基于物聯網的圖像回傳機器人

買彩鳳

摘要：當代，監控系統無處不在，但大多數監控設備都還是固定且無法移動，在監控的時候存在一定的死角。然而隨著科學技術的發展，人們對高質量、高效率的工作方式要求不斷提高。在這種環境下設計了基于物聯網的圖像回傳機器人。

基于物聯網的圖像回傳機器人設計采用實驗法、查找法、實證研究法、經驗總結法指定設計方案和選擇設計所需設備。然后根據設計方案設計了一種通過手機或者電腦作為終端顯示設備的實時監控的系統。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，四個電機作為驅動器。軟件部分包括了android app開發、服務器編程和樹莓派編程。經過無線路由器實現數據的傳輸，可通過手機或者電腦遠程監控和遠程控制。

關鍵詞：Raspberry Pi；樹莓派3攝像頭CameraV2； android app

1.設計需求分析

1.1設計研究背景

隨著網絡和圖像采集技術的不斷發展與成熟，網絡視頻監控系統在公共安防、家庭防盜、危險環境遠程監控等領域發揮著越來越重要的作用。傳統的視頻監控大多采用有線網絡，包括前端攝像機、傳輸線纜、視頻監控平臺，導致網絡布線復雜、造價高，而免付費的無線網絡傳輸數據量少，不適合傳輸圖像信號，而且監控范圍有限，檢修更加困難。

傳統意義的監控主要存在以下不足：需配備大量的人力、物力現場布線復雜，設備靈活性差、工作效率低下，人員往返頻繁、現場情況反饋不夠及時準確，指揮人員難于快速決策、設備費用高，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設計的目的意義

為解決上述問題，我們設計了一個可移動無線視頻監控系統——“基于物聯網的圖像回傳機器人”，“基于物聯網的圖像回傳機器人”現場不用布線，設備安裝簡單，可移動、可固定，靈活性高，監控方式多樣。只要有手機信號的地方，就可以通過“圖像回傳WIFI小車”將現場的實時圖像通過手機無線通信網絡傳輸到管理人員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控畫面 。不用親臨現場，便可及時準確把握情況，工作效率大幅度提高。可與現場實時互動，方便指揮決策。也就是說只要手機網絡覆蓋，便有“基于物聯網的圖像回傳機器人”的用武之地，無需架設專線。監控畫面實時、流暢，清晰度高。系統操作極為簡單，打開電源開關，現場圖像立即傳到千里之外。系統安裝、調試、維修的費用將大大降低。

2.特色與創新

2.1設計特色

1.數據傳速速率高：使用了wifi網絡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，使得轉向更靈敏，實現成本更低，小車行走也更為靈活，并可以原地360度轉彎。在危險環境中，無需人員進入，利用監控小車的靈活性，可遠程探測未知情況，操作人員可通過傳回的圖像了解現場環境。

3.系統簡單方便：該系統現場不用布線，設備安裝簡單，可移動、可固定，靈活性高。監控方式多樣，可在本地或遠程通過電腦顯示器或手機瀏覽監控畫面 。監控畫面實時、流暢，清晰度高。系統操作極為簡單，打開電源開關，現場圖像立即傳到千里之外。系統安裝、調試、維修費用降低。

4.支持多用戶：在網絡中的每一臺計算機，在獲得了相應權限后，只要安裝了客戶端的軟件，就能使用本監控系統，且同一監控設備支持多用戶同時訪問。

5.支持遠程監控：遵循全球統一的技術標準和通訊協議TCP/IP，可以進行跨地域的遠程實時監控。

6.安全性高：無線網絡具有ESSID、MAC地址過濾及WEP加密等安全措施，為系統信息安全提供了有力保證。

2.2設計創新點：

1.使用網絡進行連接，使用方便，成本低

終端和小車之間，通過互聯網進行連接，采用C/S模式搭建控制系統。通過智能手機，電腦等，無論你身處何方，只要有網絡，你就能不用親臨現場，便可及時準確把握情況，工作效率大幅度提高。可與現場實時互動，方便指揮決策。

2.使用新型開發板——樹莓派

該項目使用樹莓派開發板。樹莓派由注冊于英國的慈善組織“Raspberry Pi 基金會”開發，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博通出產的ARM架構BCM2835處理器，256MB內存（B型已升級到512MB內存），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.功能設計

3.1 主要內容及實施目標

該項目以選用了Raspberry Pi（樹莓派）板卡為核心控制器，通過計算機網絡中最常用的通信協議—TCP傳輸協議的開發流程和框架，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，遠處的監控人員根據小車采集的圖像信息，了解監控現場的實時信息，并可以通過上位機控制小車的前進、后退、轉向等運動，進一步掌握監控人員想要獲取的信息。

在樹莓派上刷入Linux系統，安裝開源的軟件MJPG-Streamer，把攝像頭掛載在樹莓派上，使之成為一個網絡視頻服務器。通過樹莓派自身所帶GPIO，向電機驅動發送PWM方波，使小車按照命令執行前進、后退、左轉、右轉的命令，同時將視頻信號發回終端。

下面對該項目預期功能做一一介紹

1、 通過終端來驅動小車

在電腦上設置上、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，右轉，停止5個功能。可通過終端與樹莓派進行網絡通信編程，一旦接收到指令，樹莓派IO口便做出相應變化。

2、 通過終端來顯示監控圖像

該功能計劃使用MJPG-Streamer服務器。"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的網絡傳輸到瀏覽器如Firehox，Cambozola，VLC播放器，Windows的移動設備或者其他擁有瀏覽器的移動設備。她可以利用某些webcams的硬件壓縮功能來降低服務器CPU的開銷。它為嵌入式設備和一些常規服務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動

經過多方面考慮，我們計劃用舵機實現！因為舵機最早用于船舶上實現其轉向功能，由于可以通過程序連續控制其轉角，具有體積小、力矩大、外部機械設計簡單、穩定性高等特點。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，來控制舵機的轉動從而帶動攝像頭轉動，用來確保監控系統無死角，更易于控制。

參考文獻

[1] 王智， 潘強， 邢濤. 面向物聯網的實體實時搜索服務綜述[D].中國科學院上海微系統與信息技術研究所. 2009.

[2]孔曉波.物聯網概念和演進路徑[J].電信工程技術與標準化，2009（12）.

[3]廖建新.移動智能網技術的研發現狀及未來發展[J].電子學報，2003， 31（11）：1725-1731.

[4]趙巍，馮娜.單片機基礎及應用[M].北京：清華大學出版社，2009：94-103.

[5]周之英.現代軟件工程[M].北京：科學出版社，2000（12）.

[6]蔣峰，張凌濤，賀超英.WiFi技術在礦井遠程監控系統中的應用[J].煤礦安全，2010，42（8）：62-65.

[7]林明標，莫金海.基于安卓手機的無線重力感應控制智能小車[J].計算機測量與控制，2015.23（4） .

[8]李揚.WiFi技術原理及應用[J].科技信息，2010，24（2）：59-61.

[9]劉青，王江偉.玩轉樹莓派Raspberry Pi平裝[J].計算機應用研究，2013（05）.