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)的移動機器人視頻監(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：機器人技術(shù)是新技術(shù)發(fā)展過程中迅速發(fā)展并逐漸壯大的新興學(xué)科，嵌入式移動機器人已經(jīng)能夠完成自主移動、規(guī)避障礙、行走圖像采集以及無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，本次開展移動機器人視頻監(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負責(zé)圖像采集和傳輸，下層核心為51單片機，負責(zé)控制機器人的運動和數(shù)據(jù)處理。

關(guān)鍵詞：OpenWrt操作系統(tǒng)；移動機器人；視頻監(jiān)控

0　引言

隨著計算機技術(shù)的普及和人工智能技術(shù)的發(fā)展，移動機器人的研究工作取得了很大的成果，本文設(shè)計的移動機器人的視頻監(jiān)控是基于OpenWrt操作系統(tǒng)，不僅可以實現(xiàn)多種不同的功能，如：圖像采集、目標定位、無限通信以及險情探測等，同時還可以成為各種智能控制系統(tǒng)的良好載體，因此開展本次研究對現(xiàn)代化技術(shù)的實踐和發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。

1　系統(tǒng)方案

移動機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、機器人底盤、外圍接口電路、ARM處理器以及單片機等，ARM是上層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心，51單片機是下層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心。移動機器人的軟件系統(tǒng)主要包括這樣幾項：Linux應(yīng)用程序、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、單片機應(yīng)用程序以及外接設(shè)備驅(qū)動程序等，本次研究的移動機器人視頻監(jiān)控中沒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Linux發(fā)行版之一的一種系統(tǒng)OpenWrt操作系統(tǒng)給移動機器人提供出了一個完全可寫的文件系統(tǒng)以及一個軟件包管理，這種方法簡單方便，不但大幅度降低了對于嵌入式Linux進行系統(tǒng)開發(fā)的要求，同時也在很大程度上將系統(tǒng)軟件開發(fā)效率大大提升。

嵌入式機器人工作流程具體如下：傳感器模塊完成對周圍環(huán)境信息數(shù)據(jù)的采集同時將這一些列上傳給嵌入式機器人的指揮中心，即控制系統(tǒng)；隨后，嵌入式機器人的單片機對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)中對有效數(shù)據(jù)進行高效率的提取。嵌入式機器人通過以上方式獲得關(guān)于自己和障礙物之間的相對位置數(shù)據(jù)，隨后依據(jù)當(dāng)前位置信息相關(guān)數(shù)據(jù)下達關(guān)于控制的信號；在眾多控制信號當(dāng)中，控制機器人的轉(zhuǎn)向的PWM信號是由單片機所產(chǎn)生的，用于實現(xiàn)嵌入式機器人自主行走功能。嵌入式機器人單片機中的上層ARM處理器和下層單片機通過串口實現(xiàn)彼此之間的通信，下層單片機的工作數(shù)據(jù)通過無線傳輸技術(shù)由ARM處理器傳給PC機，而且ARM可以將機器人搭載的攝像頭采取到現(xiàn)場的清晰圖片發(fā)送給遠端的PC機，以此來實現(xiàn)移動機器人對周圍環(huán)境的視頻監(jiān)控功能[1]。

2　移動機器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是通過在遠程段安裝攝像頭來完成對現(xiàn)場情況的實時監(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，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，如：體積小、穩(wěn)定性高、無序現(xiàn)場值守、實時性好且結(jié)構(gòu)簡單等，視頻監(jiān)控系統(tǒng)共分為：視頻采集系統(tǒng)、云臺鏡頭控制系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)以及視頻處理系統(tǒng)。

2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計

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

移動機器人的系統(tǒng)主要包含的模塊為：無線通信、圖像采集、超聲波測距、MINI2440、紅外感應(yīng)、單片機和直流電機驅(qū)動[3]。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計

機器人智能化程度由軟件系統(tǒng)體現(xiàn)，軟件系統(tǒng)是機器人的核心，對機器人運動狀態(tài)進行全方位的控制。本研究中選擇OpenWrt操作系統(tǒng)。之所以選擇該項系統(tǒng)是因為OpenWrt操作系統(tǒng)對Linux系統(tǒng)內(nèi)核的定制過程進行了一系列的簡化，同時OpenWrt操作系統(tǒng)允許開發(fā)者使用軟件包的概念來定制嵌入式設(shè)備，這在很大程度上對嵌入軟件的開發(fā)過程進行了簡化，程序在KubuntuCodeBlockIDE集成開發(fā)環(huán)境中進行編寫，使用OpenWrtBI進行編譯。應(yīng)用軟件控制機器人規(guī)避障礙、采集圖像和發(fā)送視頻的行為，而通信方面則通過主機端軟件架設(shè)服務(wù)器，并使用IEEE802.11g無線網(wǎng)卡建立無限網(wǎng)，這樣就可以實現(xiàn)移動終端接收上位機的控制命令，是機器人按照命令道制定的位置拍攝圖片和視頻，而PC機終端則通過無線網(wǎng)來接受圖片和視頻。

V4L2為OpenWrt系統(tǒng)中的音頻數(shù)據(jù)采集程序提供了API接口，只要機器人配備了音頻設(shè)備并正確加載了驅(qū)動，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、視頻會議和監(jiān)控系統(tǒng)中，并為多種設(shè)備提供了多個接口，在移動機器人的視頻監(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)體中對視頻采集窗口參數(shù)進行了相關(guān)設(shè)置，即在攝像頭設(shè)備的取景范圍內(nèi)設(shè)定一個視頻采集區(qū)域。v4l2結(jié)構(gòu)體可以設(shè)置視頻的點陣格式和點陣大小，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MINI2440驅(qū)動同時對攝像頭進行一系列控制，通過串口控制機器人底層的單片機，同時驅(qū)動無限網(wǎng)卡并連接，運行服務(wù)端，最后提供UI界面實現(xiàn)視頻監(jiān)控。

3　結(jié)束語

本次研究選擇的OpenWrt操作系統(tǒng)，以實現(xiàn)移動機器人對環(huán)境的實施監(jiān)控為目的，結(jié)合了視頻監(jiān)控的發(fā)展方向，運用嵌入式技術(shù)，構(gòu)建無限視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)在完全契合移動機器人在設(shè)計理念上的要求的同時對系統(tǒng)開發(fā)流程進行了大幅度簡化。

參考文獻：

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

[2]邢旺.基于嵌入式的移動機器人無線監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].微計算機信息,2011(02):31-34.

[3]鄧仕鈞.基于WLAN的移動機器人嵌入式遠程運動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機工程與設(shè)計,2012(10):108-111.

作者簡介：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。