一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收裝置及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收裝置及系統(tǒng)，本發(fā)明涉及鏟運車輛無線可視化遙控技術(shù)領(lǐng)域，其旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的接收端設(shè)計將視頻發(fā)送端分離而導(dǎo)致操作難度大，通訊方式不夠便利且擴(kuò)展性差等技術(shù)問題。該發(fā)明主要包括擴(kuò)展板，設(shè)置有CANOpen接口和USB接口；核心板，設(shè)置有處理器和存儲器，處理器通過CANOpen接口接收鏟運車的狀態(tài)信息或向鏟運車發(fā)送控制命令，還通過USB接口采集鏟運車反饋的視頻數(shù)據(jù)；無線網(wǎng)卡，用于向處理器輸入控制命令和接收反饋狀態(tài)信息，建立處理器與遙控端的通訊。本發(fā)明用于遙控端和鏟運車的中繼裝置。
【專利說明】
一種基于W i FI無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收裝置及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及鏟運車輛無線可視化遙控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類對自然資源消耗量的增加，礦產(chǎn)資源日益減少，礦產(chǎn)開采環(huán)境越來越惡劣，對現(xiàn)場車輛操作人員的身體健康和生命安全造成了嚴(yán)重的威脅，再加上相關(guān)法律法規(guī)的進(jìn)步一健全，要求用人單位要對現(xiàn)場工作人員的安全給與充分的保護(hù)，因此，對現(xiàn)有在上述環(huán)境中工作的各類車輛的無線可視化遙控改進(jìn)迫在眉睫。
[0003]現(xiàn)存上述車輛的無線可視化遙控系統(tǒng)采用遙控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)完全分離的方式，遙控系統(tǒng)部分單獨的工業(yè)搖桿遙控器系統(tǒng)，視頻監(jiān)控部分采用模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這套方案，遙控器價格昂貴，體積及重量很大，很難做到輕便。模擬視頻監(jiān)控可靠性比較差，易受干擾。
[0004]現(xiàn)存上述車輛的無線可視化遙控系統(tǒng)采用遙控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)完全分離的方式，會出現(xiàn)兩個車載端設(shè)備，一個是遙控系統(tǒng)的接收端，一個是監(jiān)控系統(tǒng)的視頻發(fā)送端，使用起來比較麻煩。
[0005]現(xiàn)存上述車輛的無線可視化遙控系統(tǒng)采用遙控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)完全分離的方式，沒有很好的利用現(xiàn)在越來越普及的WiFi局域網(wǎng)絡(luò)，這個重要資源。
[0006]現(xiàn)存上述車輛的無線可視化遙控系統(tǒng)采用遙控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)完全分離的方式，無法簡便的通過添加中繼的方式擴(kuò)大無線遙控的范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明目的在于提供一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收裝置及系統(tǒng)，其旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的接收端設(shè)計將視頻發(fā)送端分離而導(dǎo)致操作難度大，通訊方式不夠便利且擴(kuò)展性差等技術(shù)問題。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收裝置，包括擴(kuò)展板，設(shè)置有CANOpen接口和USB接口 ；核心板，設(shè)置有處理器和存儲器，處理器通過CANOpen接口接收鏟運車的狀態(tài)信息或向鏟運車發(fā)送控制命令，還通過USB接口采集鏟運車反饋的視頻數(shù)據(jù);無線網(wǎng)卡，用于向處理器輸入控制命令和接收反饋狀態(tài)信息，建立處理器與遙控端的通訊。
[0010]上述方案中，所述的處理器選用ARM架構(gòu)嵌入式處理器。
[0011 ] 上述方案中，所述的處理器型號選用S5PV210。
[0012]上述方案中，所述的存儲器，包括512兆RAM和512兆Nand Flash。
[0013]上述方案中，所述的擴(kuò)展板還包括均與處理器連接的供電模塊，SD卡接口和串口接口。
