3G智能机器人系统驱动开发毕业论文.doc
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1、JIU JIANG UNIVERSITY 毕毕 业业 论论 文文 题 目 3G 智能机器人系统驱动开发 英文题目 3 G intelligent robot system driver Development 院 系 信息科学与技术学院 专 业 计算机科学与技术 姓 名 班级学号 指导教师 二一二年五月 I 信 息 科 学 与 技 术 学 院 学 士 学 位 论 文 摘 要 随着物联网技术、3G 通讯技术、多媒体技术、机电控制技术的日趋成熟,基于 相关技术的产品也备受消费者的欢迎。本论文结合当前机器人技术和嵌入式技术的 融合发展方向, 提出了一种基于 ARM9 与 3G 网络相结合的智能机器人
2、。家用 3G 智能机器人项目正是在此背景下设立的。 该项目是基于 ARM、S3C2410、GPRS、WEB 网页、WiFi、Android 手机的机 器人,能够实现实时监控家里异常情况及控制家里智能家电设备的工作。用户可以 用 Android 手机或 WEB 网页通过 Internet 登陆到安防机器人的服务器来控制机器 人的工作,如:机器人的运行方向,摄像头的控制等。同时也能通过 WEB 网页控 制家里安防设备和智能家电的工作,了解家里设备工作的情况。机器人通过传感器 采集现场火警等数据,通过红外传感器探测是否有人进入现场,当家里有异常情况 时机器人会通过 GPRS 模块发短信给用户并发报警
3、声,同时机器人会自动控制摄 像头进行拍照取证。用户也可以根据家里情况进行远程拍照,通过 U 盘或 SD 卡读 出照片及其他数据。 此系统具有良好的实时性与人机交互性能。将机器人控制融入日常生活的技术 实现,随着服务性机器人进入千家万户,将极大地改变人们未来的生活模式。 关键词:3G,机器人,摄像头,WiFi II 信 息 科 学 与 技 术 学 院 学 士 学 位 论 文 Abstract As things networking technologies, 3 G technology, multimedia technology, mechanical and electrical con
4、trol technology matures, based on the related technical products are also popular with the consumer. In this paper the current robotic technology and embedded technology integration development direction, puts forward a ARM9 and 3 G network based on the combination of intelligent robot. Household 3
5、G intelligent robot project is just in the context of the establishment. The project is based on ARM S3C2410, GPRS, WEB pages, WiFi, Android mobile robot, can realize real-time monitoring and control the abnormal situation home intelligent home appliance equipment work at home. The user can use andr
6、oid mobile phone or WEB pages by logging on to the Internet security robot server to control of the robot work, such as: robot operation direction, of the camera control, etc. At the same time also can through the WEB page control home security equipment and intelligent home appliance to work,Unders
7、tand the home work equipment. Robot through the sensors to collect the data such as fire, through the infrared sensor probe whether someone into the scene, when home had abnormal situation robots will through the GPRS module sent text messages to users and alarm sound, at the same time, the robot wi
8、ll be automatic control camera photo evidence. The user can also according to the situation of remote take pictures at home, through the usb key or SD card to read out the photos, and other data. The system has a good real-time and human-computer interaction performance. Will robot control with ever
