基于物聯(lián)網(wǎng)的圖像回傳機器人

買彩鳳

摘要：當代，監(jiān)控系統(tǒng)無處不在，但大多數(shù)監(jiān)控設(shè)備都還是固定且無法移動，在監(jiān)控的時候存在一定的死角。然而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對高質(zhì)量、高效率的工作方式要求不斷提高。在這種環(huán)境下設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的圖像回傳機器人。

基于物聯(lián)網(wǎng)的圖像回傳機器人設(shè)計采用實驗法、查找法、實證研究法、經(jīng)驗總結(jié)法指定設(shè)計方案和選擇設(shè)計所需設(shè)備。然后根據(jù)設(shè)計方案設(shè)計了一種通過手機或者電腦作為終端顯示設(shè)備的實時監(jiān)控的系統(tǒng)。硬件部分以Raspberry Pi（樹莓派）板卡為核心控制器，樹莓派3攝像頭CameraV2為圖像傳感器，四個電機作為驅(qū)動器。軟件部分包括了android app開發(fā)、服務(wù)器編程和樹莓派編程。經(jīng)過無線路由器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，可通過手機或者電腦遠程監(jiān)控和遠程控制。

關(guān)鍵詞：Raspberry Pi；樹莓派3攝像頭CameraV2； android app

1.設(shè)計需求分析

1.1設(shè)計研究背景

隨著網(wǎng)絡(luò)和圖像采集技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在公共安防、家庭防盜、危險環(huán)境遠程監(jiān)控等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控大多采用有線網(wǎng)絡(luò)，包括前端攝像機、傳輸線纜、視頻監(jiān)控平臺，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)布線復(fù)雜、造價高，而免付費的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量少，不適合傳輸圖像信號，而且監(jiān)控范圍有限，檢修更加困難。

傳統(tǒng)意義的監(jiān)控主要存在以下不足：需配備大量的人力、物力現(xiàn)場布線復(fù)雜，設(shè)備靈活性差、工作效率低下，人員往返頻繁、現(xiàn)場情況反饋不夠及時準確，指揮人員難于快速決策、設(shè)備費用高，維修不便、無法直接上傳到管理人員辦公桌電腦熒屏上，更不可能上傳到管理人員手機上。

1.2設(shè)計的目的意義

為解決上述問題，我們設(shè)計了一個可移動無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)——“基于物聯(lián)網(wǎng)的圖像回傳機器人”，“基于物聯(lián)網(wǎng)的圖像回傳機器人”現(xiàn)場不用布線，設(shè)備安裝簡單，可移動、可固定，靈活性高，監(jiān)控方式多樣。只要有手機信號的地方，就可以通過“圖像回傳WIFI小車”將現(xiàn)場的實時圖像通過手機無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾砣藛T的辦公電腦或手機上，可在本地或遠程通過電腦顯示器或手機瀏覽監(jiān)控畫面 。不用親臨現(xiàn)場，便可及時準確把握情況，工作效率大幅度提高。可與現(xiàn)場實時互動，方便指揮決策。也就是說只要手機網(wǎng)絡(luò)覆蓋，便有“基于物聯(lián)網(wǎng)的圖像回傳機器人”的用武之地，無需架設(shè)專線。監(jiān)控畫面實時、流暢，清晰度高。系統(tǒng)操作極為簡單，打開電源開關(guān)，現(xiàn)場圖像立即傳到千里之外。系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維修的費用將大大降低。

2.特色與創(chuàng)新

2.1設(shè)計特色

1.數(shù)據(jù)傳速速率高：使用了wifi網(wǎng)絡(luò)為視頻信號傳輸媒介，最高傳輸速度可達到10Mbps，完全可以勝任視頻流的傳輸。

2.小車運動靈活：使用兩輪差速控制，使得轉(zhuǎn)向更靈敏，實現(xiàn)成本更低，小車行走也更為靈活，并可以原地360度轉(zhuǎn)彎。在危險環(huán)境中，無需人員進入，利用監(jiān)控小車的靈活性，可遠程探測未知情況，操作人員可通過傳回的圖像了解現(xiàn)場環(huán)境。

3.系統(tǒng)簡單方便：該系統(tǒng)現(xiàn)場不用布線，設(shè)備安裝簡單，可移動、可固定，靈活性高。監(jiān)控方式多樣，可在本地或遠程通過電腦顯示器或手機瀏覽監(jiān)控畫面 。監(jiān)控畫面實時、流暢，清晰度高。系統(tǒng)操作極為簡單，打開電源開關(guān)，現(xiàn)場圖像立即傳到千里之外。系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維修費用降低。

