的图像分析出是否检测到生命体。
3.3GPS模块
模块采用 U-BLOX NEO-6M 模组，体积小巧，性能优异。部分采集指令如下：
$GPGGA，023543.00，2308.28715，N，11322.09875，E，1，06，1.49，41.6，M-5.3，M，，*7D
$GPGSV，3，2，12，09，35，133，，10，01，073，，15，72，240，22，18，05，274，*7B
$GPRMC，023543.00，A，2308.28715，N，11322.09875，E，0.195，，240213，，，A*78
$GPVTG，，T，，M，0.195，N，0.361，K，A*2A
$GPGLL，2308.28715，N，11322.09875，E，023543.00，A，A*6A
安装双GPS，根据指令信息可以得到两个GPS模块的坐标。设位于机器人左右两侧的模块GPS1、GPS2坐标分别为（x1，y1）、（x2，y2）
若x1>x2，机器人中心轴线与纬线正方向夹角为θ。若x1
HC-SR501高灵敏度人体红外传感器模块，模块采用LHI778探头，具有高灵敏度，准确可靠。当有人进入感应范围输出高电平，人体离开感应范围时，输出低电平。
3.5光电对管、超声波等自动壁障模块
当机器人处于自动模式下，可根据模块信息自主寻迹、壁障。在手动控制时，辅助控制避免不必要的损伤，测定与障碍物之间的距离。
结论
本文在结合小R科技机器人机械结构的基础上，增加了热成像摄像头、GPS等模块，提出了一种基于WiFi远程控制的搜救机器人制作方案，通过测试，该方案可实现预期目标。将有助于各种自然或人为灾害后的救援工作。
参考文献：
[1]赵九龙，基于嵌入式Linux系统的移动机器人无线控制技术[D]，西安电子科技大学，2013.
[2]苏庆旦，红外热成像系统实现及其图像增强技术研究[D]，西安电子科技大学，2015.
[3]俊杰，基于无线网络的机器人远程控制系统集成平台研究[D]，北京交通大学，2012.06.
[4]李郁峰，履带式移动机器人及其无线控制的实现[D]，太原理工大学，2005.04.