基于移动互联网手机与机器人视频监控系统的研制

遇华志 刘瑞 李志 沈阳工学院

基于移动互联网手机与机器人视频监控系统的研制

遇华志 刘瑞 李志 沈阳工学院

随着现代机器人技术的发展，对于机器人的视频监控需求也越来越广泛，在很多危险领域必须要求机器人具备无线视频监控功能。本文针对基于移动互联网对机器人的运动视频监控系统进行了研究，阐述了系统的硬件以及软件设计过程，通过E4A语言对安卓手机进行APP编程，实现通过手机APP的操作对机器人的运动进行无线视频监控，增加机器人的运动延伸的实用性和图像信息采集实时性。

安卓手机APP 单片机 移动端互联网 视频监控

1 基于移动互联网手机与机器人视频监控系统概述

本系统主要组成部分包括：上位机（手机）、单片机系统、电机驱动、视频监控等几个部分。其总体框架见图1。主要分为5大部分，安卓手机APP（上位机）、无线WIFI/4G模块、单片机系统、机器人驱动电路模块等。本系统主要能实现手机通过APP和与单片机系统连接的移动互联网模块进行双工通信，对机器人无线进行实时视频监控，增加了现代机器人的控制手段，方便快速、准确、有效地通过手机屏幕解决的机器人的远程运动的监控问题，为物联网的应用提供技术支持。

图1 移动互联网手机与机器人无线通信接口整体框图

2 手机APP上位机设计

安卓平台手机终端通过APP向机器人发送运动控制信息，机器人的单片机系统通过WiFi/4G移动互联网模块接收到信息后，按照收到的运动控制信号控制机器人的行进的同时，将机器人上所携带摄像头采集信息通过无线发送模块回送给安卓手机终端，实现通过手机完成对机器人运动监控。

安卓平台手机的监控视频APP采用E4A语言进行编程，手机直接利用WiFi或移动数据功能接收机器人上摄像头发送的视频信号，手机APP除可以显示机器人运动视频信息外，还能够控制机器人的运动。

3 基于STM32F4单片机的下位机系统设计

3.1 无线WIFI/4G模块

在机器人上安装WIFI/4G通信模块，安卓手机终端通过APP连接小车上的WIFI/4G通信模块，通过该模块接收机器人摄像头采集的视频信息，手机终端上编写控制功能App程序。本系统所采用的是ESP8266模块，是一款超低功耗的UART-WIFI透传模块，硬件接口丰富，本系统采用其AP模式，实现手机直接与模块通信，实现WiFi覆盖下区域对机器人的实时监控。如果拓展的4G模块，则能实现4G网覆盖下区域对机器人的无线控制。

3.2 视频采集模块

下位机系统采用了DS-2CD3410FD-IW网络摄像机，该设备能够实现高清晰视频采集和清晰的画面，支持手机的无线WIFI功能和无线网卡，可实现手机WIFI/4G模块的无线远程监视，能将实现实时视频送给单片机（机器人部分）并最终通过WIFI/4G模块传送给手机。

3.3 单片机系统

无线控制和视频通信模块都是与单片机一起放在机器人上，本系统采用STM32和控制电机驱动模块L298N来驱动电机，单片机对接收的手机控制信号进行判别来完成机器人的运动控制。单片机程序以驱动信号自动调节的方式补偿电机控制，以达到精确控制机器人运动路线的目的。电源是由12V直流电源直接提供给驱动模块，模块输出口为5V直流电压，直接供电给STM32单片机。整个信号的流程框图如图2所示。

图2 手机与机器人视频监控系统信号流程框图

4 通信协议设计

对于机器人与手机之间的无线通信需要通信协议，只有收发双方都遵循同样的通信协议，彼此才能进行交换信息。本系统采用的通信协议为“一位起始符+N位传输数据+一位终止符”模式。数据传输时，接受到数据的设备先进行判断，若第一位数据位“@”符号，则认定为有效数据，并接受其后面的数据，直到收到“#”后，在认定为数有效据接受已经结束，设备停止接收数据。

[1]李志.基于ZigBee技术控制机器人运动监控系统的设计[J].数码世界2016年07期

[2]陈雪.基于移动互联网手机与机器人无线通信接口的研制[J].数码世界2017年01期

李志（通讯作者），教授，沈阳工学院电子信息教研室主任，研究方向：信号处理。