李玉斌（貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系,貴州　凱里　556000）

嵌入式OPENWRT系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人視頻監(jiān)控研究

李玉斌
（貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系,貴州凱里556000）

摘要：機(jī)器人技術(shù)是新技術(shù)發(fā)展過(guò)程中迅速發(fā)展并逐漸壯大的新興學(xué)科，嵌入式移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)能夠完成自主移動(dòng)、規(guī)避障礙、行走圖像采集以及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋敬伍_(kāi)展移動(dòng)機(jī)器人視頻監(jiān)控研究采用ARM處理器S3C2440為主板控制器，以O(shè)penWrt為操作系統(tǒng)。該監(jiān)視系統(tǒng)共分為2層結(jié)構(gòu)，上層核心為S3C2440負(fù)責(zé)圖像采集和傳輸，下層核心為51單片機(jī)，負(fù)責(zé)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和數(shù)據(jù)處理。

關(guān)鍵詞：OpenWrt操作系統(tǒng)；移動(dòng)機(jī)器人；視頻監(jiān)控

0　引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和人工智能技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人的研究工作取得了很大的成果，本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人的視頻監(jiān)控是基于OpenWrt操作系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)多種不同的功能，如：圖像采集、目標(biāo)定位、無(wú)限通信以及險(xiǎn)情探測(cè)等，同時(shí)還可以成為各種智能控制系統(tǒng)的良好載體，因此開(kāi)展本次研究對(duì)現(xiàn)代化技術(shù)的實(shí)踐和發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　系統(tǒng)方案

移動(dòng)機(jī)器人主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成，硬件系統(tǒng)中包含了電源、機(jī)器人底盤、外圍接口電路、ARM處理器以及單片機(jī)等，ARM是上層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心，51單片機(jī)是下層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心。移動(dòng)機(jī)器人的軟件系統(tǒng)主要包括這樣幾項(xiàng)：Linux應(yīng)用程序、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、單片機(jī)應(yīng)用程序以及外接設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等，本次研究的移動(dòng)機(jī)器人視頻監(jiān)控中沒(méi)有選擇較為常用的嵌入式Linux版本，而是選擇了OpenWrt操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)為L(zhǎng)inux發(fā)行版之一的一種系統(tǒng)OpenWrt操作系統(tǒng)給移動(dòng)機(jī)器人提供出了一個(gè)完全可寫的文件系統(tǒng)以及一個(gè)軟件包管理，這種方法簡(jiǎn)單方便，不但大幅度降低了對(duì)于嵌入式Linux進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的要求，同時(shí)也在很大程度上將系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)效率大大提升。

嵌入式機(jī)器人工作流程具體如下：傳感器模塊完成對(duì)周圍環(huán)境信息數(shù)據(jù)的采集同時(shí)將這一些列上傳給嵌入式機(jī)器人的指揮中心，即控制系統(tǒng)；隨后，嵌入式機(jī)器人的單片機(jī)對(duì)一些列由傳感器上傳的數(shù)據(jù)全面分析，在海量上傳的數(shù)據(jù)中對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行高效率的提取。嵌入式機(jī)器人通過(guò)以上方式獲得關(guān)于自己和障礙物之間的相對(duì)位置數(shù)據(jù)，隨后依據(jù)當(dāng)前位置信息相關(guān)數(shù)據(jù)下達(dá)關(guān)于控制的信號(hào)；在眾多控制信號(hào)當(dāng)中，控制機(jī)器人的轉(zhuǎn)向的PWM信號(hào)是由單片機(jī)所產(chǎn)生的，用于實(shí)現(xiàn)嵌入式機(jī)器人自主行走功能。嵌入式機(jī)器人單片機(jī)中的上層ARM處理器和下層單片機(jī)通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)彼此之間的通信，下層單片機(jī)的工作數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)由ARM處理器傳給PC機(jī)，而且ARM可以將機(jī)器人搭載的攝像頭采取到現(xiàn)場(chǎng)的清晰圖片發(fā)送給遠(yuǎn)端的PC機(jī)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的視頻監(jiān)控功能[1]。

2　移動(dòng)機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)在遠(yuǎn)程段安裝攝像頭來(lái)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)收集和反饋的信息做出相應(yīng)的控制，當(dāng)有異常情況出現(xiàn)時(shí)，能夠迅速反應(yīng)、積極應(yīng)變，幫助操作者提供正確的決策幫助。視頻監(jiān)控技術(shù)基于嵌入式技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，如：體積小、穩(wěn)定性高、無(wú)序現(xiàn)場(chǎng)值守、實(shí)時(shí)性好且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等，視頻監(jiān)控系統(tǒng)共分為：視頻采集系統(tǒng)、云臺(tái)鏡頭控制系統(tǒng)、信號(hào)傳輸系統(tǒng)以及視頻處理系統(tǒng)。

