一種為鋼筋混凝土檢測(cè)儀設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：本文介紹了一種能夠?qū)︿摻罨炷翙z測(cè)儀進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控并且回傳數(shù)據(jù)的裝置。目前世界上絕大部分大型橋梁都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)建成時(shí)間久或者新建成、受臺(tái)風(fēng)地震等災(zāi)害影響的橋梁，為了檢查其安全性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)，有專用的鋼筋混凝土檢測(cè)儀對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。為了解決大橋底部檢測(cè)難以實(shí)時(shí)監(jiān)控的問題，開發(fā)了該傳輸與控制系統(tǒng)，可在檢測(cè)橋梁底部時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且能夠?qū)崟r(shí)傳回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/248892.htm

關(guān)鍵字：嵌入式系統(tǒng)；遠(yuǎn)程控制；文件傳輸；視頻監(jiān)控

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.6.007

引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，越來越多的特大特高橋梁和高層建筑出現(xiàn)在了我們的生活之中，給人們的生活帶來了巨大的便利。但近幾年頻頻發(fā)生的大橋垮塌事故讓我們對(duì)這些建筑的安全性產(chǎn)生了懷疑。事實(shí)上，只要定期對(duì)建筑進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，這些事故是完全可以避免的。但是由于大橋高度高、跨度大，對(duì)橋底面的檢測(cè)十分困難。于是相關(guān)機(jī)構(gòu)研制出了可貼于大橋底面行走的機(jī)器人，裝載上鋼筋混凝土檢測(cè)儀，可以對(duì)大橋底部進(jìn)行檢測(cè)。但是目前的檢測(cè)儀都只能手持控制，所以只能每次行走完成之后取下設(shè)備，然后讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這樣設(shè)備在橋下運(yùn)行時(shí)就有很大的不確定性，不知道設(shè)備在橋下的運(yùn)行情況，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理意外情況。本裝置的研制就是為了解決這個(gè)問題，當(dāng)檢測(cè)人員攜帶開啟無線熱點(diǎn)功能的PC在橋面行走時(shí)，橋下的改造后檢測(cè)儀通過連接到PC熱點(diǎn)，檢測(cè)人員就能對(duì)設(shè)備在橋下的情況實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程控制并實(shí)時(shí)獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)示意圖如圖1。

本文采用友善之臂公司出品的tiny6410開發(fā)板，該開發(fā)板使用三星S3C6410處理器，搭載嵌入式Linux操作系統(tǒng)，以北京智博聯(lián)科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為ZBL—R800的多功能混凝土鋼筋檢測(cè)儀（以下簡(jiǎn)稱“檢測(cè)儀”）為改造對(duì)象，在完全不影響其功能的前提下，通過對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)儀的遠(yuǎn)程操作、監(jiān)控和數(shù)據(jù)回傳。該檢測(cè)儀主要由兩部分組成，主機(jī)和傳感器。在主機(jī)側(cè)面有連接傳感器的數(shù)據(jù)接口，電源接口和一個(gè)USB接口，其中USB接口插上U盤后可以將檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在U盤中。

通常狀態(tài)下，開關(guān)斷開，輸出端輸出高電平，當(dāng)按鍵按下時(shí)，開關(guān)閉合，輸出端輸出一個(gè)低電平。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能，我們需要使用開發(fā)板接管鍵盤，及開發(fā)板接收到命令之后，通過ioctl（）函數(shù)使開發(fā)板上的GPIO口輸出對(duì)應(yīng)的高低電平，直接送給鍵盤，實(shí)現(xiàn)按鍵這個(gè)過程。如圖5所示。

控制命令的發(fā)送利用Socket通信實(shí)現(xiàn)，Socket作為支持TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元，能夠以很簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上不同主機(jī)之間的通信。Windows操作系統(tǒng)的Socket支持流套接字和數(shù)據(jù)報(bào)套接字，應(yīng)用程序調(diào)用Windows Sockets的API實(shí)現(xiàn)相互通信。Windows Sockets又利用下層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議功能和操作系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)實(shí)際的通信過程。

圖6是一個(gè)Socket通信的基本過程，所有平臺(tái)的Socket通信大體上都是按照這個(gè)模式，或者稍加改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)的。

實(shí)現(xiàn)Socket通信，通常采用C/S模式，即大家熟知的客戶機(jī)和服務(wù)器結(jié)構(gòu)，至少需要一組Socket程序。在本系統(tǒng)中，將Socket服務(wù)器設(shè)置在開發(fā)板上，可以自定義接受來自哪些客戶端的連接請(qǐng)求，以實(shí)現(xiàn)更靈活的使用。而且將其設(shè)置為開機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，以隨時(shí)待命，接受連接請(qǐng)求，不需要手工啟動(dòng)。Socket客戶機(jī)設(shè)置在PC客戶端上，可以從PC上發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。四鍵模擬鍵盤如圖7。

每一個(gè)按鈕對(duì)應(yīng)一條指令，每按下一個(gè)按鈕，相應(yīng)的指令被發(fā)送給開發(fā)板上的客戶機(jī)程序，客戶機(jī)接收到指令后再由處理程序進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后通過開發(fā)板的接口把指令輸出到檢測(cè)儀的鍵盤接口，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。經(jīng)過測(cè)試，點(diǎn)擊按鈕之后，開發(fā)板能夠立即接收到指令，并做出相應(yīng)的反應(yīng)，基本做到零延遲，能夠滿足遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制對(duì)低時(shí)延的要求。