[0014]一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收系統(tǒng)，包括視頻采集壓縮模塊，接收鏟運車的源視頻數(shù)據(jù)并壓縮編碼發(fā)送至遙控端;命令數(shù)據(jù)處理模塊，接收遙控端發(fā)送的數(shù)據(jù)命令并轉(zhuǎn)碼發(fā)送至鏟運車；鏟運車狀態(tài)數(shù)據(jù)處理模塊，接收鏟運車反饋的狀態(tài)信息并以Socket通訊方式發(fā)送至遙控端;心跳檢測功能模塊，實時監(jiān)測與遙控端的通訊狀態(tài)。
[0015]上述方案中，所述的視頻采集壓縮模塊，包括視頻采集模塊，利用內(nèi)核按框架格式對源視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，獲得視頻數(shù)據(jù);實時視頻壓縮模塊，實時接收視頻采集模塊輸出的視頻數(shù)據(jù)，對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，并將壓縮編碼數(shù)據(jù)放入緩存區(qū)；視頻傳輸模塊，讀取緩存區(qū)的壓縮編碼數(shù)據(jù)，利用流媒體傳輸方式發(fā)送至遙控端。
[0016]上述方案中，所述的命令數(shù)據(jù)處理模塊，接收遙控端發(fā)送的數(shù)據(jù)命令，按應(yīng)用層協(xié)議解析后轉(zhuǎn)碼為伊"運車命令碼并通過CANOpen接口發(fā)送給伊^運車。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0018]通過設(shè)立中繼設(shè)備提高遙控端與鏟運車的通訊效率，該中繼設(shè)備是可視化遙控接收裝置，具有WiFi無線通訊和實時視頻處理模塊;使用更方便、空間體積顯著減小、通用性高、擴(kuò)展性好且成本更低廉;為遙控端和鏟運車提供更可靠的、更穩(wěn)定的中繼驅(qū)動裝置及系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明硬件系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0020]圖2是本發(fā)明系統(tǒng)數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖。
【具體實施方式】
[0021]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0023]實施例1
[0024]本發(fā)明是一個基于嵌入式Iinux的嵌入式設(shè)備，以一個arm架構(gòu)的微處理器為運算平臺，搭載Iinux操作系統(tǒng)。本發(fā)明硬件實現(xiàn)硬件主要包括核心板與擴(kuò)展板兩個部分，硬件架構(gòu)如圖1所示。
[0025]其中USB接口 O用于連接USB無線網(wǎng)卡，將設(shè)備接入WiFi無線網(wǎng)絡(luò)；USBl用于連接USB攝像頭，進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的采集;CANOpen接口用于與鏟運車的CANOpen接口相連接，將控制數(shù)命令發(fā)送給鏟運車及從鏟運車獲取狀態(tài)數(shù)據(jù)。
[0026]本發(fā)明軟件部分實現(xiàn)，將軟件部分分為Iinux系統(tǒng)移植以及基于arm-Linux嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件兩個部分。
[0027]Linux系統(tǒng)移植包括建立交叉編譯環(huán)境、內(nèi)核裁剪、內(nèi)核編譯及鏡像建立，具體方法如下。
[0028]建立交叉編譯環(huán)境包括以下步驟:
[0029]I)安裝Ubuntu虛擬操作系統(tǒng)；
[0030]2)安裝交叉編譯器；
[0031]3)配置Ubuntu虛擬機(jī)配置NFS服務(wù)器、ssh服務(wù)器以及建立Ubuntu虛擬機(jī)與接收端硬件的通信。
[0032]Linux系統(tǒng)內(nèi)核的裁剪、內(nèi)核編譯及鏡像建立包括以下步驟:
[0033]I)執(zhí)行make menuconfig進(jìn)入內(nèi)核裁剪文本菜單的配置界面，根據(jù)需求對其進(jìn)行配置；
[0034]2)執(zhí)行make zImage生成Iinux內(nèi)核映像；
[0035]3)將zlmage利用工具軟件燒寫入SD卡中；
[0036]如說明15中所述，本發(fā)明中基于arm-Linux嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，包含以下四個功能模塊:心跳檢測功能模塊、視頻采集壓縮模塊、命令數(shù)據(jù)處理模塊和鏟運車狀態(tài)數(shù)據(jù)處理模塊，此部分任務(wù)在于四個子功能模塊的完成。S上述子模塊在編碼階段以獨立進(jìn)程的方式實現(xiàn)，arm-linux嵌入式操作系統(tǒng)需要同時調(diào)度多個進(jìn)程的執(zhí)行，為了完成多任務(wù)協(xié)調(diào)工作，子功能模塊需要用到多線程技術(shù)、進(jìn)程間通信技術(shù)以及操作系統(tǒng)提供的進(jìn)程管理技術(shù)。