2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

移動(dòng)機(jī)器人的硬件系統(tǒng)共主要有：電源、機(jī)器人底盤、外圍接口電路、ARM處理器以及單片機(jī)，框架。

移動(dòng)機(jī)器人的系統(tǒng)主要包含的模塊為：無(wú)線通信、圖像采集、超聲波測(cè)距、MINI2440、紅外感應(yīng)、單片機(jī)和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)[3]。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

機(jī)器人智能化程度由軟件系統(tǒng)體現(xiàn)，軟件系統(tǒng)是機(jī)器人的核心，對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行全方位的控制。本研究中選擇OpenWrt操作系統(tǒng)。之所以選擇該項(xiàng)系統(tǒng)是因?yàn)镺penWrt操作系統(tǒng)對(duì)Linux系統(tǒng)內(nèi)核的定制過(guò)程進(jìn)行了一系列的簡(jiǎn)化，同時(shí)OpenWrt操作系統(tǒng)允許開(kāi)發(fā)者使用軟件包的概念來(lái)定制嵌入式設(shè)備，這在很大程度上對(duì)嵌入軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)化，程序在KubuntuCodeBlockIDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行編寫，使用OpenWrtBI進(jìn)行編譯。應(yīng)用軟件控制機(jī)器人規(guī)避障礙、采集圖像和發(fā)送視頻的行為，而通信方面則通過(guò)主機(jī)端軟件架設(shè)服務(wù)器，并使用IEEE802.11g無(wú)線網(wǎng)卡建立無(wú)限網(wǎng)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端接收上位機(jī)的控制命令，是機(jī)器人按照命令道制定的位置拍攝圖片和視頻，而PC機(jī)終端則通過(guò)無(wú)線網(wǎng)來(lái)接受圖片和視頻。

V4L2為OpenWrt系統(tǒng)中的音頻數(shù)據(jù)采集程序提供了API接口，只要機(jī)器人配備了音頻設(shè)備并正確加載了驅(qū)動(dòng)，就可以利用這套接口完成數(shù)據(jù)的采集工作，現(xiàn)在該技術(shù)已經(jīng)廣泛用于嵌入式多媒體、視頻會(huì)議和監(jiān)控系統(tǒng)中，并為多種設(shè)備提供了多個(gè)接口，在移動(dòng)機(jī)器人的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中主要使用的是其提供的視頻采集接口，機(jī)器人采用這套接口就可以完成圖像和視頻的采集于處理。v4l2-crop結(jié)構(gòu)體中對(duì)視頻采集窗口參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)設(shè)置，即在攝像頭設(shè)備的取景范圍內(nèi)設(shè)定一個(gè)視頻采集區(qū)域。v4l2結(jié)構(gòu)體可以設(shè)置視頻的點(diǎn)陣格式和點(diǎn)陣大小，并描述視頻設(shè)備當(dāng)前的行為和數(shù)據(jù)格式。攝像頭控制軟件是由OpenWrt以軟件包的形式提供，系統(tǒng)通過(guò)MINI2440驅(qū)動(dòng)同時(shí)對(duì)攝像頭進(jìn)行一系列控制，通過(guò)串口控制機(jī)器人底層的單片機(jī)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)無(wú)限網(wǎng)卡并連接，運(yùn)行服務(wù)端，最后提供UI界面實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控。

3　結(jié)束語(yǔ)

本次研究選擇的OpenWrt操作系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人對(duì)環(huán)境的實(shí)施監(jiān)控為目的，結(jié)合了視頻監(jiān)控的發(fā)展方向，運(yùn)用嵌入式技術(shù)，構(gòu)建無(wú)限視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)在完全契合移動(dòng)機(jī)器人在設(shè)計(jì)理念上的要求的同時(shí)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行了大幅度簡(jiǎn)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]張敬霞.基于嵌入式Linux管道機(jī)器人視頻控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013(02):42-45.

[2]邢旺.基于嵌入式的移動(dòng)機(jī)器人無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].微計(jì)算機(jī)信息,2011(02):31-34.

[3]鄧仕鈞.基于WLAN的移動(dòng)機(jī)器人嵌入式遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2012(10):108-111.

作者簡(jiǎn)介：李玉斌（1982—），男，湖南永州人，本科，講師，研究方向：嵌入式系統(tǒng)、集成電路應(yīng)用。