9、yday life technique, along with service robot to thousands of people in the future will be greatly change the pattern of life. Key words: 3G, Robot, Camera, WiFi III 信 息 科 学 与 技 术 学 院 学 士 学 位 论 文 目 录 摘 要.I AbstractII 1 绪论 1.1 3G 智能机器人发展.(1) 1.2 课题的现实意义(2) 1.3 研究内容(2) 1.4 论文结构(3) 2 嵌入式 Linux 系统结构介绍 2
10、.1 嵌入式 Linux 系统软件平台(4) 2.2 嵌入式 Linux 系统硬件结构.(10) 3 3G 智能机器人的总体设计 3.1 软件开发平台设计.(12) 3.2 机器人控制器硬件设计.(13) 3.3 远程监控客户端的设计.(14) 4 系统详细设计与实现 4.1 boa 服务器的搭建.(17) 4.2 基于 MJPEG-streamer 的视频服务的移植(20) 4.3 cgi 和 web 程序的设计.(25) IV 信 息 科 学 与 技 术 学 院 学 士 学 位 论 文 4.4 机器人控制端设计.(28) 4.5 LCD 显示设计.(29) 4.6 WiFi 端的实现设计
11、.(31) 5 软件的运行测试 5.1 Web 端显示测试效果.(39) 5.2 LCD 显示效果测试.(44) 5.3 手机端显示效果测试.(44) 6 总结和展望 6.1 论文工作总结 (46) 6.2 未来工作展望.(46) 致 谢(47) 参考文献(48) 1 信 息 科 学 与 技 术 学 院 学 士 学 位 论 文 1 绪论 1.1 3G 智能机器人发展 3G(the 3rd Generation)指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术,3G 服务能 够同时传送声音(通话)及数据信息(电子邮件、即时通信等) 。随着 3G 网络与物 联网的普及开发出一种基于 3G 手机终端控制的智能机
12、器人符合当今机器人发展的 方向。同时随着嵌入式处理器的高度发展,嵌入式系统在体积、价格、功耗、性能、 稳定性等方面表具有明显的优势,因此将嵌入式系统与机器人技术很好地融合起来 具有更广阔的应用空间和现实意义。 机器人问世以来,在救灾,核武器水下探测等危险领域机器人发挥着越来越重 要的作用。90 年代随着计算机技术 、Internet、无线传输技术的迅速发展,利用 Internet 和无线网络来作为通信介质的机器人正在成为研究的热点。很多国内外的研 究机构都开展基于网络的监控机器人方面的研究工作。如美国的南加州大学,西澳 大利亚大学以及国内的上海交通大学,北京航空航天大学等都对机器人远程监控技
13、术进行了比较深入的研究1。机器人远程控制技术研究重点,主要集中在两个:一 是遥现,又被称为临场感技术;二是网络控制的可靠性与稳定性以及无线传输问题。 目前在卫星导航精确定位,3 G 无线通信技术日趋成熟稳定,把这三项技术结 合起来,用 GPRS 对远程的救援机器人进行定精确定位,通过 3 G 无线通信网络对 机器人进行指挥和视频实时监控,这样就解决救援机器人远程控制中的许多问题, 实现救援机器人的远程控制和监视,使得机器人动作更加灵活,功能更加完善,作 用更加强大。如果把这项技术用于军方,就可制作远程侦察机器人,实现对战场各 种信息的收集和传输。为指挥决策提供可该远程监控系统有着很好的应用领域
14、 , 随着卫星定位技术的不断进步而有我国自行研制北斗导航系统的进一步完善,精度 进一步提高,我国的北斗卫星导航系统将能够提供与 GPRS(General Packet Radio Service)同等的服务,在下一步工作中我们可以采用 GPRS 和北斗组合导航增加定 位的可靠度和准确度。如何消除远程控制所带来的动作延迟影响控制精度问题。 2 信 息 科 学 与 技 术 学 院 学 士 学 位 论 文 如何引入多种传感器结合多传感器的信息融合,提高移动机器人的智能程度, 都成为下一步我们研究的重点。 未来的几年内,随着信息化,智能化,网络化的发展,嵌入式系统技术也将获 得广阔的发展空间。同时智能
15、机器人也会得到广阔的发展的。美国著名未来学家尼 葛洛庞帝 99 年 1 月访华时预言,45 年后嵌入式智能(电脑)工具将是 PC 和因 特网之后最伟大的发明,嵌入式系统是这个后 PC 时代的擎天之柱。我们有理由相 信,未来的电子技术就是嵌入式系统技术的天下。 1.2 课题的现实意义 本课题来源于本人在华清学习后做的项目,通过该项目可以使自己对嵌入式开 发有新的理解,也提高了自己的兴趣,3G智能机器人的开发可以在一些比较高档的 小区中得到广泛的使用,可以利用机器人在些特殊环境下作为安保的角色,那样可 以很大程度的减少人力资源,在生活中了也可以得到广泛的使用,使用者可以通过 转动摄头来实时拍摄下来
16、房间中不同角度下的视频,主人可以通过在局域网或者是 利用WiFi(wireless fidelity)来控制机器人,那样可以为房子的主人实时反映出房 子的一些智能设备的工作情况,如果有陌生人进入房间,摄像头拍摄下来的图片可 以通过终端看到,那样就起到了安保的作用。 1.3 研究内容 (1)嵌入式系统操作系统的实现 在ARM微处理器上运行嵌入式操作系统,可以为上层软件的开发提供统一的接 口,方便系统功能的进一步扩展升级。嵌入式Linux系统是开源的操作系统,自身 带有TCPIP协议,具有强大的网络功能,方便用户进行网络编程。 (2)在网页中实现控制机器人和LED 用户可以通过在网页中通过点击相应
