安防車型機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)①

陳世海，王軍，代偉，姜學(xué)倩

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?安防領(lǐng)域;車型機(jī)器人;綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)] ?TP242.6 ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2018）27-0133-01

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是視頻監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，隨之將帶來更加方便高效的智能生活。近幾年，移動(dòng)端智能監(jiān)控系統(tǒng)在歐美等西方發(fā)達(dá)國家有較大的發(fā)展，形成了相對(duì)成功的產(chǎn)品，并應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如美國的Vidient，ObjectVideo等。在國內(nèi)“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代下，隨著互聯(lián)網(wǎng)與各領(lǐng)域的不斷深度融合，移動(dòng)視頻監(jiān)控也就是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與視頻監(jiān)控的互聯(lián)，是當(dāng)前監(jiān)控發(fā)展的必然趨勢(shì)。

隨著人們經(jīng)濟(jì)條件的改善以及安全意識(shí)的提高，智慧型城市以及公共安全發(fā)展的需要，智能化是視頻監(jiān)控的必然趨勢(shì)，移動(dòng)端視頻監(jiān)控智能機(jī)器人更能滿足人們的生活和工作中的需要。車型機(jī)器人是一種應(yīng)用廣泛的典型可移動(dòng)式機(jī)器人。在安防領(lǐng)域中，具有音視頻采集裝置和無線通信功能的車型機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域的全方位監(jiān)控，具有較強(qiáng)的靈活性和擴(kuò)展性，能夠隨時(shí)更新監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控位置，有效提升監(jiān)控效果。同時(shí)，采用車型機(jī)器人改變以往固定的監(jiān)控所需要大量安裝成本的弊端，只需要一次性投資，并且后期運(yùn)行和維護(hù)成本較低。另外，車型機(jī)器人可以方便地移動(dòng)到待查區(qū)域，可以近距離觀察現(xiàn)場(chǎng)情況，相比于定焦云臺(tái)式監(jiān)控?cái)z像機(jī)，更方便對(duì)緊急事件進(jìn)行處理和解決。開發(fā)面型安防領(lǐng)域的車型機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不僅解決了現(xiàn)有機(jī)器人課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備短缺問題、提升了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，而且該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

安防車型機(jī)器人的主要功能便是提供視頻監(jiān)控，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以安卓手機(jī)端代替了攝像頭，可以進(jìn)行視頻攝像，遠(yuǎn)程電腦端可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻播放。另外，電腦端還可以輸入控制指令與文字信息，機(jī)器人相對(duì)應(yīng)地做出指令動(dòng)作、朗讀指定語音信息。市面上的視頻監(jiān)控產(chǎn)品也具有如上優(yōu)點(diǎn)，但是一般市面上那些產(chǎn)品相對(duì)物聯(lián)網(wǎng)智能機(jī)器人而言會(huì)受地域限制，簡(jiǎn)單來說就是受網(wǎng)絡(luò)條件限制，因?yàn)槭忻嫔系漠a(chǎn)品工業(yè)化之后一般采用的是使用WIFI連接網(wǎng)絡(luò)，考慮的是成本低。在物聯(lián)網(wǎng)智能機(jī)器人中，綜合考慮實(shí)際應(yīng)用需求，采用了“WIFI+4G網(wǎng)絡(luò)”的通信方式，具有更大的適用性和更強(qiáng)的情境性。

基于安防車型機(jī)器人的監(jiān)控系統(tǒng)，可分為監(jiān)控端和移動(dòng)端兩部分。監(jiān)控端采用具有錄像存儲(chǔ)功能的通用計(jì)算機(jī)構(gòu)成，移動(dòng)端采用“Android手機(jī)+車型機(jī)器人”的方式構(gòu)成。監(jiān)控端可以向移動(dòng)端發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令到Android手機(jī)，然后手機(jī)再通過藍(lán)牙通信方式將控制指令發(fā)送到車型機(jī)器人。車型機(jī)器人上的藍(lán)牙模塊與車型機(jī)器人的控制器采用串行異步通信方式進(jìn)行信息交互?？刂破鲗⒅噶钭g碼后形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)并傳送給電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人完成運(yùn)動(dòng)控制指令動(dòng)作。

