遇華志 劉瑞 李志 沈陽工學(xué)院

基于移動互聯(lián)網(wǎng)手機與機器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研制

遇華志 劉瑞 李志 沈陽工學(xué)院

隨著現(xiàn)代機器人技術(shù)的發(fā)展，對于機器人的視頻監(jiān)控需求也越來越廣泛，在很多危險領(lǐng)域必須要求機器人具備無線視頻監(jiān)控功能。本文針對基于移動互聯(lián)網(wǎng)對機器人的運動視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行了研究，闡述了系統(tǒng)的硬件以及軟件設(shè)計過程，通過E4A語言對安卓手機進行APP編程，實現(xiàn)通過手機APP的操作對機器人的運動進行無線視頻監(jiān)控，增加機器人的運動延伸的實用性和圖像信息采集實時性。

安卓手機APP 單片機 移動端互聯(lián)網(wǎng) 視頻監(jiān)控

1 基于移動互聯(lián)網(wǎng)手機與機器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)主要組成部分包括：上位機（手機）、單片機系統(tǒng)、電機驅(qū)動、視頻監(jiān)控等幾個部分。其總體框架見圖1。主要分為5大部分，安卓手機APP（上位機）、無線WIFI/4G模塊、單片機系統(tǒng)、機器人驅(qū)動電路模塊等。本系統(tǒng)主要能實現(xiàn)手機通過APP和與單片機系統(tǒng)連接的移動互聯(lián)網(wǎng)模塊進行雙工通信，對機器人無線進行實時視頻監(jiān)控，增加了現(xiàn)代機器人的控制手段，方便快速、準確、有效地通過手機屏幕解決的機器人的遠程運動的監(jiān)控問題，為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

圖1 移動互聯(lián)網(wǎng)手機與機器人無線通信接口整體框圖

2 手機APP上位機設(shè)計

安卓平臺手機終端通過APP向機器人發(fā)送運動控制信息，機器人的單片機系統(tǒng)通過WiFi/4G移動互聯(lián)網(wǎng)模塊接收到信息后，按照收到的運動控制信號控制機器人的行進的同時，將機器人上所攜帶攝像頭采集信息通過無線發(fā)送模塊回送給安卓手機終端，實現(xiàn)通過手機完成對機器人運動監(jiān)控。

安卓平臺手機的監(jiān)控視頻APP采用E4A語言進行編程，手機直接利用WiFi或移動數(shù)據(jù)功能接收機器人上攝像頭發(fā)送的視頻信號，手機APP除可以顯示機器人運動視頻信息外，還能夠控制機器人的運動。

3 基于STM32F4單片機的下位機系統(tǒng)設(shè)計

3.1 無線WIFI/4G模塊

在機器人上安裝WIFI/4G通信模塊，安卓手機終端通過APP連接小車上的WIFI/4G通信模塊，通過該模塊接收機器人攝像頭采集的視頻信息，手機終端上編寫控制功能App程序。本系統(tǒng)所采用的是ESP8266模塊，是一款超低功耗的UART-WIFI透傳模塊，硬件接口豐富，本系統(tǒng)采用其AP模式，實現(xiàn)手機直接與模塊通信，實現(xiàn)WiFi覆蓋下區(qū)域?qū)C器人的實時監(jiān)控。如果拓展的4G模塊，則能實現(xiàn)4G網(wǎng)覆蓋下區(qū)域?qū)C器人的無線控制。

3.2 視頻采集模塊

下位機系統(tǒng)采用了DS-2CD3410FD-IW網(wǎng)絡(luò)攝像機，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)高清晰視頻采集和清晰的畫面，支持手機的無線WIFI功能和無線網(wǎng)卡，可實現(xiàn)手機WIFI/4G模塊的無線遠程監(jiān)視，能將實現(xiàn)實時視頻送給單片機（機器人部分）并最終通過WIFI/4G模塊傳送給手機。

3.3 單片機系統(tǒng)

無線控制和視頻通信模塊都是與單片機一起放在機器人上，本系統(tǒng)采用STM32和控制電機驅(qū)動模塊L298N來驅(qū)動電機，單片機對接收的手機控制信號進行判別來完成機器人的運動控制。單片機程序以驅(qū)動信號自動調(diào)節(jié)的方式補償電機控制，以達到精確控制機器人運動路線的目的。電源是由12V直流電源直接提供給驅(qū)動模塊，模塊輸出口為5V直流電壓，直接供電給STM32單片機。整個信號的流程框圖如圖2所示。

圖2 手機與機器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)信號流程框圖

4 通信協(xié)議設(shè)計

對于機器人與手機之間的無線通信需要通信協(xié)議，只有收發(fā)雙方都遵循同樣的通信協(xié)議，彼此才能進行交換信息。本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議為“一位起始符+N位傳輸數(shù)據(jù)+一位終止符”模式。數(shù)據(jù)傳輸時，接受到數(shù)據(jù)的設(shè)備先進行判斷，若第一位數(shù)據(jù)位“@”符號，則認定為有效數(shù)據(jù)，并接受其后面的數(shù)據(jù)，直到收到“#”后，在認定為數(shù)有效據(jù)接受已經(jīng)結(jié)束，設(shè)備停止接收數(shù)據(jù)。

[1]李志.基于ZigBee技術(shù)控制機器人運動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].數(shù)碼世界2016年07期

[2]陳雪.基于移動互聯(lián)網(wǎng)手機與機器人無線通信接口的研制[J].數(shù)碼世界2017年01期

李志（通訊作者），教授，沈陽工學(xué)院電子信息教研室主任，研究方向：信號處理。