4.支持多用戶：在網(wǎng)絡(luò)中的每一臺計算機，在獲得了相應(yīng)權(quán)限后，只要安裝了客戶端的軟件，就能使用本監(jiān)控系統(tǒng)，且同一監(jiān)控設(shè)備支持多用戶同時訪問。

5.支持遠程監(jiān)控：遵循全球統(tǒng)一的技術(shù)標準和通訊協(xié)議TCP/IP，可以進行跨地域的遠程實時監(jiān)控。

6.安全性高：無線網(wǎng)絡(luò)具有ESSID、MAC地址過濾及WEP加密等安全措施，為系統(tǒng)信息安全提供了有力保證。

2.2設(shè)計創(chuàng)新點：

1.使用網(wǎng)絡(luò)進行連接，使用方便，成本低

終端和小車之間，通過互聯(lián)網(wǎng)進行連接，采用C/S模式搭建控制系統(tǒng)。通過智能手機，電腦等，無論你身處何方，只要有網(wǎng)絡(luò)，你就能不用親臨現(xiàn)場，便可及時準確把握情況，工作效率大幅度提高?？膳c現(xiàn)場實時互動，方便指揮決策。

2.使用新型開發(fā)板——樹莓派

該項目使用樹莓派開發(fā)板。樹莓派由注冊于英國的慈善組織“Raspberry Pi 基金會”開發(fā)，外形只有信用卡大小，卻具有電腦的所有基本功能。樹莓派配備一枚700MHz博通出產(chǎn)的ARM架構(gòu)BCM2835處理器，256MB內(nèi)存（B型已升級到512MB內(nèi)存），使用SD卡當作儲存媒體，且擁有一個Ethernet，兩個USB接口，以及HDMI（支持聲音輸出）和RCA端子輸出支援。

3.功能設(shè)計

3.1 主要內(nèi)容及實施目標

該項目以選用了Raspberry Pi（樹莓派）板卡為核心控制器，通過計算機網(wǎng)絡(luò)中最常用的通信協(xié)議—TCP傳輸協(xié)議的開發(fā)流程和框架，通過無線路由器進行視頻流的訪問和小車進行驅(qū)動，也就是向支持wifi的上位機終端實時傳送圖像信息，遠處的監(jiān)控人員根據(jù)小車采集的圖像信息，了解監(jiān)控現(xiàn)場的實時信息，并可以通過上位機控制小車的前進、后退、轉(zhuǎn)向等運動，進一步掌握監(jiān)控人員想要獲取的信息。

在樹莓派上刷入Linux系統(tǒng)，安裝開源的軟件MJPG-Streamer，把攝像頭掛載在樹莓派上，使之成為一個網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器。通過樹莓派自身所帶GPIO，向電機驅(qū)動發(fā)送PWM方波，使小車按照命令執(zhí)行前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的命令，同時將視頻信號發(fā)回終端。

下面對該項目預(yù)期功能做一一介紹

1、 通過終端來驅(qū)動小車

在電腦上設(shè)置上、下、左、右、停止五個按鍵，通過這五個按鍵來控制小車前進，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，停止5個功能?？赏ㄟ^終端與樹莓派進行網(wǎng)絡(luò)通信編程，一旦接收到指令，樹莓派IO口便做出相應(yīng)變化。

2、 通過終端來顯示監(jiān)控圖像

該功能計劃使用MJPG-Streamer服務(wù)器。"MJPG-streamer"，是用于從攝像頭采集圖像，把它們以流的形式通過基于IP的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綖g覽器如Firehox，Cambozola，VLC播放器，Windows的移動設(shè)備或者其他擁有瀏覽器的移動設(shè)備。她可以利用某些webcams的硬件壓縮功能來降低服務(wù)器CPU的開銷。它為嵌入式設(shè)備和一些常規(guī)服務(wù)器提供了一個輕量且更少CPU消耗的方案，因為它無需為視頻幀壓縮浪費大量的計算效率。

3、 通過終端來控制攝像頭轉(zhuǎn)動

經(jīng)過多方面考慮，我們計劃用舵機實現(xiàn)！因為舵機最早用于船舶上實現(xiàn)其轉(zhuǎn)向功能，由于可以通過程序連續(xù)控制其轉(zhuǎn)角，具有體積小、力矩大、外部機械設(shè)計簡單、穩(wěn)定性高等特點。所以舵機是最佳選擇，計劃將攝像頭固定在舵機桿上，通過獲取終端信息，來控制舵機的轉(zhuǎn)動從而帶動攝像頭轉(zhuǎn)動，用來確保監(jiān)控系統(tǒng)無死角，更易于控制。

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