DIY遠程智能監控機器人

設計摘要：

本項目論述了基于網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)和FPGA實(shí)現家庭遠程控制的方案。用戶(hù)可以通過(guò)短信或Internet 網(wǎng)絡(luò )等方式，訪(fǎng)問(wèn)家庭控制器，通過(guò)車(chē)載攝像頭監控家庭，從而實(shí)現家庭防火防盜的目的。設想如果在辦公室想對家中的情況進(jìn)行了解，而又束手無(wú)策時(shí)，本系統便很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，它可以通過(guò)PC機遠程操控家中的智能小車(chē)，把車(chē)載攝像頭采集的圖像數據通過(guò)以太網(wǎng)的方式傳送到PC端，而PC端又可以控制小車(chē)的移動(dòng)以提取不同位置的信息，從而實(shí)現對家庭的遠程監控。這實(shí)際是一項機器視覺(jué)的技術(shù)，在工業(yè)控制中有非常廣的應用前景。在對人體有傷害的環(huán)境或者人不能到達的環(huán)境中，就能體現出它的優(yōu)勢。如極具危險的現代戰爭方面此類(lèi)技術(shù)便能在無(wú)人員傷亡的情況下完成惡劣環(huán)境的偵查任務(wù)，或是在醫療領(lǐng)域，監護系統能對病人狀態(tài)做出反應并傳出數據，確保病人在危機關(guān)頭迅速得到救治。如此人便可以通過(guò)遠程智能監控機器人對復雜的環(huán)境進(jìn)行監控。另外物聯(lián)網(wǎng)越來(lái)越走進(jìn)人們的生活，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和應用會(huì )是未來(lái)的發(fā)展趨勢。

本系統具有以下功能：

1、通過(guò)攝像頭采集家庭圖像信息，經(jīng)由FPGA主控板處理并實(shí)現網(wǎng)絡(luò )傳輸。

2、PC機可以根據實(shí)時(shí)圖像遠程操縱車(chē)載攝像頭，對家中不同位置進(jìn)行監控，杜絕監控死角。

系統原理：

系統包含了攝像頭采集圖像數據、基于FPGA實(shí)現以太網(wǎng)的遠程傳輸和通信協(xié)議以及遠程操控等多項技術(shù)。將家庭信息與互聯(lián)網(wǎng)有機的結合起來(lái)，實(shí)現了遠程智能化控制。系統包括：1、軟核的構建。 2、USB攝像頭的驅動(dòng)的移植和編寫(xiě)。 3、LWIP的移植。 4、編寫(xiě)PC端的軟件，實(shí)現PC與FPGA主控板的以太網(wǎng)的通訊。 5、實(shí)現從遠程發(fā)送控制指令。

在圖像采集方面有兩套方案：一是用普通的USB攝像頭，利用Xilinx Spartan®-6 FPGA上的USB口傳輸數據，此方案需要編寫(xiě)USB攝像頭的驅動(dòng)程序，并移植在開(kāi)發(fā)板上。二是使用網(wǎng)絡(luò )攝像頭，通過(guò)路由器的級聯(lián)來(lái)傳輸數據，但要實(shí)現 LWIP協(xié)議棧的移植。

技術(shù)特點(diǎn)：

在本設計中軟核的構建和LWIP協(xié)議棧的移植是技術(shù)難點(diǎn)。

軟核的構建：在本設計中，應用軟處理器IP核，在一片FPGA內就能實(shí)現整個(gè)系統的設計。這樣可以簡(jiǎn)化系統的結構，提高系統的整體性能。同時(shí)用FPGA構建以太網(wǎng)外設，如網(wǎng)口，USB口等。XILINX Microblaze構建端口型外設實(shí)現對小車(chē)電機的控制。

LWIP協(xié)議棧的移植：LWIP可以移植到操作系統上，也可以在無(wú)操作系統的情況下獨立運行。LWIP實(shí)現的重點(diǎn)是在保持TCP/IP協(xié)議主要功能的基礎上減少對RAM的占用，這使得LWIP協(xié)議棧很適合在嵌入式系統中使用。為了實(shí)現嵌入式系統終端連入互聯(lián)網(wǎng)， 而有必要為其引入了網(wǎng)絡(luò )功能。μC/OS II 是一個(gè)源代碼開(kāi)放的實(shí)時(shí)操作系統， 但是它只是一個(gè)實(shí)時(shí)的任務(wù)調度及通信內核， 并沒(méi)有集成TCP/IP通信協(xié)議， 為了實(shí)現網(wǎng)絡(luò )功能， 需要在μC/OS II 移植一個(gè)輕量級的TCP/IP 通信協(xié)議LwIP。

系統框圖：