本設(shè)計(jì)主要研究基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的可視化無線遙控搬運(yùn)機(jī)器人，利用WIFI網(wǎng)絡(luò)高速傳輸實(shí)時(shí)視頻圖像采集，通過機(jī)器人安裝的傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。采用WIFI網(wǎng)絡(luò)通訊使得控制端多樣化，可用手機(jī)，電腦等具備WIFI功能的設(shè)備進(jìn)行控制。此外，還可將機(jī)器人接入Internet實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的控制。本設(shè)計(jì)在S3C6410平臺(tái)上移植了Linux操作系統(tǒng)用于接收命令并對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行控制，其中移植了MJPGstreamer作為視頻服務(wù)器，移植了BOA服務(wù)器作為WEB服務(wù)器。本文將從硬件設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)程序編寫，服務(wù)器移植，服務(wù)程序編寫，Android應(yīng)用程序編寫，Web應(yīng)用程序編寫等方面來講述本設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)。

 

 

圖 4-1 Android應(yīng)用程序流程圖

 

如圖4-1所示，Android端的應(yīng)用程序采用多線程技術(shù)，其中一個(gè)子線程每60S向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)獲取電量的命令并根據(jù)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新顯示，另一個(gè)線程根據(jù)MJPEG協(xié)議來解析出圖像數(shù)據(jù)并更新顯示，主線程主要完成用戶操控事件的監(jiān)聽，并根據(jù)用戶的實(shí)際操控發(fā)送相應(yīng)的命令給服務(wù)器并從服務(wù)器獲得機(jī)器人的最新數(shù)據(jù)來實(shí)時(shí)更新。其命令的發(fā)送方式采用HTTP協(xié)議中的GET方法。

 

 

GET方法是HTTP協(xié)議中定義的多種與服務(wù)器進(jìn)行交互的方法之一，它一般用于獲取/查詢資源信息。該方法請(qǐng)求的數(shù)據(jù)會(huì)附在URL之后，并且提交的數(shù)據(jù)最多只能是1024字節(jié)，但是本設(shè)計(jì)中只需要傳送命令字即可，因此采用GET方法來傳送命令字與獲取機(jī)器人數(shù)據(jù)信息。使用該方法來發(fā)送命令，服務(wù)器端的CGI程序可以在QUERY-STRING環(huán)境變量中非常方便的獲取到客戶端傳送給服務(wù)器的數(shù)據(jù)，并且客戶端應(yīng)用程序可以在HttpResponse中獲得服務(wù)器端返回的數(shù)據(jù)。

 

 

Android應(yīng)用中HTTP GET方法實(shí)現(xiàn)部分代碼如下：

 

public String doGet(String url){

 

//參數(shù)設(shè)置

 

...

 

//創(chuàng)建 HttpClient 的實(shí)例

 

HttpClient httpClient = new DefaultHttpClient(httpParams);

 

// GET

 

HttpGet httpGet = new HttpGet(url);

 

try {

 

HttpResponse response = httpClient.execute(httpGet);

 

if (response.getStatusLine().getStatusCode() == HttpStatus.SC_OK){

 

// 使用getEntity方法獲得返回結(jié)果

 

return EntityUtils.toString(response.getEntity());

 

}

 

...

 

}

 

 

Mjpeg即Motion JPEG。MJPEG將服務(wù)器端發(fā)送來的一張張JPG圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，客戶端不斷的接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并顯示更新即形成了動(dòng)態(tài)的圖像。MJPEG在HTTP中mjpg的在http的mime type是"x-mixed-replace"。獲取視頻圖像數(shù)據(jù)時(shí)，客戶端首先發(fā)一個(gè)GET方法，如果服務(wù)器接收響應(yīng)則會(huì)設(shè)置context type的boundary子屬性來指明。然后服務(wù)器端開始發(fā)送圖片數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)頭部會(huì)有圖片類型以及大小信息，其中Content-Length字段指明圖像數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，Content-Type字段指明圖像的類型其值為image/jpeg。當(dāng)一幀圖像數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，服務(wù)器端將會(huì)發(fā)送邊界字符串來表示一幀圖像發(fā)送結(jié)束。

圖 4-2 Mjpeg解析圖像流程圖

 

 

在Android客戶端需要根據(jù)Mjpeg協(xié)議來編寫代碼實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的解析，其中部分代碼如下：

 

Socket server = new Socket(url.getHost(), url.getPort());

 

OutputStream os = server.getOutputStream();

 

InputStream is = server.getInputStream();

 

StringBuffer request = new StringBuffer();

 

request.append("GET " + url.getFile() + " HTTP/1.0rn");

 

request.append("Host: " + url.getHost() + "rn");

 

request.append("rn");

 

os.write(request.toString().getBytes(), 0, request.length());//請(qǐng)求返回File

 

StreamSplit localStreamSplit = new StreamSplit(new DataInputStream(new BufferedInputStream(is)));

 

Hashtable localHashtable = localStreamSplit.readHeaders();//獲得文件的信息頭

 

String str3 = (String)localHashtable.get("content-type");//獲得content-type以后的數(shù)據(jù)

 

int n = str3.indexOf("boundary=");//定位邊界字符串

 

Object localObject2 = "--";