[0037]嵌入式軟件的開發(fā)，首先要搭建開發(fā)環(huán)境及相關(guān)方便調(diào)試的工具，開發(fā)環(huán)境包括宿主機(jī)Ubuntu虛擬操作系統(tǒng)及交叉編譯器的安裝、開發(fā)工具eclipse安裝、gdb調(diào)試工具的安裝。
[0038]gdb調(diào)試工具的安裝包括arm-linux版本的gdbserver和一個x86版本交叉調(diào)試的gdb，具體步驟如下。
[0039]生成在Ubuntu虛擬機(jī)上運行的gdb包括如下步驟:
[0040]I)解壓gdb源代碼包
[0041 ] 2)執(zhí)行./ conf igure生成Makef i Ie文件，并對Mikef i Ie文件進(jìn)行配置
[0042]3)執(zhí)行make文件完成編譯
[0043]4)執(zhí)行make install命令進(jìn)行安裝
[0044]交叉編譯版本的gdbserver的移植具體步驟如下:
[0045]I)解壓gdb源代碼包
[0046]2)執(zhí)行./ conf igure生成Makef i Ie文件，并對Mikef i Ie文件進(jìn)行配置，制定編譯器為交叉編譯工具arm-1 inux-gcc
[0047]3)執(zhí)行make文件完成編譯
[0048]4)執(zhí)行make ins tall會在指定的文件夾中生成gdbserver，將gdb server下載到arm-1 inux系統(tǒng)中即可運行。
[0049]在基于arm-1 inux應(yīng)用程序的編寫中，要使用ffmpeg和x264開源庫，在應(yīng)用程序開發(fā)前，要先進(jìn)行上述兩個開源庫的移植。
[0050]X264庫移植的具體步驟如下:
[0051 ] I)執(zhí)行./configure配置相關(guān)參數(shù)
[0052]2)修改生成的conf ig.mak文件，尤其要制定交叉編譯器
[0053]3)執(zhí)行make完成文件編譯
[0054]4)執(zhí)行make install就完成安裝[°°55] ffmpeg庫移植的具體步驟如下:
[0056]I)執(zhí)行./conf igure配置文件相關(guān)參數(shù)，尤其指定編譯工具前面加上
[0057]arm-linux-，以及相關(guān)三方庫的指定
[0058]2)執(zhí)行make完成編譯
[0059]3)執(zhí)行make install安裝在指定文件夾
[0060]下面分別介紹各個子功能模塊的實現(xiàn)方法。
[0061 ]心跳檢測功能模塊實現(xiàn)的步驟如下:
[0062]心跳檢測功能模塊周期性的向控制端發(fā)送心跳包，并接收從控制端發(fā)來的心跳包，心跳包是數(shù)據(jù)量很小的數(shù)據(jù)包，包含包序列等一系列信息，為了保證實時性，使用UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸。接收端在某規(guī)定時間內(nèi)接受不到心跳包，回認(rèn)為接收端和遙控端已經(jīng)斷開網(wǎng)絡(luò)連接，系統(tǒng)需要嘗試連接無線局域網(wǎng)絡(luò)，并對鏟運車進(jìn)行一系列緊急情況的處理，比如緊急停車，并鳴警示笛。
[0063]視頻采集壓縮模塊實現(xiàn)步驟如下:
[0064]視頻采集部分使用利用Iinux中視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動Video41 inux2 (簡稱V4L2)框架進(jìn)行視頻采集，具體步驟如下:
[0065]I)打開設(shè)備文件
[ΟΟ??] 2)查看設(shè)備所支持的功能
[0067]3)選擇視頻輸入
[0068]4)設(shè)置視頻采集格式
[0069]5)向驅(qū)動申請幀緩沖空間
[0070]6)將申請到的幀緩沖空間映射到用戶空間
[0071]7)進(jìn)行視頻米集
[0072]8)從幀緩沖中獲取原始視頻數(shù)據(jù)
[0073]9)將已經(jīng)獲取原始視頻數(shù)據(jù)的幀緩沖重新放入幀緩沖隊列，實現(xiàn)循環(huán)
[0074]采集
[0075]10)停止視頻的采集
[0076]11)關(guān)閉視頻設(shè)備
[0077]將上述步驟獲取的原始視頻數(shù)據(jù)利用x264框架進(jìn)行壓縮處理，x264框架進(jìn)行視頻壓縮的方法比較簡單，直接使用x264提供的API即可完成，尤其zerolatency參數(shù)的使用，能使延遲減小。視頻壓縮功能子模塊壓縮視頻完成后，將壓縮后的視頻數(shù)據(jù)放入到輸出緩沖區(qū)中，等待視頻發(fā)送子模塊從緩沖區(qū)中以次取出壓縮后的視頻幀數(shù)據(jù)使用UDP方式通過無線局域網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制端。
[0078]命令數(shù)據(jù)處理功能模塊實現(xiàn)步驟如下:
