嵌入式無線監(jiān)控移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉洪軍+畢愛玉

摘 要：無線監(jiān)控移動(dòng)機(jī)器人可應(yīng)用于室內(nèi)外各種工作環(huán)境，可工作于人類不便進(jìn)入或?qū)θ梭w有害的工作環(huán)境中替代人工，實(shí)施高頻率、高精度的監(jiān)控工作，并可通過加載各種傳感器進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的采集及其他功能的擴(kuò)展，目前無線監(jiān)控移動(dòng)機(jī)器人在變電站、熱電廠、大型倉庫、特殊環(huán)境（如放射性環(huán)境）中均已投入使用。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)；S3C6410；WEB服務(wù)器

1 硬件總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的主控平臺(tái)為S3C6410開發(fā)板，通過在該平臺(tái)上構(gòu)建視頻服務(wù)器和WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)，攝像頭采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給客戶端監(jiān)控界面，客戶端的控制按鈕發(fā)送控制信息給服務(wù)器，服務(wù)器通過程序解析后控制底層電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

（1）嵌入式核心控制模塊

本系統(tǒng)的控制模塊為飛凌公司生產(chǎn)的OK6410-A開發(fā)板。其主控芯片S3C6410是三星公司推出的一款高性價(jià)比的RSIC處理器，它基于內(nèi)核ARM1176JZF-S，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話和通用處理等領(lǐng)域。

（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用SG5公司生產(chǎn)的L298N，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。

（3）WIFI網(wǎng)卡

WIFI網(wǎng)卡采用與OK6410-A開發(fā)板相配套的網(wǎng)卡，型號(hào)為FIT-WIFI-SDIO，該網(wǎng)卡可直接插到OK6410-A開發(fā)板無線網(wǎng)卡接口中使用。

（4）攝像頭模塊

攝像頭模塊采用與OK6410-A開發(fā)板相配套的攝像頭，型號(hào)為FIT-CAM-OV9650，該攝像頭可直接插到OK6410-A開發(fā)板的USB攝像頭接口中使用。

2 軟件總體設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要由Linux操作系統(tǒng)下的視頻服務(wù)器MJPG-Streamer、BOA服務(wù)器、小車控制應(yīng)用程序和小車驅(qū)動(dòng)組成。MJPG-Streamer和BOA服務(wù)器我們只需要移植便可，我們需要做的就是做一個(gè)HTML格式的WEB界面、一個(gè)控制小車應(yīng)用程序、小車驅(qū)動(dòng)和一個(gè)啟動(dòng)這些程序的Shell腳本。系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖如圖2所示：

（1）MJPG-Streamer服務(wù)器的移植

MJPGstreamer是主要運(yùn)行在Linux系統(tǒng)上的一款運(yùn)用多線程技術(shù)的輕量級(jí)視頻服務(wù)器軟件。它是一款采用C語言進(jìn)行開發(fā)的開源軟件。

（2）BOA服務(wù)器的移植

通過MJPG-Streamer服務(wù)器的移植就可以在WEB瀏覽器上瀏覽到實(shí)時(shí)視頻了，但是瀏覽器端無法和服務(wù)器就行通信，而BOA服務(wù)器支持CGI，CGI腳本可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和應(yīng)用程序的通信，也就是說瀏覽器端的信息可以通過CGI傳送給應(yīng)用程序，于是我們就可以通過瀏覽器端用戶的操作來決定小車的動(dòng)作。

①BOA服務(wù)器移植：下載BOA服務(wù)器源碼，解壓并進(jìn)入到源碼根目錄，生成Makefile文件，修改Makefile文件，指定編譯時(shí)所需要的交叉編譯器，執(zhí)行make命令生成boa可自行文件，將boa以及boa.conf移動(dòng)到目標(biāo)平臺(tái)，即可完成BOA服務(wù)器移植。

②CGI程序設(shè)計(jì)。CGI實(shí)質(zhì)是運(yùn)行在WEB服務(wù)器上面為客戶端HTML頁面提供接口的一個(gè)腳本程序。它可以通過標(biāo)準(zhǔn)輸入（STDIN）來從WEB服務(wù)器獲得數(shù)據(jù)，經(jīng)處理之后可以通過標(biāo)準(zhǔn)輸出（STDOUT）來將數(shù)據(jù)返回給WEB服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶端數(shù)據(jù)的接收處理。

（3）命名管道簡介

命名管道是一種實(shí)現(xiàn)無關(guān)進(jìn)程間通信的通信機(jī)制（IPC），其本質(zhì)上為一個(gè)文件，因此通訊更加穩(wěn)定。命名管道遵循與先進(jìn)先出原則，本設(shè)計(jì)中利用命名管道的特性，可以實(shí)現(xiàn)CGI程序與命令服務(wù)程序之間的數(shù)據(jù)交換。

（4）控制命令設(shè)計(jì)

①小車驅(qū)動(dòng)程序：小車采用L298N芯片驅(qū)動(dòng)，這是一款功率放大芯片，專門用來驅(qū)動(dòng)小車用的，可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)。

②小車控制進(jìn)程程序：小車控制進(jìn)程程序只需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)命令管道，然后從命令管道讀取到CGI寫進(jìn)去的命令然后調(diào)用小車驅(qū)動(dòng)執(zhí)行相關(guān)的操作控制小車即可。

參考文獻(xiàn)：

[1]李晶.基于無線網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究[D].北京郵電大學(xué)，2009.