遇華志 劉瑞 李志 沈陽(yáng)工學(xué)院

基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)與機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研制

遇華志 劉瑞 李志 沈陽(yáng)工學(xué)院

隨著現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于機(jī)器人的視頻監(jiān)控需求也越來(lái)越廣泛，在很多危險(xiǎn)領(lǐng)域必須要求機(jī)器人具備無(wú)線視頻監(jiān)控功能。本文針對(duì)基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究，闡述了系統(tǒng)的硬件以及軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)E4A語(yǔ)言對(duì)安卓手機(jī)進(jìn)行APP編程，實(shí)現(xiàn)通過(guò)手機(jī)APP的操作對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行無(wú)線視頻監(jiān)控，增加機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)延伸的實(shí)用性和圖像信息采集實(shí)時(shí)性。

安卓手機(jī)APP 單片機(jī) 移動(dòng)端互聯(lián)網(wǎng) 視頻監(jiān)控

1 基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)與機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)主要組成部分包括：上位機(jī)（手機(jī)）、單片機(jī)系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、視頻監(jiān)控等幾個(gè)部分。其總體框架見(jiàn)圖1。主要分為5大部分，安卓手機(jī)APP（上位機(jī)）、無(wú)線WIFI/4G模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電路模塊等。本系統(tǒng)主要能實(shí)現(xiàn)手機(jī)通過(guò)APP和與單片機(jī)系統(tǒng)連接的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行雙工通信，對(duì)機(jī)器人無(wú)線進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，增加了現(xiàn)代機(jī)器人的控制手段，方便快速、準(zhǔn)確、有效地通過(guò)手機(jī)屏幕解決的機(jī)器人的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)的監(jiān)控問(wèn)題，為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

圖1 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)與機(jī)器人無(wú)線通信接口整體框圖

2 手機(jī)APP上位機(jī)設(shè)計(jì)

安卓平臺(tái)手機(jī)終端通過(guò)APP向機(jī)器人發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制信息，機(jī)器人的單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)WiFi/4G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)模塊接收到信息后，按照收到的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)控制機(jī)器人的行進(jìn)的同時(shí)，將機(jī)器人上所攜帶攝像頭采集信息通過(guò)無(wú)線發(fā)送模塊回送給安卓手機(jī)終端，實(shí)現(xiàn)通過(guò)手機(jī)完成對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)監(jiān)控。

安卓平臺(tái)手機(jī)的監(jiān)控視頻APP采用E4A語(yǔ)言進(jìn)行編程，手機(jī)直接利用WiFi或移動(dòng)數(shù)據(jù)功能接收機(jī)器人上攝像頭發(fā)送的視頻信號(hào)，手機(jī)APP除可以顯示機(jī)器人運(yùn)動(dòng)視頻信息外，還能夠控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

3 基于STM32F4單片機(jī)的下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 無(wú)線WIFI/4G模塊

在機(jī)器人上安裝WIFI/4G通信模塊，安卓手機(jī)終端通過(guò)APP連接小車(chē)上的WIFI/4G通信模塊，通過(guò)該模塊接收機(jī)器人攝像頭采集的視頻信息，手機(jī)終端上編寫(xiě)控制功能App程序。本系統(tǒng)所采用的是ESP8266模塊，是一款超低功耗的UART-WIFI透?jìng)髂K，硬件接口豐富，本系統(tǒng)采用其AP模式，實(shí)現(xiàn)手機(jī)直接與模塊通信，實(shí)現(xiàn)WiFi覆蓋下區(qū)域?qū)C(jī)器人的實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果拓展的4G模塊，則能實(shí)現(xiàn)4G網(wǎng)覆蓋下區(qū)域?qū)C(jī)器人的無(wú)線控制。

3.2 視頻采集模塊

下位機(jī)系統(tǒng)采用了DS-2CD3410FD-IW網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)高清晰視頻采集和清晰的畫(huà)面，支持手機(jī)的無(wú)線WIFI功能和無(wú)線網(wǎng)卡，可實(shí)現(xiàn)手機(jī)WIFI/4G模塊的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)視，能將實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻送給單片機(jī)（機(jī)器人部分）并最終通過(guò)WIFI/4G模塊傳送給手機(jī)。

3.3 單片機(jī)系統(tǒng)

無(wú)線控制和視頻通信模塊都是與單片機(jī)一起放在機(jī)器人上，本系統(tǒng)采用STM32和控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，單片機(jī)對(duì)接收的手機(jī)控制信號(hào)進(jìn)行判別來(lái)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。單片機(jī)程序以驅(qū)動(dòng)信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)的方式補(bǔ)償電機(jī)控制，以達(dá)到精確控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路線的目的。電源是由12V直流電源直接提供給驅(qū)動(dòng)模塊，模塊輸出口為5V直流電壓，直接供電給STM32單片機(jī)。整個(gè)信號(hào)的流程框圖如圖2所示。

圖2 手機(jī)與機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)流程框圖

4 通信協(xié)議設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)器人與手機(jī)之間的無(wú)線通信需要通信協(xié)議，只有收發(fā)雙方都遵循同樣的通信協(xié)議，彼此才能進(jìn)行交換信息。本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議為“一位起始符+N位傳輸數(shù)據(jù)+一位終止符”模式。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，接受到數(shù)據(jù)的設(shè)備先進(jìn)行判斷，若第一位數(shù)據(jù)位“@”符號(hào)，則認(rèn)定為有效數(shù)據(jù)，并接受其后面的數(shù)據(jù)，直到收到“#”后，在認(rèn)定為數(shù)有效據(jù)接受已經(jīng)結(jié)束，設(shè)備停止接收數(shù)據(jù)。

[1]李志.基于ZigBee技術(shù)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].數(shù)碼世界2016年07期

[2]陳雪.基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)與機(jī)器人無(wú)線通信接口的研制[J].數(shù)碼世界2017年01期

李志（通訊作者），教授，沈陽(yáng)工學(xué)院電子信息教研室主任，研究方向：信號(hào)處理。