基于树莓派的机房巡检机器人摘要：

针对机房管理的重复性、繁琐性等问题，设计了一款基于机房的一套智能

化管理方案的机房巡检机器人系统。本系统由巡检模块、机械臂模块、环境监

测、视频监控模块、安防报警模块构成。系统通过树莓派网关将数据整合，手

机 Android 端可以实时监测机房的安防环境信息，并进行反向控制，树莓派外

接摄像头实现系统视频监控，实现安防报警功能。机房巡检机器人系统通过智

能客户端实现对机房的监控管理，通过各类传感器进行感知，结合树莓派和手

机移动端实现信息交互，大大减少了劳动强度，从而实现机房的无人值守，达

到机房管理智能化，为机房设备提供安全保障。关键字：机房巡检；树莓派；实时监控；Android

Inspection Robot For Computer Room Based on Raspberry Pi

Abstract: Aiming at the repeatability and complexity of computer room management

the computer room inspection robot is designed, which is a set of intelligent

management scheme based on computer room. The system consists of patrol module,

robot arm module, environmental monitoring, video monitoring module, security

alarm module. By integrating the data through the Raspberry dispatch gateway, the

smart phone can monitor the security environment information of the computer room

in real time, and carry on the reverse control. The raspberry dispatch external camera

realizes the system video surveillance, realizes the security alarm function. The

computer room inspection robot system implements monitoring and management of

the equipment room through a smart client. It senses through various types of sensors,

and implements information interaction with the Raspberry Pi and mobile phone APP.

This greatly reduces labor intensity, thus realizing the unattended operation of the

equipment room and reaching the equipment room. Manage intelligent standards and

provide better security.

Key words:Machine room inspection; Strawberry pie; real time monitoring;