17、的按钮来控制机器人方向,可以通过点击 相应的按钮来实现对LED的控制,在网页中可以实时反映摄像头拍摄出来的视频。 (3)在手机终端实现控制机器人和电灯 用户可以通过在网页中通过点击相应的按钮来控制机器人方向,可以通过点击 3 信 息 科 学 与 技 术 学 院 学 士 学 位 论 文 相应的按钮来实现对LED的控制,在网页中可以实时反映摄像头拍摄出来的视频。 1.4 论文结构 第一章 绪论 本章通过对嵌入式的发展情况,然后分析嵌入式的强大的竞争力,简单介绍了 项目要实现的功能该项目的现实意义。最后阐明了本课题的实现内容。 第二章 3G 机器人系统结构介绍 本章通过对嵌入式 Linux 操作系统
18、介绍,阐述了要进行嵌入式开发需要准备的 工作,介绍了交叉工具链的搭建,嵌入式 Linux 移植,详细介绍了 Bootloader , Linux 内核移植和嵌入式文件系统,最后介绍了下嵌入式 Linux 系统的硬件结构, 包括 ARM 处理器的介绍和 S3C2410 的体系结构。 第 3 章 系统总体设计与分析 本章详细的介绍了系统的设计,阐述了完成这个项目要完成的任务,主要介绍 了一些服务器的移植,cgi 和 web 网页的设计,介绍了对机器人控制的代码,分析 了怎么在网页上显示摄像头拍摄的视频,和在 LCD 显示摄像头拍摄的视频,最后 介绍了利用 WiFi 实现在手机端如何对机器人和摄像头
19、的控制。 第 4 章 运行测试 本章主要介绍在 web 网页效果的测试,LCD 端显示的测试,利用 WiFi 在手机 端效果测试。 第五章 总结与展望 本章总结论文结果、不足之处以及展望。 4 信 息 科 学 与 技 术 学 院 学 士 学 位 论 文 2 嵌入式 Linux 系统结构介绍 2.1 嵌入式 Linux 系统软件平台 2.1.1 Linux 操作系统简介 Linux 是一个类 Unix 操作系统,它起源于芬兰一个名为 Linus Torvalds 的业余 爱好,现已成为最流行的一款开放源代码的操作系统。Linux 从问世至今,短短 10 年间己发展成为一个功能强大、设计完善的操作
20、系统。Linux 系统不仅能够运行于 PC 平台,还在嵌入式系统方面大放光芒。由于 Linux 的源码开放,内核精简且性能 强悍,不依赖于具体厂商,能广泛适用于各种硬件设备,系统二次开发成本极低, 因此在 IT 业界已经达成共识,即采用嵌入式 Linux 作为嵌入式操作系统是大势所趋。 嵌入式 Linux 是指对 Linux 经过小型化裁剪后,能够固化在容量只有几百 K 字节或 几 M 字节的存储器芯片或单片机中,应用于特定嵌入式场合的用操作系统。目前正 在开发的嵌入式系统中,49的项目选择嵌入式 Linux 作为操作系统。嵌入式 Linux 现已成为嵌入式操作系统的理想选择。由于在目前的主流
21、嵌入式 ARM(Advanced RISC Machines)中大多不具有 MMU(Memory Management Unit),因此只用 1M 左右的内核就能实现网络功能和任务调度 Linux 系统就可以 适用于从高端服务器到嵌入式应用的各级平台。ARM 技术和 Linux 成功地结合, 应用于数以千计的商业产品中。从便携式消费品、网络和无线设备,到自动化设备、 医疗设备和存储产品,这一应用列表与同俱增。ARM 和 Linux 的结合充分满足了 各类应用对嵌入式平台高性能、低功耗和低价格的要求,通过开发环境、开源社区 和 ARM 的商业伙伴的优势为嵌入式开发提供了更灵活的选择1。 2.1.
22、2 交叉编译环境的建立 我们写程序后调试,肯定要有调试代码的工具,我们在 vc 下面都是自带工具链 的,但是在嵌入式开发中要自己配置合适的工具链,现在在 Linux 2.30 后的版本可 5 信 息 科 学 与 技 术 学 院 学 士 学 位 论 文 以使用 arm-none-Linux-gnueabi-gcc ,只有建立好了工具链,我们才能开始进行项 目的开发。通常嵌入式系统的软件编译和执行是在两个不同平台上进行的。编译是 在宿主机,一般为桌面主机;执行是在目标机,即嵌入式系统的硬平台。一般是在 宿主机上通过跨平台交叉编译器把源文件编译成目标平台上可执行的文件,再通过 串口、并口或者网络下载
23、至目标平台上的 FLASH 或者其它存储介质,然后由目标 机来运行这些软件。这旱所说的跨平台编译器和一般的编译器功能类似,都是把源 代码通过编译器编译成目标文件,然后通过链接器、可重定位器程序和定位器把目 标文件重新定位成可执行文件。和通用的编译器之间最大的差别就在于跨平台编译 器编译出来的可执行程序通常只能在特定 CPU 所属平台上运行。所以一般来说每 种 CPU 都对应有不同的跨平台编译器。 本系统采用基于 ARM S3C2410,可以使用常用的 ARM 交叉编译器,要成功构 建完整的交叉编译环境,需要在宿主机上创建一系列的工具,包括 CC+编译器、 汇编器、链接器、嵌入式系统的标准 C
24、库和 GDB 代码级调试器。成功建立好开发 环境后便可以运用这些工具进行嵌入式系统开发了1。 2.1.3 嵌入式 Linux 移植 1. BootLoader BootLoader 是系统加电后运行的第一段代码。一般只是在启动时运行很短的时 间,然而对一个嵌入式系统来说,这一部分却是整个系统的一个无比重要的组成部 分,不可缺少。在一般嵌入式系统中,系统复位或者加电后通常从地址 0x00000000 处开始执行,而这个地址一般是存放的 BootLoader 启动代码。通过这段程序,可以 初始化硬件设备、建立内存空间的映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个合适 的状态,以便为最终加载操作系统内核准
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