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

摘要：機器人技術是新技術發(fā)展過程中迅速發(fā)展并逐漸壯大的新興學科，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OpenWrt為操作系統(tǒng)。該監(jiān)視系統(tǒng)共分為2層結構，上層核心為S3C2440負責圖像采集和傳輸，下層核心為51單片機，負責控制機器人的運動和數(shù)據(jù)處理。

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

0　引言

隨著計算機技術的普及和人工智能技術的發(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)結構的核心，51單片機是下層系統(tǒng)結構的核心。移動機器人的軟件系統(tǒng)主要包括這樣幾項：Linux應用程序、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、單片機應用程序以及外接設備驅動程序等，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于自己和障礙物之間的相對位置數(shù)據(jù)，隨后依據(jù)當前位置信息相關數(shù)據(jù)下達關于控制的信號；在眾多控制信號當中，控制機器人的轉向的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的控制，當有異常情況出現(xiàn)時，能夠迅速反應、積極應變，幫助操作者提供正確的決策幫助。視頻監(jiān)控技術基于嵌入式技術有很多優(yōu)點，如：體積小、穩(wěn)定性高、無序現(xiàn)場值守、實時性好且結構簡單等，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、單片機和直流電機驅動[3]。

2.2系統(tǒng)軟件設計

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服務器，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備并正確加載了驅動，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結構體中對視頻采集窗口參數(shù)進行了相關設置，即在攝像頭設備的取景范圍內(nèi)設定一個視頻采集區(qū)域。v4l2結構體可以設置視頻的點陣格式和點陣大小，并描述視頻設備當前的行為和數(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，同時驅動無限網(wǎng)卡并連接，運行服務端，最后提供UI界面實現(xiàn)視頻監(jiān)控。

3　結束語

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，結合了視頻監(jiān)控的發(fā)展方向，運用嵌入式技術，構建無限視頻監(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計與實現(xiàn)[J].西安電子科技大學學報,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)設計[J].計算機工程與設計,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)、集成電路應用。