STEM教育 · 仓库保安机器人：12岁少年的Arduino与EV3创意项目

我今年12岁，第一次发项目帖，只是自学了2个月，大佬们勿喷。2019年科技节，我做了我的第一个Arduino项目：仓库保安机器人。设计初衷：天津“812”瑞海危险品仓库**事故，造成165人遇难，直接经济损失人民币68亿元。对此我一直深感痛心。在自学EV3和C语言后，我制作了“仓库安保机器人”，它采用了EV3和Arduino互联的设计，可以从多方面检测仓库的安全性，并做出相应措施。
仓库保安机器人图1

演示过程：首先，演示它的行走和避障功能。正常情况下，它沿直线行走。当遇到障碍物时，他会转弯。超声波传感器和触动传感器都有这个功能。接着，动态演示它的灭火功能。当他检测到火焰时，Arduino和VE3联动，驱动声光报警，并且喷水，直至警报解除。然后，静态演示它的防毒气功能。我用可燃气体对准传感器。他就会驱动声光报警，开启风扇，降低毒气浓度。最后，演示它的防潮功能。我们用水滴到传感器板上，代表仓库里的湿度升高。它驱动声光报警，开启风扇，提高增发速率。有警报时，还会通过蓝牙模块传输出去。

主要部件：它由EV3和Arduino搭建而成，EV3方面用了一个EV3程序块，2个大型电机，1个超声波传感器，1个颜色传感器，2个触动传感器。Arduino方面用了2个主板，1个舵机，1个火焰传感器，1个一氧化碳传感器，1个雨滴传感器，2个蓝牙模块和数个配件组成。

工作原理：

它采用了EV3和Arduino互联的设计，EV3负责驱动和避障，Arduino负责检测及报警，它会收集分析火焰、毒气和水滴传感器回传的数据，通过声光报警、扇风或喷水，第一时间保证仓库的安全。

严格来说，它是一个arduino与乐高EV3合成的项目。我以前做了两个乐高项目，感觉乐高的传感器太少，于是买了一套Arduino套件。“Arduino产品线弥补了乐高产品电子模块的不足，并且成本低廉易于获取。但Arduino再强大，也只是一块控制板，虽可快速实现逻辑编程及设备控制，却无法实现机械传动及结构搭建，无法做出完整的产品，而这正是乐高的长处。”
大家可以看到，机器人的移动基座用的是EV3，而检测报警系统用的是Arduino。那，这两个系统怎么互联呢？
搜了一下，Bricktronics是可以以arduino为主控，控制EV3的电机与传感器的。
仓库保安机器人图3

但某宝上要卖90元，而且仅控制两个电机就要占用一排数字口，用UNO的我就没有IO接口了。
但换个角度想想，arduino向EV3传输的只是“有紧急情况”或“没有紧急情况”，又看看EV3套装里，还剩下一个颜色传感器。
它可以检测反射光强度，于是我在舵机上绑了一个白色色块。
当没有紧急情况时，色块置于颜色传感器下面，反射度约为75%。
当有紧急情况时，舵机把色块转到旁边去，反射度约为20%。
仓库保安机器人图4

没有紧急情况

紧急情况
（我的机子已经被我弟给拆了，这是截图来的，不太清晰）
所以，剩下的计算都可以在EV3中完成。

创新要点：结合EV3和Arduino的优点，探索两个体系间的功能对接，实现工作转换；自学语言编写程序，实现机器人的多功能。

特需说明：仓库需求一般为防潮，但防潮功能不便演示，所以本作品用水滴传感器代替湿度传感器。

要注意的是，两块蓝牙模块还要进行AT配置，将移动机器人上的作为主机，连接电脑的是从机。

制作过程：因为我制作中没有拍照，只能文字表达了。
1、用EV3机器人45544套装搭建出，增加超声波模块；
仓库保安机器人图10

2、用梁加高，放置Arduino主板；
3、在超声波传感器上方安装火焰传感器；
4、在主板右边安装MQ-2气敏传感器；
5、在气敏传感器下面安装舵机和颜色传感器；
6、在车体左右两边安装触碰传感器；
7、在车体左边安装水分传感器；
8、在主板前方用2个长方形梁加长；
9、在第一块梁上安装红绿LED灯和RGB灯；
10、在第二块梁上安装风扇和蜂鸣器；
11、在主板后方安装电池仓；
12、在水分传感器后方安装水箱；
13、在第二块梁左边连接水管；
14、在主板旁边装上L298N微型驱动板；
15、整理线路，加固各个连接点。仓库保安机器人图13

制作注意点：
1、水箱我用的是一个塑料罐，里面装上水泵在上面打孔，连接出水管，容量320ml，但使用时不能装满，不然车体会侧翻还要打一个小进气孔，保持内外压平衡。
仓库保安机器人图9

2、我起先的雨滴传感器是这样的，有检测板和转接板2块：
仓库保安机器人图11

买了3个，但用不久都进水了，估计是检测板质地比较疏松，水渗进去了。
然后又买了DF的水分传感器，非常好用，只是要注意，水不能滴到PH2.0接口上。
仓库保安机器人图12

所以，还是要买大牌的呀！
3、因为我没有3D打印机，和一些铜柱尼龙柱等固定件，所以这个项目中的所有连接点我都用热熔胶。这样会使稳定性有所下降。
花了我30根胶棒啊.......

