嵌入式OPENWRT系统的移动机器人视频监控研究

李玉斌（贵州电子信息职业技术学院电子工程系,贵州　凯里　556000）

嵌入式OPENWRT系统的移动机器人视频监控研究

李玉斌
（贵州电子信息职业技术学院电子工程系,贵州凯里556000）

摘要：机器人技术是新技术发展过程中迅速发展并逐渐壮大的新兴学科，嵌入式移动机器人已经能够完成自主移动、规避障碍、行走图像采集以及无线数据传输等，本次开展移动机器人视频监控研究采用ARM处理器S3C2440为主板控制器，以OpenWrt为操作系统。该监视系统共分为2层结构，上层核心为S3C2440负责图像采集和传输，下层核心为51单片机，负责控制机器人的运动和数据处理。

关键词：OpenWrt操作系统；移动机器人；视频监控

0　引言

随着计算机技术的普及和人工智能技术的发展，移动机器人的研究工作取得了很大的成果，本文设计的移动机器人的视频监控是基于OpenWrt操作系统，不仅可以实现多种不同的功能，如：图像采集、目标定位、无限通信以及险情探测等，同时还可以成为各种智能控制系统的良好载体，因此开展本次研究对现代化技术的实践和发展有着重要的现实意义。

1　系统方案

移动机器人主要由硬件系统和软件系统构成，硬件系统中包含了电源、机器人底盘、外围接口电路、ARM处理器以及单片机等，ARM是上层系统结构的核心，51单片机是下层系统结构的核心。移动机器人的软件系统主要包括这样几项：Linux应用程序、嵌入式Linux操作系统、单片机应用程序以及外接设备驱动程序等，本次研究的移动机器人视频监控中没有选择较为常用的嵌入式Linux版本，而是选择了OpenWrt操作系统，该系统为Linux发行版之一的一种系统OpenWrt操作系统给移动机器人提供出了一个完全可写的文件系统以及一个软件包管理，这种方法简单方便，不但大幅度降低了对于嵌入式Linux进行系统开发的要求，同时也在很大程度上将系统软件开发效率大大提升。

嵌入式机器人工作流程具体如下：传感器模块完成对周围环境信息数据的采集同时将这一些列上传给嵌入式机器人的指挥中心，即控制系统；随后，嵌入式机器人的单片机对一些列由传感器上传的数据全面分析，在海量上传的数据中对有效数据进行高效率的提取。嵌入式机器人通过以上方式获得关于自己和障碍物之间的相对位置数据，随后依据当前位置信息相关数据下达关于控制的信号；在众多控制信号当中，控制机器人的转向的PWM信号是由单片机所产生的，用于实现嵌入式机器人自主行走功能。嵌入式机器人单片机中的上层ARM处理器和下层单片机通过串口实现彼此之间的通信，下层单片机的工作数据通过无线传输技术由ARM处理器传给PC机，而且ARM可以将机器人搭载的摄像头采取到现场的清晰图片发送给远端的PC机，以此来实现移动机器人对周围环境的视频监控功能[1]。

2　移动机器人视频监控系统

视频监控系统是通过在远程段安装摄像头来完成对现场情况的实时监控，并根据收集和反馈的信息做出相应的控制，当有异常情况出现时，能够迅速反应、积极应变，帮助操作者提供正确的决策帮助。视频监控技术基于嵌入式技术有很多优点，如：体积小、稳定性高、无序现场值守、实时性好且结构简单等，视频监控系统共分为：视频采集系统、云台镜头控制系统、信号传输系统以及视频处理系统。

2.1系统硬件设计

移动机器人的硬件系统共主要有：电源、机器人底盘、外围接口电路、ARM处理器以及单片机，框架。

移动机器人的系统主要包含的模块为：无线通信、图像采集、超声波测距、MINI2440、红外感应、单片机和直流电机驱动[3]。

2.2系统软件设计

机器人智能化程度由软件系统体现，软件系统是机器人的核心，对机器人运动状态进行全方位的控制。本研究中选择OpenWrt操作系统。之所以选择该项系统是因为OpenWrt操作系统对Linux系统内核的定制过程进行了一系列的简化，同时OpenWrt操作系统允许开发者使用软件包的概念来定制嵌入式设备，这在很大程度上对嵌入软件的开发过程进行了简化，程序在KubuntuCodeBlockIDE集成开发环境中进行编写，使用OpenWrtBI进行编译。应用软件控制机器人规避障碍、采集图像和发送视频的行为，而通信方面则通过主机端软件架设服务器，并使用IEEE802.11g无线网卡建立无限网，这样就可以实现移动终端接收上位机的控制命令，是机器人按照命令道制定的位置拍摄图片和视频，而PC机终端则通过无线网来接受图片和视频。

V4L2为OpenWrt系统中的音频数据采集程序提供了API接口，只要机器人配备了音频设备并正确加载了驱动，就可以利用这套接口完成数据的采集工作，现在该技术已经广泛用于嵌入式多媒体、视频会议和监控系统中，并为多种设备提供了多个接口，在移动机器人的视频监控系统中主要使用的是其提供的视频采集接口，机器人采用这套接口就可以完成图像和视频的采集于处理。v4l2-crop结构体中对视频采集窗口参数进行了相关设置，即在摄像头设备的取景范围内设定一个视频采集区域。v4l2结构体可以设置视频的点阵格式和点阵大小，并描述视频设备当前的行为和数据格式。摄像头控制软件是由OpenWrt以软件包的形式提供，系统通过MINI2440驱动同时对摄像头进行一系列控制，通过串口控制机器人底层的单片机，同时驱动无限网卡并连接，运行服务端，最后提供UI界面实现视频监控。

3　结束语

本次研究选择的OpenWrt操作系统，以实现移动机器人对环境的实施监控为目的，结合了视频监控的发展方向，运用嵌入式技术，构建无限视频监控系统。本系统在完全契合移动机器人在设计理念上的要求的同时对系统开发流程进行了大幅度简化。

参考文献：

[1]张敬霞.基于嵌入式Linux管道机器人视频控制器的设计与实现[J].西安电子科技大学学报,2013(02):42-45.

[2]邢旺.基于嵌入式的移动机器人无线监控系统研究[J].微计算机信息,2011(02):31-34.

[3]邓仕钧.基于WLAN的移动机器人嵌入式远程运动监控系统设计[J].计算机工程与设计,2012(10):108-111.

作者简介：李玉斌（1982—），男，湖南永州人，本科，讲师，研究方向：嵌入式系统、集成电路应用。