 

if (n != -1){

 

localObject2 = str3.substring(n + 9);//指定到boundary子屬性

 

str3 = str3.substring(0, n);

 

if (!((String)localObject2).startsWith("--"))

 

localObject2 = "--" + (String)localObject2;}

 

if (str3.startsWith("multipart/x-mixed-replace")){//判斷MIME類型

 

localStreamSplit.skipToBoundary((String)localObject2);//定位到圖像數(shù)據(jù)部分

 

}do{

 

if (localObject2 != null){

 

localHashtable = localStreamSplit.readHeaders();

 

if (localStreamSplit.isAtStreamEnd())

 

break;

 

str3 = (String)localHashtable.get("content-type");

 

if (str3 == null)

 

throw new Exception("No part content type");

 

}

 

if (str3.startsWith("multipart/x-mixed-replace")){

 

n = str3.indexOf("boundary=");

 

localObject2 = str3.substring(n + 9);//獲得

 

localStreamSplit.skipToBoundary((String)localObject2);

 

}else{

 

byte[] localObject3 = localStreamSplit.readToBoundary((String)localObject2);

 

if (localObject3.length == 0)

 

break;

 

Message message = Message.obtain();

 

message.arg1 = 0;

 

message.obj = BitmapFactory.decodeByteArray(localObject3, 0, localObject3.length);

 

messageHandler.sendMessage(message);//顯示消息

 

}

 

fps++;

 

try{

 

Thread.sleep(10L);

 

}catch (InterruptedException localInterruptedException){

 

}

 

如圖4-3所示，WEB客戶端采用AJAX技術(shù)，其功能模塊大體上分為3個(gè)部分：第一部分主要是監(jiān)測(cè)用戶的操作并采用HTTP GET方法來發(fā)送控制命令，最后將服務(wù)器返回的信息更新顯示。第二部分主要為120S定時(shí)發(fā)送獲取電源電量值得命令，并將獲得的數(shù)據(jù)更新顯示。第三部分獲取圖像數(shù)據(jù)并顯示。

圖 4-3 WEB客戶端流程圖

 

 

AJAX（Asynchronous Javascript + XML）即異步JavaScript和XML技術(shù)的簡(jiǎn)稱，它可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁異步更新。采用該方法來設(shè)計(jì)WEB應(yīng)用，可以只對(duì)網(wǎng)頁的部分內(nèi)容進(jìn)行更新，而不需要重新對(duì)整個(gè)頁面進(jìn)行加載。其工作原理如下圖所示：

圖 4-4 AJAX工作原理

 

 

采用WEB瀏覽器來顯示的時(shí)候只需要添加如下代碼：

 

<img src="http://192.168.2.1:8080/?action=stream" style="width:640px; height:480px;"/>

 

4.2.4 利用AJAX技術(shù)實(shí)現(xiàn)命令發(fā)送與數(shù)據(jù)更新

 

XMLHttpRequest 是 AJAX 的最基礎(chǔ)的部分，本設(shè)計(jì)中的部分代碼如下：

 

function SendCmd(cmd)

 

{

 

var xmlhttp;

 

if (window.XMLHttpRequest)

 

{// code for IE7+, Firefox, Chrome, Opera, Safari

 

xmlhttp=new XMLHttpRequest();

 

}

 

else

 

{// code for IE6, IE5

 

xmlhttp=new ActiveXObject("Microsoft.XMLHTTP");

 

}

 

xmlhttp.open("GET","./car.cgi?"+cmd,true);

 

xmlhttp.send();

 

xmlhttp.onreadystatechange=function()

 

{

 

if (xmlhttp.readyState==4 && xmlhttp.status==200)

 

{

 

var rec=xmlhttp.responseText;

 

if( rec.indexOf("PRE") == 0)

 

{

 

document.getElementById("Pressure").innerHTML="壓力:"+rec.substr(4);

 

}

 

if( rec.indexOf("POW") == 0)

 

{

 

var get_power=parseFloat(rec.substr(4));

 

get_power=9.9*get_power/1024;

 

if(power == 0)

 

power=get_power;

 

if(get_power<=power && power-get_power<0.2)

 

{

 

power=get_power;

 

if(power>8.3)

 

document.getElementById("Power").innerHTML="電量:100%";

 

else if(power>8.2)

 

...

 

}

 

}

 

}

 

}

 

}

 

 

本文從硬件選型，硬件電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)移植，驅(qū)動(dòng)程序移植編寫，服務(wù)器搭建，服務(wù)器程序編寫，以及Android客戶端和Web客戶端應(yīng)用程序編寫方面進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。通過自己的努力，完成了最低層的硬件設(shè)計(jì)到最上層軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的基本功能。最終用戶能夠通過Android客戶端和Web客戶端對(duì)機(jī)器人進(jìn)行夾持，運(yùn)輸，擺放動(dòng)作的控制，并且能夠?qū)崟r(shí)地返回機(jī)器人采集到的圖像數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)。

 

由于本設(shè)計(jì)基于成本的考慮，并沒有采用大功率高精度的硬件設(shè)備，所以只能作為一種功能演示以及技術(shù)可行性演示。在后續(xù)的工作中還可以提升硬件設(shè)備，調(diào)整應(yīng)用程序來獲得更好的使用價(jià)值以及更好的用戶體驗(yàn)。