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一、摘要

在智能家居产业高速发展与 5G 无线通信技术全面落地的背景下，家用智能扫地机器人成为智慧家庭核心终端设备，市场需求持续攀升。但传统产品存在通信链路单一、近远场控制割裂、远程管理能力不足、通信安全缺失、避障与通信联动性弱等问题，无法满足全场景可控与智能化管理需求。针对上述痛点，本文设计实现了一款基于 5G 无线通信技术的智能避障扫地机器人系统，完成硬件集成、多模通信搭建、端云协同设计与智能控制开发的全链条落地验证。
系统构建机器人嵌入式端 - 移动端 APP - 云端平台的端到端三层通信架构，定义控制指令下行、状态遥测上行等流程与设备运行状态机；打造 BLE 近场低时延控制与 Wi-Fi / 蜂窝双链路远程通信的多模融合通信体系，开发设备配对、指令编码、掉线重连、网络智能切换等机制，实现近远场稳定控制。搭建云端设备管理平台，完成运行状态可视化、任务管理、日志记录与异常追溯；建立全链路通信安全防护体系，通过身份认证、数据加密、权限分级实现设备全生命周期安全管理。硬件层面完成主控 PCB 与多功能模块集成，开发多传感器融合避障策略与安全急停联动机制。
经多场景系统级测试，本系统通信传输稳定、控制指令执行可靠，各项功能指标均达设计要求，实现 5G 技术赋能下扫地机器人的全链路通信与智能控制闭环，为家用服务机器人的 5G 化升级提供可落地的工程实施方案，具备良好的实际应用价值与市场推广前景。

二、系统总体设计

本系统以 5G 无线通信技术为核心，设计集近场低时延控制、远场广域管控、智能避障等功能于一体的扫地机器人，采用嵌入式端 - 移动端 APP - 云端平台三层通信架构，构建全链路通信与智能控制闭环，满足全场景可控与全生命周期管理需求。嵌入式端为核心执行层，以STM32F103C8T6为主控，集成多功能模块，实现传感采集、运动控制、指令解析、避障急停等核心功能，接收并执行移动端与云端指令。移动端 APP 为人机交互层，基于 Android 10.0 + 开发，支持蓝牙近场控制与云端远场管控，实现设备操控、状态展示、任务设置等功能。云端平台为智能管理层，基于 MQTT 协议部署于本地服务器，实现双向数据交互、状态可视化、任务管理、日志追溯与权限管控。系统打造多模融合通信体系：近场基于 BLE 蓝牙实现指令透传，时延≤100ms；远场依托 ESP32-C5 的 Wi-Fi 6技术搭建端云链路，规避 2.4GHz 频段拥堵。控制逻辑遵循安全优先、指令分级、自主兜底原则，构建“感知 - 决策 - 执行”闭环，控制优先级为：安全保护＞近场控制＞远场控制＞自主避障清扫，动作执行后实时上报设备状态。

图2- 1 系统框图

三、实现效果

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