基于树莓派的智能婴儿车

朱嘉塬+李阳智+张浩然

摘 要：基于树莓派的智能婴儿车是以自动化控制为基础的，以树莓派控制芯片为核心的，利用市面上开源的Opencv图像处理框架结合网络通信，以及云计算为辅的，实现通过分析图像，捕捉其运动轨迹来实现车随人动的主要功能，以及利用如温度传感器，湿度传感器，Wi-Fi模块等模块，来实现对婴儿车内部的温度，湿度，车内图像传输的次要功能，使婴儿车更智能，便捷。

关键词：树莓派；opencv；图像处理；自动化

由西北民族大学电气工程学院"双E"项目资助（项目编号：20161802）

0 引言

近年来一个熟悉又陌生的名称“物联网”已经悄无声息的融入到我们的生活中。物联网——物物相关联的网络，物联网技术将智能硬件的应用推向高潮，应用了物联网技术的婴儿车，相对于传统婴儿车，在实际生活中更智能化、更人性化，通过将摄像头与图像处理算法结合，实现婴儿自主的跟随人移动，极大程度上的解放了用户的双手，同时，其还能利用Wi-Fi和蓝牙模块与用户的手机进行信息交互，使得对车内婴儿的看护更加便捷智能。

1智能婴儿车的系统结构

该项目选用了Raspberry Pi（树莓派）板卡为核心控制器，通过在其上搭建Linux操作系统，利用OpenCV框架实现TLD目标跟踪算法对车载摄像头所采集到的视频流进行处理，是婴儿车能够跟随目标（挂有特征物的人）移动而移动，并通过PWM控制电机驱动，实现小车的前进、后退、转向等运动。

项目整体系统方案如下：

2智能婴儿车的硬件选择

2.1 Raspberry Pi 3B+

树莓派由注册于英国的慈善组织“Raspberry Pi 基金会”开发，在2012年3月正式发售的卡片式电脑，外形只有信用卡大小，却具有电脑的所有基本功能，

其是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100 以太网接口（A型没有网口），可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上。其支持支持Java、BBC BASIC 、C 和Perl等多种编程语言。

2.2 温度传感器（DS18B20）

DS18B20是常用的数字温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。独特的一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55℃至+125℃。

2.3 电机驱动模块

在本车中使用了自行设计刻画的电机驱动模块，如下图所示，其实一种简单的H桥驱动电路，它由2个P型场效应管Q1、Q2与两个N型场效应管Q3、Q4组成，故其叫P-NMOS管H桥。

3控制软件程序设计

在树莓派中刷入Linux操作系统，配置Python环境，安装开源图像处理框架OpenCV，安装开源框架MJPG-Streamer，把摄像头挂载在树莓派上。使用树莓派的GPIO口，向电机驱动发送PWM方波，是小车能够根据图像处理之后的命令运动，同时将视频图像返回终端。

运用TLD算法实现对目标的跟踪流程图：

Android App逻辑业务图：

在服務器端使用Jfinal的javaWeb框架实现对数据流的处理和交互。

采用MVC（Model View Controller）设计模式，MVC是当前流行的设计模式框架，它强制性的将应用程序的输入，输出，处理分开。MVC将应用程序分成三个核心部件：M即数据模型，V为控制界面，C为控制器。它们各司其职，各自处理各自的任务。MVC设计的优点在于它的低耦合性，高重用性、软件工程化管理，大大降低开发和维护的技术成本，缩减开发时间，使项目得以快速的部署。

4项目特色

4.1顺应时代科技的发展和市场的需求智能硬件是人类科技发展和艺术高度发展的产品，它上升到了人类行为学的高端，极大的方便了人类的生活

4.2使用了WiFi网络为信号传输媒介，最高传输速度可达到10Mbps，完全可以胜任控制信号的传输，基本不用担心网络延迟的问题。

4.3应用了TLD目标跟踪算法，实现了车随人动，为用户提供了更人性化的功能

4.4通过网页和App两种方式控制，实现了跨平台控制，给用户不一样的体验

4.5简易的管理方式。本系统使得用户在使用时不需任何专业知识就可以自行配置设备的连接，从而实现您所需要的功能。

4结束语

本文对智能婴儿车的的基本功能，系统结构，硬件部分做了做出了介绍，该婴儿车结构虽然复杂，但是所用器材均是市场常见，价格低廉，且具有普遍性，造价较低，因此具有很好的市场前景和实用性。

参考文献：

[1]童诗白，华成阴.模拟电子技术基础 [M].北京：高等教育出版社

[2]柯博文.树莓派3实战指南 [M]. 北京：清华大学出版社

[3]Eben Upton Gareth Halfacree.树莓派用户指南 [M]. 北京： 人民邮电出版社