2 視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控有很多種實(shí)現(xiàn)方式，但是考慮到實(shí)現(xiàn)難度和PC客戶端的開發(fā)難度，在MJPG-streamer開源項(xiàng)目的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)來實(shí)現(xiàn)是一個(gè)簡(jiǎn)單易行的方法。MJPGstreamer是一個(gè)輕量級(jí)的視頻服務(wù)器軟件，使用C語言開發(fā)，運(yùn)行于Linux操作系統(tǒng)上，可以從攝像頭獲取jpeg圖像，然后從PC上通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器實(shí)時(shí)查看攝像頭內(nèi)容。

通過修改MJPG-streamer的源代碼，進(jìn)行交叉編譯后，其可以運(yùn)行在嵌入式Linux開發(fā)板上。運(yùn)行后便可以通過PC的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器瀏覽攝像頭的內(nèi)容。并且對(duì)攝像頭進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的控制（需要攝像頭支持）。

在PC客戶端開發(fā)中，通過使用WebBrowser控件調(diào)用開發(fā)板上的包含視頻的網(wǎng)頁來顯示監(jiān)控畫面。顯示效果如圖8。

可以看到監(jiān)控畫面的質(zhì)量較好，經(jīng)過測(cè)試，在局域網(wǎng)環(huán)境下，VGA（640×480）分辨率時(shí)，畫面平均時(shí)延50ms左右，平局幀率18幀左右，畫面流暢清晰，完全能夠滿足需求。

3 數(shù)據(jù)回傳

需要實(shí)時(shí)地將檢測(cè)儀獲取的數(shù)據(jù)傳回到橋面上的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)文件傳輸系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，以FTP協(xié)議為基礎(chǔ)，編寫一個(gè)FTP系統(tǒng)。該FTP系統(tǒng)采用被動(dòng)式FTP，在這種方式的FTP系統(tǒng)中，命令連接和數(shù)據(jù)連接都由客戶端發(fā)起。系統(tǒng)中服務(wù)器設(shè)置在嵌入式開發(fā)板上，客戶端集成在PC客戶端中。

開發(fā)板已安裝FTP服務(wù)器，開機(jī)后一直處于偵聽狀態(tài)，等待客戶端的連接。當(dāng)PC客戶端中的FTP啟動(dòng)時(shí)，會(huì)向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求，服務(wù)器首先驗(yàn)證用戶名和密碼，驗(yàn)證成功后則建立連接，然后客戶端發(fā)起傳輸數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求，從而完成數(shù)據(jù)傳輸。

一個(gè)實(shí)際可用的FTP系統(tǒng)至少應(yīng)該具有文件目錄顯示、文件下載、文件上傳和文件刪除這四個(gè)基本功能，如圖9所示。

PC客戶端基于微軟公司的.Net平臺(tái)，使用C#語言開發(fā)。微軟公司出品的.NET Framework提供了十分豐富的網(wǎng)絡(luò)編程接口和封裝好的類庫，使開發(fā)過程變得簡(jiǎn)單。首先利用FtpWebRequest類的Create方法創(chuàng)建FTP連接，驗(yàn)證用戶名密碼后連接創(chuàng)建成功，同時(shí)利用GetResponse方法獲取服務(wù)器的反饋信息。當(dāng)需要上傳、下載和刪除文件時(shí)，還是利用FtpWebRequest，只是將其Method屬性設(shè)置為WebRequestMethods.Ftp. UploadFile，WebRequestMethods.Ftp. DownloadFile和WebRequestMethods. Ftp.DeleteFile，然后向服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求，服務(wù)器便會(huì)響應(yīng)相應(yīng)的請(qǐng)求。服務(wù)器每次響應(yīng)請(qǐng)求之后，都返回當(dāng)前的目錄下的文件列表，供PC客戶端顯示。

“返回上級(jí)目錄”功能比較特殊，當(dāng)用戶雙擊“返回上級(jí)目錄”后，將保存當(dāng)前路徑的變量中當(dāng)前路徑的最后一級(jí)刪除，生成新的當(dāng)前路徑，然后用新的當(dāng)前路徑向服務(wù)器發(fā)送顯示文件列表請(qǐng)求，達(dá)到顯示上一級(jí)目錄的目的。

經(jīng)測(cè)試，使用PC客戶端能夠順利選擇文件夾和文件，并下載、上傳和刪除文件，具備一個(gè)實(shí)用的FTP系統(tǒng)的基本功能，能夠滿足該系統(tǒng)的需求。FTP下載文件界面如圖10所示。

4 總結(jié)

利用本文中的裝置，可以以很小的代價(jià)為普通的鋼筋混凝土檢測(cè)儀添加遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)回傳功能，能夠?qū)z測(cè)儀在橋下的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)時(shí)獲取檢測(cè)儀的檢測(cè)數(shù)據(jù)，能夠大大地拓展普通鋼筋混凝土檢測(cè)儀的使用環(huán)境。而且可以根據(jù)需要，進(jìn)行功能的添加和刪除，二次開發(fā)簡(jiǎn)單方便?？傮w說來，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，成本低廉，使用方便，具有一定的實(shí)用價(jià)值，值得推廣。

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