安防車型機器人綜合實驗系統設計①

陳世海，王軍，代偉，姜學倩

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?安防領域;車型機器人;綜合實驗系統

[中圖分類號] ?TP242.6 ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2018）27-0133-01

數字化、網絡化、智能化是視頻監控領域的發展趨勢，隨之將帶來更加方便高效的智能生活。近幾年，移動端智能監控系統在歐美等西方發達國家有較大的發展，形成了相對成功的產品，并應用于許多領域，如美國的Vidient，ObjectVideo等。在國內“互聯網+”的時代下，隨著互聯網與各領域的不斷深度融合，移動視頻監控也就是移動網絡與視頻監控的互聯，是當前監控發展的必然趨勢。

隨著人們經濟條件的改善以及安全意識的提高，智慧型城市以及公共安全發展的需要，智能化是視頻監控的必然趨勢，移動端視頻監控智能機器人更能滿足人們的生活和工作中的需要。車型機器人是一種應用廣泛的典型可移動式機器人。在安防領域中，具有音視頻采集裝置和無線通信功能的車型機器人，可以實現對監控區域的全方位監控，具有較強的靈活性和擴展性，能夠隨時更新監控點和監控位置，有效提升監控效果。同時，采用車型機器人改變以往固定的監控所需要大量安裝成本的弊端，只需要一次性投資，并且后期運行和維護成本較低。另外，車型機器人可以方便地移動到待查區域，可以近距離觀察現場情況，相比于定焦云臺式監控攝像機，更方便對緊急事件進行處理和解決。開發面型安防領域的車型機器人綜合實驗系統，不僅解決了現有機器人課程實驗教學設備短缺問題、提升了學生的創新實踐能力，而且該實驗系統也具有較強的實用價值。

安防車型機器人的主要功能便是提供視頻監控，實驗系統以安卓手機端代替了攝像頭，可以進行視頻攝像，遠程電腦端可以進行實時監控視頻播放。另外，電腦端還可以輸入控制指令與文字信息，機器人相對應地做出指令動作、朗讀指定語音信息。市面上的視頻監控產品也具有如上優點，但是一般市面上那些產品相對物聯網智能機器人而言會受地域限制，簡單來說就是受網絡條件限制，因為市面上的產品工業化之后一般采用的是使用WIFI連接網絡，考慮的是成本低。在物聯網智能機器人中，綜合考慮實際應用需求，采用了“WIFI+4G網絡”的通信方式，具有更大的適用性和更強的情境性。

基于安防車型機器人的監控系統，可分為監控端和移動端兩部分。監控端采用具有錄像存儲功能的通用計算機構成，移動端采用“Android手機+車型機器人”的方式構成。監控端可以向移動端發送運動控制指令到Android手機，然后手機再通過藍牙通信方式將控制指令發送到車型機器人。車型機器人上的藍牙模塊與車型機器人的控制器采用串行異步通信方式進行信息交互。控制器將指令譯碼后形成驅動信號并傳送給電機，電機驅動機器人完成運動控制指令動作。

移動端借助安卓手機后置攝像頭采集監控到的視頻畫面，通過手機端App以TCP方式傳送至監控端。具體采集及傳送過程通過Java編程實現。App開發采用Java語言編寫，開發前需要創建好Android Studio1.5以及Java JDK編譯環境。然后，在Android Studio1.5開發環境中新建工程，在AndroidManifest文件聲明調用攝像頭的權限，在Java主程序代碼中聲明Camera類，并import兩個相關的類。再定義一個開啟安卓手機后置攝像頭的函數，用于截取攝像頭圖像。然后重寫一個具有讀取攝像頭圖像且保存為Jpeg格式ByteArrayOutputStream流的Camera.Previ-ewCallback類。在主函數中，添加一個并列運行的線程，啟用線程將圖像數據發送出去，線程中設置循環函數，整個線程要達到的功能是先創建一個循環，在這個循環里面，創建一個TCP連接，并把獲取到的安卓手機攝像頭內容通過這個TCP連接，每隔156ms，發送一次。建立百度語音開放平臺SDK編譯環境，借助 BDTTSClient在App中實現語音合成功能。

在系統調試或實驗中，視頻采集與傳送部分經常遇到的問題是視頻傳輸容量太大影響傳輸速度，會造成較嚴重的卡頓。該問題需要對圖像或視頻進行壓縮后再傳送。一般情況下4倍壓縮可以滿足性能需求。另外，如果傳輸的間隔太短則容易造成堵塞，解決方案是在代碼中設置傳輸過程會有經常性的156ms的延遲，通過這個延遲，讓上一幀傳輸完成之后，再進行下一幀的傳輸，這樣就可以解決堵塞問題。

在進行控制傳輸部分調試過程中，可能會遇到網絡連接端口被封閉的狀況。特別是比特幣勒索病毒肆虐致使網絡防火墻規則日趨苛刻，在長時間的TCP連接端口過程中，容易被當成惡意軟件遭到網絡安全管理員的封鎖處理。基于此種現象，需要在程序中修改TCP部分代碼，不斷重復進行短時間的TCP連接，在出現堵塞情況時，即可自動建立連接。在編寫、調試內網穿透的Java程序時，由于外網中TCP傳輸會比內網中延遲更大，所以在安卓手機圖像信號傳出的過程中，發送TCP信息的間隔不能太短，不然會造成堵塞。需要分離出發送圖像的函數，獨自放入一個循環的線程，并在循環中加入一個延時函數。

另外，機器人接線問題，如果接觸不良等，也會導致視頻播放不穩定甚至停止現象。所以在出現問題時，首先要確保硬件連接正常，然后再調整軟件。

此次設計的安防車型機器人屬于智能家居的范疇，其不僅可以作為視頻監控的用途，還可以作為室外用途及娛樂用品。如，在室內可以監控生病的老、幼、病、殘、孕等弱勢群體及寵物狀況，或利用可以朗讀遠程電腦端控制語音或者近端安卓手機端語音信息的功能，用在室外或者聚會場所。