基于樹莓派的移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

劉文浩+劉一鐘

摘 要：基于樹莓派的移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)依靠局域網(wǎng)，通過(guò)WIFI與手機(jī)連接，使圖像信息與指令可以相互傳輸。通過(guò)智能手機(jī)對(duì)機(jī)器人下達(dá)指令，以及接收來(lái)自機(jī)器人的圖像信息。該機(jī)器人既可以用于家庭小范圍監(jiān)控，又可以廣泛用于機(jī)器人行業(yè)中。相比傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備而言，不用鋪設(shè)線路，設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，可移動(dòng)、可固定，靈活性高，監(jiān)控方式多樣。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；圖像回傳；Android開發(fā)；

由西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院"雙E"項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：20161826）

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)和圖像采集技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在公共安防、家庭防盜、危險(xiǎn)環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控大多采用有線網(wǎng)絡(luò)，包括前端攝像機(jī)、傳輸線纜、視頻監(jiān)控平臺(tái)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)布線復(fù)雜、造價(jià)高，而免付費(fèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量少，不適合傳輸圖像信號(hào)，而且監(jiān)控范圍有限，檢修更加困難。

傳統(tǒng)意義的監(jiān)控主要存在以下不足：需配備大量的人力、物力現(xiàn)場(chǎng)布線復(fù)雜，設(shè)備靈活性差、工作效率低下，人員往返頻繁、現(xiàn)場(chǎng)情況反饋不夠及時(shí)準(zhǔn)確，指揮人員難于快速?zèng)Q策、設(shè)備費(fèi)用高，維修不便、無(wú)法直接上傳到管理人員辦公桌電腦熒屏上，更不可能上傳到管理人員手機(jī)上。

本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)只需要搭建局域網(wǎng)，就可以使用，避免了傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中的鋪設(shè)線路問(wèn)題，從而減少了該設(shè)備的使用成本。機(jī)器人可以靈活地移動(dòng)，這就使我們的監(jiān)控的地點(diǎn)不僅僅固定地監(jiān)控一處位置，極大地?cái)U(kuò)大了監(jiān)控范圍。當(dāng)今社會(huì)智能手機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基本的普及，幾乎人手一部智能手機(jī)，而且手機(jī)市場(chǎng)中的大部分依然是安卓手機(jī)。我們的機(jī)器人通過(guò)手機(jī)來(lái)控制，操作簡(jiǎn)單易懂，更加適用廣大消費(fèi)者。

1、移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)方案以及組成結(jié)構(gòu)

1.1系統(tǒng)方案

該項(xiàng)目以選用了Raspberry Pi（樹莓派）板卡為核心控制器，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最常用的通信協(xié)議—TCP傳輸協(xié)議的開發(fā)流程和框架，通過(guò)無(wú)線路由器進(jìn)行視頻流的訪問(wèn)和小車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，也就是向支持wifi的上位機(jī)終端實(shí)時(shí)傳送圖像信息，遠(yuǎn)處的監(jiān)控人員根據(jù)小車采集的圖像信息，了解監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息，并可以通過(guò)APP控制小車的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步掌握監(jiān)控人員想要獲取的信息。系統(tǒng)方案如圖1所示.

1.2組成結(jié)構(gòu)

硬件設(shè)計(jì)主要由四部分構(gòu)成，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、樹莓派3攝像頭 Camera V2、DXW90舵機(jī)、樹莓派主板。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如下圖2所示。

從圖中，樹莓派主板控制了電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、Camera V2攝像頭、DXW90舵機(jī)三個(gè)模塊。攝像頭通過(guò)自身的小插片與樹莓派表面上的插槽直接連接。舵機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及樹莓派主板直接通過(guò)IO口連接。

2、移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件CPU選擇

樹莓派是為學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程而設(shè)計(jì)的，其系統(tǒng)基于Linux。樹莓派具有普通PC機(jī)的所有基本功能，能夠滿足項(xiàng)目的需求。樹莓派三代帶無(wú)線網(wǎng)卡，并且配置簡(jiǎn)單，傳輸速度快。樹莓派內(nèi)擁有集成的攝像頭接口，便于與攝像頭連接?？紤]到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)境、設(shè)計(jì)所需時(shí)間和學(xué)習(xí)價(jià)值，最終選擇樹莓派主板作為本次設(shè)計(jì)的硬件CPU。

3、移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)手機(jī)APP來(lái)控制機(jī)器人的，手機(jī)APP的通信原理是用網(wǎng)絡(luò)傳輸中常見的Socket通信。手機(jī)與機(jī)器人連入一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，這時(shí)路由器會(huì)分配出IP地址給手機(jī)與機(jī)器人。IP地址是隨機(jī)分配的，我們可以通過(guò)預(yù)先設(shè)置進(jìn)行IP地址，將IP地址固定地分配給機(jī)器人與手機(jī)端。這樣就為我們隨后的通信創(chuàng)造了條件。機(jī)器人的主控樹莓派先運(yùn)行Socket監(jiān)聽端口的程序，監(jiān)聽來(lái)自8080端口的信息。隨后手機(jī)APP發(fā)送指令，該信息通過(guò)路由器完成中轉(zhuǎn)，使信息根據(jù)機(jī)器人的IP地址定向發(fā)送到機(jī)器人的8080端口，使機(jī)器人接收到信息，來(lái)完成指令的實(shí)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖3所示。

4、基于MJPG-Streamer和Android的圖像回傳功能的實(shí)現(xiàn)原理

本文中的移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是利用MJPG-Streamer技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。MJPG-Streamer是用于從攝像頭采集圖像，把它們以流的形式通過(guò)基于IP的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綖g覽器，這樣就可以在電腦等其他擁有瀏覽器的移動(dòng)端的平臺(tái)上觀看機(jī)器人捕獲的視頻。為了能使視頻能夠在手機(jī)端上進(jìn)行觀看，APP設(shè)計(jì)上采用了WebView控件 。Android WebView在Android平臺(tái)上是一個(gè)特殊的View， 他能用來(lái)顯示網(wǎng)頁(yè)，這個(gè)類可以被用來(lái)在你的app中僅僅顯示一張?jiān)诰€的網(wǎng)頁(yè)，還可以用來(lái)開發(fā)瀏覽器。WebView內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是采用渲染引擎來(lái)展示View的內(nèi)容，本文中的APP利用此空間來(lái)顯示視頻內(nèi)容，更為方便快捷。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹通過(guò)Socket與MJPG-Streamer技術(shù)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)，并在嵌入式平臺(tái)上成功實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)合理性。本項(xiàng)目采用包含了人和物以及物與物之間通信的物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)思想，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)具有一定的參考意義。項(xiàng)目中傳輸部分仍需進(jìn)一步完善，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速度，甚至通過(guò)將視頻流通過(guò)服務(wù)器作為中轉(zhuǎn)站，來(lái)使設(shè)備可通過(guò)外網(wǎng)傳輸。通過(guò)不斷地改進(jìn)，來(lái)使圖像接收速度更加快，從而使圖像回傳技術(shù)更加成熟。

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