Intelligent robot; Android

引言：现阶段，无人值守的信息通信机房越来越普遍，而机房作为信息存储的数

据中心其安全性也越来越成为人们关注的焦点。为了解决这一问题，提出了基

于树莓派的机房巡检机器人的方案，为机房内设备的安全运行提供了保障。机房巡检机器人系统作为安防监测的统一监测控制平台，可以通过移动端

对机房内的状况进行统一的监测、控制，为管理员提供更加智能化的服务，通

过巡检机器人小车搭载树莓派开发板，利用手机 APP 端实现远程控制，实现了

对机房的智能巡检、环境监测、视频监控以及安防报警等功能，为机房管理员

提供方便。 1 系统总体设计

基于树莓派的机房巡检机器人主要包括智能机器人巡检模块、机械臂、智

能环境监测模块、安防报警、视频监控和移动手机 APP 端等 5 个部分。机房巡

检机器人系统架构图如下图 1 所示。本系统的主要功能模块为机器人巡检车体，

通过智能机器人小车与 RFID 定位装置实现，在巡检过程中实现了机器人的自

动避障、智能巡检、自动定位、智能控制等功能。通过手机 APP，可以控制智

能小车机器人的巡航，机器人小车行驶到相应位置会自行自动定位，并显示在

手机 APP 端，当发现机房有设备未关时，可以控制巡检小车的机械臂，将设备

关闭。

图 1 系统架构图1.1 机器人巡检车体

树莓派的机房巡检机器人主要是通过搭载树莓派的智能小车车体与 RFID

读卡识别模块实现对机房的智能巡检、自动定位，通过车体搭载的温湿度、火

焰、人体红外等传感器获取机房环境信息，传感器检测到环境数据后会发送到

树莓网关进行数据处理；管理员可以通过手机反向控制机器人，查看指定机房

的视频监控信息，从而实现对机房的智能化、自动化巡检过程。 1.1.2 自动避障功能

该功能通过红外测距模块传回的数据进行分析判断智能机器人与障碍物之

间的距离以及相应的位置，通过相应的算法进行判断分析向智能车驱动板发送

相关的指令做出相应的躲避障碍物的动作。红外测距模块是一种红外传感器，对环境光线适应能力强，其具有一对红

外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物

（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿

色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），可通

过电位器旋钮调节检测距离。如图 2 所示。

图 2 红外测距模块1.1.3 室内自动定位功能

自动定位功能通过智能机器人上的 RFID 读卡识别模块读取地板上的 RFID

高频卡以及智能机器人运动的方向来判断智能机器人所在的领域并反馈到手机

端实现了智能机器人的实时定位功能。RFID 读卡识别模块可以自动工作，即是

当卡刚靠近就会执行的操作，不需要任何命令，同时 自动工作只发生在卡刚靠

近的时候，所以不管自动工作的方式是什么都可以直接发送命令给模块，模块

会按照命令执行并返回结果。1.3 机械臂模块

模块化机械臂包括 5 个舵机，每组舵机包括总线接口、驱动设备、以太网

通讯设备和用于控制组件运动的电机，手机端通过 WiFi 模块将命令发送至开发

板，实现对机械臂的控制，机械臂模块可实现智能控制机房设备的开启或关闭

或捡拾地上的大块垃圾等方便快捷。LSC 系列控制板通信协议格式表 1 所示。

帧头连续收到两个 0x55 ,表示有数据包到达。表一控制板通信协议格式。

帧头 数据长度 指令 参数0x55 0x55 Length Cmd Prm 1…Prm N

1.4 环境监测环境监测系统主要以温度传感器、湿度传感器、人体红外传感器为例，将

传感器与树莓派相连接，共同搭载到巡检机器人小车上，实现对机房环境数据

的检测。机房的温湿度信息采用 DHT11 温湿度传感器进行采集，数据在树莓派

进行封装，最终汇总到网关，通过建立连接 TCP 发送到移动 Android 端。1.4.1 DHT11 温湿度传感器

DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度符合传

感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感器传感技术，确保模块具

有优质的可靠性与长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个 NTC 测

温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连。输出信号为数字信号单总线。测试

相关精度范围如表 2 所示。指标 范围

温度量程 -20 - +60℃

湿度 5 - 95%RH

温度检测精度 -2 - +2℃ ℃

湿度检测精度 -5%RH - +5%RH(25 )℃

分辨率温度 0.1℃

湿度 1%RH

衰减值温度 <0.1 /℃年

1.4.2 人体红外传感器参数配置：工作电压默认为 DC4.5V至 20V；静态功耗为 50微安；电平输

出为高 3.3V，低 0V；延时时间可进行调节（8秒-200秒）；感应封锁时间为

2.5秒；触发方式 L不可重复，H 可重复，默认值为 H；感应范围为-15+70 度。工作原理： 感应模块通电后有一分钟的初始化时间，在此期间会间隔地输

出 0-3次，一分钟后进入待机状态。感应模块采用双源探头，当人体从左到右

或从右到左走过时，红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应

越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测

不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作，所以安装感应

器时应是探头双元的方向与人体活动的方向尽量相平行，保证人体经过时先后

被探头双元所感应。1.4.3 火焰传感器

该传感器可以检测火焰或者波长在 760纳米—1100纳米范围内的光源，打

火机测试火焰距离为 80cm，对火焰越大，测试距离越远。探测角度为 60 度左

右，对火焰光谱特别灵敏。采用比较器输出，信号干净、波形好、驱动能力强，

超过 15mA。输出方式采用数字开关量输出（0、1），实现机房火焰环境检测。1.5 安防监控采用树莓派开发板+摄像头，结合人体红外、火焰传感器组成。作用是采集

机房的火焰信息，当检测到火焰后，手机 APP 端调用语音包，发出语音报警，

告知机房管理员及时处理。1.6 视频监控

通过在智能车体上搭载的树莓派开发板+摄像头实现，通过控制机器人小车

的巡检实现对各个机房的视频监控，并可随时随地通过移动客户端查看机房内

的详细状况。系统结构图如图 3 所示。

图 3 视频监控模块硬件图2 树莓派网关

树莓派开发板采用的是 3代 B 系列，通过电脑进行远程连接，实现 Linux

端编程。树莓派网关端主要负责解析管脚接受到的环境数据，进行处理；与手

机 APP 端建立连接，实现数据传输。3 移动智能端

移动智能端主要包括四部分：机房环境信息显示模块、安防监控信息显示

模块、自动定位显示模块、机器人巡检控制模块。环境监测主要是将获取的机

房温湿度和人体红外信息实时进行更新；安防监测主要是检测机房的火焰信息，

并能在手机 APP 端实现语音报警。智能控制按钮实现对巡检功能的智能控制。

手机 APP 端功能结构图如图 4 所示。

图 4 APP 端功能结构图系统实现的实物图如下图所示。

图 5 系统实物图结语

基于树莓派的机房巡检机器人系统实现智能小车巡航、避障、定位、智能

环境监测以及对智能机器人的控制，机械臂处理相关事务等功能，采用传感器

进行机房环境的监测，智能监控采用树莓派开发板+摄像头，实现视频监控，开

启监控功能后，整个系统可以实时发送数据，用户使用移动客户端实现智能控

制、监测，智能定位通过 RFID 卡实现，智能小车可以根据设置信息，自动巡

航到达指定位置，大大减少了机房管理员的劳动强度。该系统采用树莓派开发板为核心板，进行信息采集、处理和保存，利用串

口通信技术实现与网关数据通信，以树莓派开发板构建树莓派网关，网关作为

机房巡检机器人的控制中心，嵌入式网关基于 Linux操作系统构建，手机 APP

能够显示监测数据，实现智能操作。项目融合了当下流行的嵌入式开发技术，使用手机 APP 可以对机房设备进

行远程遥控巡航检测、环境监测及安防监控等，实现了对机房的自动巡检、远

程监控，同时考虑到机器人巡检的路径规划，实现了机器人的自动避障设计。

无论是从技术角度还是设计成本角度分析，都具有非常高的现实意义。基于树莓派的机房巡检机器人已基本实现，受时间和本人能力的限制，很

多细节处理的还不够好。其次，所使用的传感器以及硬件设备均是从网上采购

的，在误差检测上还存在很大的不足，没能将误差控制在标准范围内，在后期

将进行完善维护。

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