移動(dòng)端借助安卓手機(jī)后置攝像頭采集監(jiān)控到的視頻畫面，通過手機(jī)端App以TCP方式傳送至監(jiān)控端。具體采集及傳送過程通過Java編程實(shí)現(xiàn)。App開發(fā)采用Java語言編寫，開發(fā)前需要?jiǎng)?chuàng)建好Android Studio1.5以及Java JDK編譯環(huán)境。然后，在Android Studio1.5開發(fā)環(huán)境中新建工程，在AndroidManifest文件聲明調(diào)用攝像頭的權(quán)限，在Java主程序代碼中聲明Camera類，并import兩個(gè)相關(guān)的類。再定義一個(gè)開啟安卓手機(jī)后置攝像頭的函數(shù)，用于截取攝像頭圖像。然后重寫一個(gè)具有讀取攝像頭圖像且保存為Jpeg格式ByteArrayOutputStream流的Camera.Previ-ewCallback類。在主函數(shù)中，添加一個(gè)并列運(yùn)行的線程，啟用線程將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送出去，線程中設(shè)置循環(huán)函數(shù)，整個(gè)線程要達(dá)到的功能是先創(chuàng)建一個(gè)循環(huán)，在這個(gè)循環(huán)里面，創(chuàng)建一個(gè)TCP連接，并把獲取到的安卓手機(jī)攝像頭內(nèi)容通過這個(gè)TCP連接，每隔156ms，發(fā)送一次。建立百度語音開放平臺(tái)SDK編譯環(huán)境，借助 BDTTSClient在App中實(shí)現(xiàn)語音合成功能。

在系統(tǒng)調(diào)試或?qū)嶒?yàn)中，視頻采集與傳送部分經(jīng)常遇到的問題是視頻傳輸容量太大影響傳輸速度，會(huì)造成較嚴(yán)重的卡頓。該問題需要對(duì)圖像或視頻進(jìn)行壓縮后再傳送。一般情況下4倍壓縮可以滿足性能需求。另外，如果傳輸?shù)拈g隔太短則容易造成堵塞，解決方案是在代碼中設(shè)置傳輸過程會(huì)有經(jīng)常性的156ms的延遲，通過這個(gè)延遲，讓上一幀傳輸完成之后，再進(jìn)行下一幀的傳輸，這樣就可以解決堵塞問題。

在進(jìn)行控制傳輸部分調(diào)試過程中，可能會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)連接端口被封閉的狀況。特別是比特幣勒索病毒肆虐致使網(wǎng)絡(luò)防火墻規(guī)則日趨苛刻，在長(zhǎng)時(shí)間的TCP連接端口過程中，容易被當(dāng)成惡意軟件遭到網(wǎng)絡(luò)安全管理員的封鎖處理?；诖朔N現(xiàn)象，需要在程序中修改TCP部分代碼，不斷重復(fù)進(jìn)行短時(shí)間的TCP連接，在出現(xiàn)堵塞情況時(shí)，即可自動(dòng)建立連接。在編寫、調(diào)試內(nèi)網(wǎng)穿透的Java程序時(shí)，由于外網(wǎng)中TCP傳輸會(huì)比內(nèi)網(wǎng)中延遲更大，所以在安卓手機(jī)圖像信號(hào)傳出的過程中，發(fā)送TCP信息的間隔不能太短，不然會(huì)造成堵塞。需要分離出發(fā)送圖像的函數(shù)，獨(dú)自放入一個(gè)循環(huán)的線程，并在循環(huán)中加入一個(gè)延時(shí)函數(shù)。

另外，機(jī)器人接線問題，如果接觸不良等，也會(huì)導(dǎo)致視頻播放不穩(wěn)定甚至停止現(xiàn)象。所以在出現(xiàn)問題時(shí)，首先要確保硬件連接正常，然后再調(diào)整軟件。

此次設(shè)計(jì)的安防車型機(jī)器人屬于智能家居的范疇，其不僅可以作為視頻監(jiān)控的用途，還可以作為室外用途及娛樂用品。如，在室內(nèi)可以監(jiān)控生病的老、幼、病、殘、孕等弱勢(shì)群體及寵物狀況，或利用可以朗讀遠(yuǎn)程電腦端控制語音或者近端安卓手機(jī)端語音信息的功能，用在室外或者聚會(huì)場(chǎng)所。