程序部分
这个机器人的代码有3部分。Arduino发射基础车体部分：
[mw_shl_code=applescript,false]#include <Servo.h>
Servo myservo;
#define co A1
#define rain A2
#define fire A0
#define servo 3
#define r A3
#define g A4
#define b A5
#define buzzer 2
#define fan1 6
#define fan2 7
#define bump1 8
#define bump2 9
#define rl 5
#define gl 4
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(co,INPUT);
pinMode(rain,INPUT);
pinMode(fire,INPUT);
myservo.attach(servo);
pinMode(r,OUTPUT);
pinMode(g,OUTPUT);
pinMode(b,OUTPUT);
pinMode(5,OUTPUT);
pinMode(4,OUTPUT);
pinMode(buzzer,OUTPUT);
pinMode(fan1,OUTPUT);
pinMode(fan2,OUTPUT);
pinMode(bump1,OUTPUT);
pinMode(bump2,OUTPUT);
}
int i,m,s=0,v;
void soundbuzzer()
{
      digitalWrite(buzzer,HIGH);
      delay(2000);
      digitalWrite(buzzer,LOW);
}
void blinkyellow()
{
      analogWrite(r,255);
      analogWrite(g,191);
      delay(500);
      analogWrite(r,0);
      analogWrite(g,0);
}
void blinkgreen()
{
      analogWrite(g,255);
      delay(500);
      analogWrite(g,0);
}
void blinkpurpul()
{
      analogWrite(r,191);
      analogWrite(b,255);
      delay(500);
      analogWrite(r,0);
      analogWrite(b,0);

}
void Error()
{
      digitalWrite(rl,HIGH);
      delay(2500);
      digitalWrite(rl,LOW);
}
void safe()
{
      digitalWrite(gl,HIGH);
      delay(500);
      digitalWrite(gl,LOW);
      delay(500);
      digitalWrite(gl,HIGH);
      delay(1500);
      digitalWrite(gl,LOW);
}
void wind()
{
      digitalWrite(fan1,HIGH);
      digitalWrite(fan2,LOW);
      delay(3750);
      digitalWrite(fan1,LOW);
      digitalWrite(fan2,LOW);
}
void water()
{
      digitalWrite(bump1,HIGH);
      digitalWrite(bump2,LOW);
      delay(4000);
      digitalWrite(bump1,LOW);
      digitalWrite(bump2,LOW);
}
void loop()
{
  if(analogRead(fire)<45)
  {
Serial.print("Error:Fire/");
Serial.println(analogRead(fire));
myservo.write(-90);
water();
blinkyellow();
Error();
soundbuzzer();
m=1;
s+=1;
  }
  if(m=1&&analogRead(fire)>=50)
  {
   m=0;
   myservo.write(90);
  }
  if(analogRead(co)>600)
  {
Serial.print("Error:Co/");
Serial.println(analogRead(co));
myservo.write(-90);
wind();
blinkpurpul();
Error();
soundbuzzer();
m=1;
s+=1;
  }
  if(m=1&&analogRead(co)<350)
  {
   m=0;
   myservo.write(90);
  }
if(analogRead(rain)>=870)
  {
Serial.print("Error:Rain/");
Serial.println(analogRead(rain));
myservo.write(-90);
wind();
blinkgreen();
Error();
soundbuzzer();
m=1;
s+=1;
  }
  if(m=1&&analogRead(rain)<200)
  {
   m=0;
   myservo.write(90);
  }
  v=Serial.read();
  if (v!=-1)
  {
if(v=='?')
{
   if(m==1) Serial.println("Error;");
   else
   {
      Serial.println("Safe;");
      safe();
   }
}
if(v=='x'||v=='X') Serial.println(s);
  }
}[/mw_shl_code]

里面需要注意的是，我的传感器都连接到模拟端口，敏感阈值还是我自己测出来的，可能有偏差。
因为我手上没有LCD，只能用RGB灯来代替：黄色是着火，紫色是一氧化碳或丁烷，绿色是漏水。
水泵和风扇接的是L298N，如果转向反了，调换一下两根线的位置。

Arduino 接收端的代码：
[mw_shl_code=applescript,false]void setup()
{
Serial.begin(38400);
}
void loop()
{
char val;
val=Serial.read();
if(val!=-1)
{
Serial.print(val);
}
}[/mw_shl_code]
这块arduino要用USB接在电脑上，通过串口查看数据。

EV3程序，我用的是官方的图形化编程，上附件。

拓展设想：增加巡线功能，设计一条固定的线路，最短又能够探测到所有的隐患点，机器人沿这条路线巡查最经济又最高效。还可以结合人工智能，在机器人第一次全面探测完仓库地形后自动生成前面描述的路线。另外增加人体感应乃至人脸识别，可以增加防盗功能。加上I2C LCD屏幕，使观察数据更加简便。加上Micro SD模块，实时记录事故情况。还可以加上物联网而不是简单的蓝牙传输，这样更直观。用miniQ小车车体代替EV3，实现Arduino的全控制。

演示视频：https://www.bilibili.com/video/av98206784/

最后是获得了温州市创客大赛一等奖。
最后还有几个资料。

谢谢大家，请多多指正！
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