基于3G通信網的移動機器人遠程監(jiān)控的設計與實現

3G是第三代移動通信技術，結合了無線通信技術和互聯網等多媒體技術。隨著3G技術的發(fā)展，它在聲音和數據的傳輸速度上有很大提升，并能夠在全球范圍內實現無線漫游。其數據傳輸高速、永遠在線、覆蓋范圍廣等優(yōu)點，有效地解決了移動機器人采用有線或者無線遠程控制所帶來的信息傳輸和控制距離等方面的瓶頸問題，使遠程救援機器人、仿真機器人、家庭保姆機器人等移動機器人技術在大數據量實時傳輸方面多了一種可利用的解決方案。

　　1 系統總體架構

　　本系統主要用來將移動機器人所采集到的視頻數據通過3G網絡傳給服務器，再將服務器的控制信號傳給電機驅動板，以驅動移動機器人平臺運動，總體架構如圖1 所示。攝像頭OV9650采集的視頻圖像經過JPEG壓縮后，存入緩存區(qū)，當服務器監(jiān)聽到客戶端的接入請求后，再將緩存區(qū)的數據通過網絡傳輸給客戶端的監(jiān)控界面進行顯示；當需要控制機器人行動時，客戶端的控制按鈕發(fā)送控制信息給服務器，服務器通過程序解析后控制底層電機驅動器，驅動機器人平臺運動。

　　
圖1 系統總體架構圖

　　系統硬件平臺核心處理器采用S3C6410，它基于ARM1176JZF—S內核，是一個16／32位RISC微處理器，其內部集成了強大的硬件加速器，包括音視頻處理、2D加速等，為2．5G和3G通信服務提供了優(yōu)化的硬件性能，工作頻率最高可達677 MHz；采用2 GB NAND Flash，主要用于存放內核代碼、應用程序、文件系統和數據資料；DDRSDRAM采用兩片128 MB K4X51163PE芯片；攝像頭采用CMOS圖像傳感器OV9650，最高輸出130萬像素（1300×1 024），具有高敏感度、低功耗、支持多種常用的圖像格式輸出、支持自動圖像控制等優(yōu)點。

　　Linux作為一種類Unix操作系統，具有穩(wěn)定健壯、低成本、高性能、互操作性好和源代碼開放等特點。而其良好的內核結構，以及可裁剪的特性，滿足了嵌入式應用的差異性需求，使其在嵌入式系統領域占有一席之地。本系統中采用的Linux內核為3．0．1版本，文件系統采用 YAFFS2，Bootloader選用uboot。

　　2 系統軟件設計

　　2.1 視頻數據的采集與傳輸

　　視頻數據的采集通過Linux中視頻設備OV9650的驅動以及Video for Linux提供的相應接口完成。為了方便，將視頻采集的相關信息封裝到以下結構體中：

　　采集程序通過函數init_s3c6410（struct vdIn*vd，char*device，int width，int height）來完成對攝像頭以及采集參數的初始化，并通過函數s3c6410_Grab（struetvdIn*vd）完成對圖像的抓取，用JPEG壓縮算法對采集到的圖像進行壓縮，圖像格式為RGB565。

　　視頻數據傳輸通過Socket實現，且直接在服務器設備端與Web客戶端之間進行傳輸，通過視頻流服務器實現對視頻的開關控制。由于視頻傳輸是連續(xù)的過程，所以客戶端和服務器端都通過線程來實現發(fā)送與接收。接收線程由函數pthread_create（ （servers［id］．threadID），NULL，server thread，＆（servers［id］））創(chuàng)建。

　　視頻的采集和傳輸是在兩個線程中實現的，它們共享一個緩沖池。這兩個線程都是在視頻采集服務器端的程序啟動時創(chuàng)建并運行的。其中采集視頻圖像的線程不斷通過攝像頭采集現場圖像，經過JPEG壓縮后存放到緩沖池中，而傳輸視頻數據的線程創(chuàng)建一個Socket來監(jiān)聽等待遠程客戶的連接請求。當有客戶發(fā)送連接請求并建立連接后，就通過該連接向遠程客戶發(fā)送視頻數據，而發(fā)送的視頻數據就是從緩沖池中獲取的。也就是說，在視頻采集服務器端，視頻數據傳輸所需要的一切都已經準備好，就等著客戶的請求，一旦建立連接，就可以發(fā)送視頻數據，從而實現較快的速度和較高的效率。

　　視頻采集和傳輸的工作流程圖如圖2所示。