基于樹莓派的移動監控系統

劉文浩+劉一鐘

摘 要：基于樹莓派的移動監控系統依靠局域網，通過WIFI與手機連接，使圖像信息與指令可以相互傳輸。通過智能手機對機器人下達指令，以及接收來自機器人的圖像信息。該機器人既可以用于家庭小范圍監控，又可以廣泛用于機器人行業中。相比傳統的監控設備而言，不用鋪設線路，設備安裝簡單，可移動、可固定，靈活性高，監控方式多樣。

關鍵詞：物聯網；圖像回傳；Android開發；

由西北民族大學電氣工程學院"雙E"項目資助（項目編號：20161826）

0 引言

隨著網絡和圖像采集技術的不斷發展與成熟，網絡視頻監控系統在公共安防、家庭防盜、危險環境遠程監控等領域發揮著越來越重要的作用。傳統的視頻監控大多采用有線網絡，包括前端攝像機、傳輸線纜、視頻監控平臺，導致網絡布線復雜、造價高，而免付費的無線網絡傳輸數據量少，不適合傳輸圖像信號，而且監控范圍有限，檢修更加困難。

傳統意義的監控主要存在以下不足：需配備大量的人力、物力現場布線復雜，設備靈活性差、工作效率低下，人員往返頻繁、現場情況反饋不夠及時準確，指揮人員難于快速決策、設備費用高，維修不便、無法直接上傳到管理人員辦公桌電腦熒屏上，更不可能上傳到管理人員手機上。

本文設計的移動監控系統只需要搭建局域網，就可以使用，避免了傳統的監控系統中的鋪設線路問題，從而減少了該設備的使用成本。機器人可以靈活地移動，這就使我們的監控的地點不僅僅固定地監控一處位置，極大地擴大了監控范圍。當今社會智能手機已經實現了基本的普及，幾乎人手一部智能手機，而且手機市場中的大部分依然是安卓手機。我們的機器人通過手機來控制，操作簡單易懂，更加適用廣大消費者。

1、移動監控系統的系統方案以及組成結構

1.1系統方案

該項目以選用了Raspberry Pi（樹莓派）板卡為核心控制器，通過計算機網絡中最常用的通信協議—TCP傳輸協議的開發流程和框架，通過無線路由器進行視頻流的訪問和小車進行驅動，也就是向支持wifi的上位機終端實時傳送圖像信息，遠處的監控人員根據小車采集的圖像信息，了解監控現場的實時信息，并可以通過APP控制小車的前進、后退、轉向等運動，進一步掌握監控人員想要獲取的信息。系統方案如圖1所示.

1.2組成結構

硬件設計主要由四部分構成，電機驅動模塊、樹莓派3攝像頭 Camera V2、DXW90舵機、樹莓派主板。系統整體結構框圖如下圖2所示。

從圖中，樹莓派主板控制了電機驅動模塊、Camera V2攝像頭、DXW90舵機三個模塊。攝像頭通過自身的小插片與樹莓派表面上的插槽直接連接。舵機和電機驅動模塊以及樹莓派主板直接通過IO口連接。

2、移動監控系統的硬件CPU選擇

樹莓派是為學習計算機編程而設計的，其系統基于Linux。樹莓派具有普通PC機的所有基本功能，能夠滿足項目的需求。樹莓派三代帶無線網卡，并且配置簡單，傳輸速度快。樹莓派內擁有集成的攝像頭接口，便于與攝像頭連接。考慮到整個系統的設計環境、設計所需時間和學習價值，最終選擇樹莓派主板作為本次設計的硬件CPU。

3、移動監控系統的軟件設計

本文設計的移動監控系統是通過手機APP來控制機器人的，手機APP的通信原理是用網絡傳輸中常見的Socket通信。手機與機器人連入一個局域網內，這時路由器會分配出IP地址給手機與機器人。IP地址是隨機分配的，我們可以通過預先設置進行IP地址，將IP地址固定地分配給機器人與手機端。這樣就為我們隨后的通信創造了條件。機器人的主控樹莓派先運行Socket監聽端口的程序，監聽來自8080端口的信息。隨后手機APP發送指令，該信息通過路由器完成中轉，使信息根據機器人的IP地址定向發送到機器人的8080端口，使機器人接收到信息，來完成指令的實現，該設計的系統網絡圖如圖3所示。

4、基于MJPG-Streamer和Android的圖像回傳功能的實現原理

本文中的移動監控系統是利用MJPG-Streamer技術實現的。MJPG-Streamer是用于從攝像頭采集圖像，把它們以流的形式通過基于IP的網絡傳輸到瀏覽器，這樣就可以在電腦等其他擁有瀏覽器的移動端的平臺上觀看機器人捕獲的視頻。為了能使視頻能夠在手機端上進行觀看，APP設計上采用了WebView控件 。Android WebView在Android平臺上是一個特殊的View， 他能用來顯示網頁，這個類可以被用來在你的app中僅僅顯示一張在線的網頁，還可以用來開發瀏覽器。WebView內部實現是采用渲染引擎來展示View的內容，本文中的APP利用此空間來顯示視頻內容，更為方便快捷。

結語

本文介紹通過Socket與MJPG-Streamer技術實現的監控系統，并在嵌入式平臺上成功實現，驗證了設計合理性。本項目采用包含了人和物以及物與物之間通信的物聯網的設計思想，對于物聯網開發具有一定的參考意義。項目中傳輸部分仍需進一步完善，從而提高數據傳輸速度，甚至通過將視頻流通過服務器作為中轉站，來使設備可通過外網傳輸。通過不斷地改進，來使圖像接收速度更加快，從而使圖像回傳技術更加成熟。

參考文獻：

[1]李揚.WiFi技術原理及應用[J].科技信息，2010，24（2）：59-61.

[2]潘凱華，鄒天思.PHP開發實戰寶典[M].北京：清華大學出版社，2010.

[3]柯博文.樹莓派實戰指南[M].北京：清華大學出版社，2015.

[4]Matt Richardson / Shawn Wallace . 愛上Raspberry Pi 科學出版社

[5]余志龍 . Google Android SDK開發范例大全 人民出版社