基于物联网的图像回传机器人

2018-06-11 09:43买彩凤
科学与财富 2018年14期
关键词:树莓小车摄像头

买彩凤

摘要:当代,监控系统无处不在,但大多数监控设备都还是固定且无法移动,在监控的时候存在一定的死角。然而随着科学技术的发展,人们对高质量、高效率的工作方式要求不断提高。在这种环境下设计了基于物联网的图像回传机器人。

基于物联网的图像回传机器人设计采用实验法、查找法、实证研究法、经验总结法指定设计方案和选择设计所需设备。然后根据设计方案设计了一种通过手机或者电脑作为终端显示设备的实时监控的系统。硬件部分以Raspberry Pi(树莓派)板卡为核心控制器,树莓派3摄像头CameraV2为图像传感器,四个电机作为驱动器。软件部分包括了android app开发、服务器编程和树莓派编程。经过无线路由器实现数据的传输,可通过手机或者电脑远程监控和远程控制。

关键词:Raspberry Pi;树莓派3摄像头CameraV2; android app

1.设计需求分析

1.1设计研究背景

随着网络和图像采集技术的不断发展与成熟,网络视频监控系统在公共安防、家庭防盗、危险环境远程监控等领域发挥着越来越重要的作用。传统的视频监控大多采用有线网络,包括前端摄像机、传输线缆、视频监控平台,导致网络布线复杂、造价高,而免付费的无线网络传输数据量少,不适合传输图像信号,而且监控范围有限,检修更加困难。

传统意义的监控主要存在以下不足:需配备大量的人力、物力现场布线复杂,设备灵活性差、工作效率低下,人员往返频繁、现场情况反馈不够及时准确,指挥人员难于快速决策、设备费用高,维修不便、无法直接上传到管理人员办公桌电脑荧屏上,更不可能上传到管理人员手机上。

1.2设计的目的意义

为解决上述问题,我们设计了一个可移动无线视频监控系统——“基于物联网的图像回传机器人”,“基于物联网的图像回传机器人”现场不用布线,设备安装简单,可移动、可固定,灵活性高,监控方式多样。只要有手机信号的地方,就可以通过“图像回传WIFI小车”将现场的实时图像通过手机无线通信网络传输到管理人员的办公电脑或手机上,可在本地或远程通过电脑显示器或手机浏览监控画面 。不用亲临现场,便可及时准确把握情况,工作效率大幅度提高。可与现场实时互动,方便指挥决策。也就是说只要手机网络覆盖,便有“基于物联网的图像回传机器人”的用武之地,无需架设专线。监控画面实时、流畅,清晰度高。系统操作极为简单,打开电源开关,现场图像立即传到千里之外。系统安装、调试、维修的费用将大大降低。

2.特色与创新

2.1设计特色

1.数据传速速率高:使用了wifi网络为视频信号传输媒介,最高传输速度可达到10Mbps,完全可以胜任视频流的传输。

2.小车运动灵活:使用两轮差速控制,使得转向更灵敏,实现成本更低,小车行走也更为灵活,并可以原地360度转弯。在危险环境中,无需人员进入,利用监控小车的灵活性,可远程探测未知情况,操作人员可通过传回的图像了解现场环境。

3.系统简单方便:该系统现场不用布线,设备安装简单,可移动、可固定,灵活性高。监控方式多样,可在本地或远程通过电脑显示器或手机浏览监控画面 。监控画面实时、流畅,清晰度高。系统操作极为简单,打开电源开关,现场图像立即传到千里之外。系统安装、调试、维修费用降低。

4.支持多用户:在网络中的每一台计算机,在获得了相应权限后,只要安装了客户端的软件,就能使用本监控系统,且同一监控设备支持多用户同时访问。

5.支持远程监控:遵循全球统一的技术标准和通讯协议TCP/IP,可以进行跨地域的远程实时监控。

6.安全性高:无线网络具有ESSID、MAC地址过滤及WEP加密等安全措施,为系统信息安全提供了有力保证。

2.2设计创新点:

1.使用网络进行连接,使用方便,成本低

终端和小车之间,通过互联网进行连接,采用C/S模式搭建控制系统。通过智能手机,电脑等,无论你身处何方,只要有网络,你就能不用亲临现场,便可及时准确把握情况,工作效率大幅度提高。可与现场实时互动,方便指挥决策。

2.使用新型开发板——树莓派

该项目使用树莓派开发板。树莓派由注册于英国的慈善组织“Raspberry Pi 基金会”开发,外形只有信用卡大小,却具有电脑的所有基本功能。树莓派配备一枚700MHz博通出产的ARM架构BCM2835处理器,256MB内存(B型已升级到512MB内存),使用SD卡当作储存媒体,且拥有一个Ethernet,两个USB接口,以及HDMI(支持声音输出)和RCA端子输出支援。

3.功能设计

3.1 主要内容及实施目标

該项目以选用了Raspberry Pi(树莓派)板卡为核心控制器,通过计算机网络中最常用的通信协议—TCP传输协议的开发流程和框架,通过无线路由器进行视频流的访问和小车进行驱动,也就是向支持wifi的上位机终端实时传送图像信息,远处的监控人员根据小车采集的图像信息,了解监控现场的实时信息,并可以通过上位机控制小车的前进、后退、转向等运动,进一步掌握监控人员想要获取的信息。

在树莓派上刷入Linux系统,安装开源的软件MJPG-Streamer,把摄像头挂载在树莓派上,使之成为一个网络视频服务器。通过树莓派自身所带GPIO,向电机驱动发送PWM方波,使小车按照命令执行前进、后退、左转、右转的命令,同时将视频信号发回终端。

下面对该项目预期功能做一一介绍

1、 通过终端来驱动小车

在电脑上设置上、下、左、右、停止五个按键,通过这五个按键来控制小车前进,后退,左转,右转,停止5个功能。可通过终端与树莓派进行网络通信编程,一旦接收到指令,树莓派IO口便做出相应变化。

2、 通过终端来显示监控图像

该功能计划使用MJPG-Streamer服务器。"MJPG-streamer",是用于从摄像头采集图像,把它们以流的形式通过基于IP的网络传输到浏览器如Firehox,Cambozola,VLC播放器,Windows的移动设备或者其他拥有浏览器的移动设备。她可以利用某些webcams的硬件压缩功能来降低服务器CPU的开销。它为嵌入式设备和一些常规服务器提供了一个轻量且更少CPU消耗的方案,因为它无需为视频帧压缩浪费大量的计算效率。

3、 通过终端来控制摄像头转动

经过多方面考虑,我们计划用舵机实现!因为舵机最早用于船舶上实现其转向功能,由于可以通过程序连续控制其转角,具有体积小、力矩大、外部机械设计简单、稳定性高等特点。所以舵机是最佳选择,计划将摄像头固定在舵机杆上,通过获取终端信息,来控制舵机的转动从而带动摄像头转动,用来确保监控系统无死角,更易于控制。

参考文献

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