DIY遠程智能監(jiān)控機器人

設計摘要：

本項目論述了基于網(wǎng)絡通信技術(shù)和FPGA實現(xiàn)家庭遠程控制的方案。用戶可以通過短信或Internet 網(wǎng)絡等方式，訪問家庭控制器，通過車載攝像頭監(jiān)控家庭，從而實現(xiàn)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行了解，而又束手無策時，本系統(tǒng)便很好的解決了這個問題，它可以通過PC機遠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，從而實現(xiàn)對家庭的遠程監(jiān)控。這實際是一項機器視覺的技術(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(xiàn)出它的優(yōu)勢。如極具危險的現(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，或是在醫(yī)療領域，監(jiān)護系統(tǒng)能對病人狀態(tài)做出反應并傳出數(shù)據(jù)，確保病人在危機關頭迅速得到救治。如此人便可以通過遠程智能監(jiān)控機器人對復雜的環(huán)境進行監(jiān)控。另外物聯(lián)網(wǎng)越來越走進人們的生活，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和應用會是未來的發(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主控板處理并實現(xiàn)網(wǎng)絡傳輸。

2、PC機可以根據(jù)實時圖像遠程操縱車載攝像頭，對家中不同位置進行監(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實現(xiàn)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(jié)合起來，實現(xiàn)了遠程智能化控制。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，實現(xiàn)PC與FPGA主控板的以太網(wǎng)的通訊。 5、實現(xiàn)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(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)絡攝像頭，通過路由器的級聯(lián)來傳輸數(shù)據(jù)，但要實現(xiàn) LWIP協(xié)議棧的移植。

技術(shù)特點：

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

軟核的構(gòu)建：在本設計中，應用軟處理器IP核，在一片F(xiàn)PGA內(nèi)就能實現(xiàn)整個系統(tǒng)的設計。這樣可以簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的整體性能。同時用FPGA構(gòu)建以太網(wǎng)外設，如網(wǎng)口，USB口等。XILINX Microblaze構(gòu)建端口型外設實現(xiàn)對小車電機的控制。

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)的情況下獨立運行。LWIP實現(xiàn)的重點是在保持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(tǒng)中使用。為了實現(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)絡功能。μC/OS II 是一個源代碼開放的實時操作系統(tǒng)， 但是它只是一個實時的任務調(diào)度及通信內(nèi)核， 并沒有集成TCP/IP通信協(xié)議， 為了實現(xiàn)網(wǎng)絡功能， 需要在μC/OS II 移植一個輕量級的TCP/IP 通信協(xié)議LwIP。

系統(tǒng)框圖：