DIY遠(yuǎn)程智能監(jiān)控機(jī)器人

設(shè)計(jì)摘要：

本項(xiàng)目論述了基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和FPGA實(shí)現(xiàn)家庭遠(yuǎn)程控制的方案。用戶可以通過短信或Internet 網(wǎng)絡(luò)等方式，訪問家庭控制器，通過車載攝像頭監(jiān)控家庭，從而實(shí)現(xiàn)家庭防火防盜的目的。設(shè)想如果在辦公室想對家中的情況進(jìn)行了解，而又束手無策時(shí)，本系統(tǒng)便很好的解決了這個(gè)問題，它可以通過PC機(jī)遠(yuǎn)程操控家中的智能小車，把車載攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)的方式傳送到PC端，而PC端又可以控制小車的移動以提取不同位置的信息，從而實(shí)現(xiàn)對家庭的遠(yuǎn)程監(jiān)控。這實(shí)際是一項(xiàng)機(jī)器視覺的技術(shù)，在工業(yè)控制中有非常廣的應(yīng)用前景。在對人體有傷害的環(huán)境或者人不能到達(dá)的環(huán)境中，就能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢。如極具危險(xiǎn)的現(xiàn)代戰(zhàn)爭方面此類技術(shù)便能在無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(yī)療領(lǐng)域，監(jiān)護(hù)系統(tǒng)能對病人狀態(tài)做出反應(yīng)并傳出數(shù)據(jù)，確保病人在危機(jī)關(guān)頭迅速得到救治。如此人便可以通過遠(yuǎn)程智能監(jiān)控機(jī)器人對復(fù)雜的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。另外物聯(lián)網(wǎng)越來越走進(jìn)人們的生活，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和應(yīng)用會是未來的發(fā)展趨勢。

本系統(tǒng)具有以下功能：

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

2、PC機(jī)可以根據(jù)實(shí)時(shí)圖像遠(yuǎn)程操縱車載攝像頭，對家中不同位置進(jìn)行監(jiān)控，杜絕監(jiān)控死角。

系統(tǒng)原理：

系統(tǒng)包含了攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)、基于FPGA實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程傳輸和通信協(xié)議以及遠(yuǎn)程操控等多項(xiàng)技術(shù)。將家庭信息與互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程智能化控制。系統(tǒng)包括：1、軟核的構(gòu)建。 2、USB攝像頭的驅(qū)動的移植和編寫。 3、LWIP的移植。 4、編寫PC端的軟件，實(shí)現(xiàn)PC與FPGA主控板的以太網(wǎng)的通訊。 5、實(shí)現(xiàn)從遠(yuǎn)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(shù)據(jù)，此方案需要編寫USB攝像頭的驅(qū)動程序，并移植在開發(fā)板上。二是使用網(wǎng)絡(luò)攝像頭，通過路由器的級聯(lián)來傳輸數(shù)據(jù)，但要實(shí)現(xiàn) LWIP協(xié)議棧的移植。

技術(shù)特點(diǎn)：

在本設(shè)計(jì)中軟核的構(gòu)建和LWIP協(xié)議棧的移植是技術(shù)難點(diǎn)。

軟核的構(gòu)建：在本設(shè)計(jì)中，應(yīng)用軟處理器IP核，在一片F(xiàn)PGA內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這樣可以簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的整體性能。同時(shí)用FPGA構(gòu)建以太網(wǎng)外設(shè)，如網(wǎng)口，USB口等。XILINX Microblaze構(gòu)建端口型外設(shè)實(shí)現(xiàn)對小車電機(jī)的控制。

LWIP協(xié)議棧的移植：LWIP可以移植到操作系統(tǒng)上，也可以在無操作系統(tǒng)的情況下獨(dú)立運(yùn)行。LWIP實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)是在保持TCP/IP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)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(tǒng)中使用。為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)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)源代碼開放的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)， 但是它只是一個(gè)實(shí)時(shí)的任務(wù)調(diào)度及通信內(nèi)核， 并沒有集成TCP/IP通信協(xié)議， 為了實(shí)現(xiàn)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(tǒng)框圖：