[0079]命令數(shù)據(jù)處理功能模塊通過監(jiān)聽某端口，從無線局域網(wǎng)獲取遙控端發(fā)送過來的命令數(shù)據(jù)，遙控端命令數(shù)據(jù)以控制命令數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送，命令數(shù)據(jù)處理功能模塊接收到控制命令包后，按照自定義的應(yīng)用層協(xié)議對控制命令包進(jìn)行解包，通過某種對應(yīng)關(guān)系，將數(shù)據(jù)解析成具體的控制命令，然后經(jīng)過一定的格式進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，轉(zhuǎn)碼成鏟運車能識別的控制命令，通過CANOpen總線發(fā)送給伊^運車。
[0080]鏟運車狀態(tài)數(shù)據(jù)處理功能模塊實現(xiàn)步驟如下:
[0081 ]鏟運車狀態(tài)數(shù)據(jù)處理功能模塊通過接收端設(shè)備與鏟運車連接的CANOpen總線接口，實時獲取鏟運車的狀態(tài)信息，獲取數(shù)據(jù)后，鏟運車狀態(tài)數(shù)據(jù)處理功能模塊將狀態(tài)數(shù)據(jù)按照自定義的應(yīng)用層協(xié)議格式對狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后通過無線局域網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遙控端。
[0082]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收裝置，其特征在于，包括 擴(kuò)展板，設(shè)置有CANOpen接口和USB接口 ； 核心板，設(shè)置有處理器和存儲器，處理器通過CANOpen接口接收鏟運車的狀態(tài)信息或向鏟運車發(fā)送控制命令，還通過USB接口采集鏟運車反饋的視頻數(shù)據(jù)； 無線網(wǎng)卡，用于向處理器輸入控制命令和接收反饋狀態(tài)信息，建立處理器與遙控端的通訊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收裝置，其特征在于，所述的處理器選用ARM架構(gòu)嵌入式處理器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收裝置，其特征在于，所述的處理器型號選用S5PV210。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收裝置，其特征在于，所述的存儲器，包括512兆RAM和512兆Nand Flash。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收裝置，其特征在于，所述的擴(kuò)展板還包括均與處理器連接的供電模塊，SD卡接口和串口接口。6.—種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收系統(tǒng)，其特征在于，包括 視頻采集壓縮模塊，接收鏟運車的源視頻數(shù)據(jù)并壓縮編碼發(fā)送至遙控端； 命令數(shù)據(jù)處理模塊，接收遙控端發(fā)送的數(shù)據(jù)命令并轉(zhuǎn)碼發(fā)送至鏟運車； 鏟運車狀態(tài)數(shù)據(jù)處理模塊，接收鏟運車反饋的狀態(tài)信息并以Socket通訊方式發(fā)送至遙控端； 心跳檢測功能模塊，實時監(jiān)測與遙控端的通訊狀態(tài)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收系統(tǒng)，其特征在于，所述的視頻采集壓縮模塊，包括 視頻采集模塊，利用內(nèi)核按框架格式對源視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，獲得視頻數(shù)據(jù)； 實時視頻壓縮模塊，實時接收視頻采集模塊輸出的視頻數(shù)據(jù)，對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，并將壓縮編碼數(shù)據(jù)放入緩存區(qū)； 視頻傳輸模塊，讀取緩存區(qū)的壓縮編碼數(shù)據(jù)，利用流媒體傳輸方式發(fā)送至遙控端。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收系統(tǒng)，其特征在于，所述的命令數(shù)據(jù)處理模塊，接收遙控端發(fā)送的數(shù)據(jù)命令，按應(yīng)用層協(xié)議解析后轉(zhuǎn)碼為鏟運車命令碼并通過CANOpen接口發(fā)送給鏟運車。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的可視化遙控接收系統(tǒng)，其特征在于， 所述的視頻采集模塊，利用內(nèi)核驅(qū)動Video41 inux2框架進(jìn)行格式為YUYV的源視頻數(shù)據(jù)米集； 所述的實時視頻壓縮模塊，采用X264框架對壓縮的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行格式為H.264的編碼。
【文檔編號】G08C17/02GK105959652SQ201610527597
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】熊靜琪, 孫飛, 曲辛, 馮潔
【申請人】電子科技大學(xué)