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基于H.264的无线遥控车及其控制系统的设计与实现

马野  
【摘要】:遥控车作为轮式移动机器人的一种,越来越多的被人类应用于各种领域:军事方面的战术侦查、排雷排爆、遥控靶车、武装打击等;民用方面的清洁、医疗、教育、安保、导游等;在空间探索方面也有移动机器人的身影,如美国于2004年送往太空的“机遇号”和“勇气号”火星车,我国也于2013年12月成功将“玉兔号”月球车送达月球。轮式移动机器人的遥控方式经历了从最初的有线控制到无线控制的发展过程,而随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展,移动机器人技术得到了飞速发展,也使得通过无线网络进行机器人的可视遥控成为可能。 本文将介绍一种基于H.264视频压缩标准,使用无线网络作为通信方式的遥控车及其控制系统。本系统中,遥控车上装有的摄像头,所拍摄的图像经过压缩编码,通过无线网络将其发送给指定的计算机,解码后操作人员就可以在PC的控制平台上看到遥控车所拍摄的画面,根据图像对车进行可视遥控。 本系统选用作者所在实验室的一台装有Linux操作系统的PC机作为上位机,该PC机具有固定的公网IP,便于遥控车的访问与连接。设计编写了运行在上位机上的控制台程序,它能够帮助操作人员方便的完成遥控。遥控车上使用基于ARM1176JZF-S内核的ARM开发板作为其处理平台,该平台完成无线网络设备及视频采集设备的控制。运行在该平台上的软件能够完成与上位机间的网络通信、视频采集、视频编码、控制命令下发等功能。遥控车的底层硬件选择了一款四轮驱动的小车底盘,带有舵机和电机。系统设计底层驱模块在原有的驱动功能基础上使用现场总线CAN作为控制模块间的通信媒介,为此作者还使用PCB绘制软件设计了驱动模块的电路板,完成了其上硬件的焊接、调试工作。 遥控车使用无线网卡连接到Internet,大大提高了遥控车的遥控范围,而且由于网络带宽也高于以前的无线电带宽,这使得通过网络传输实时图像来控制遥控车变得可行。系统采用了目前公认的压缩比较高、技术相对成熟的编码标准H.264进行视频编码,通过该编码有效降低了用于传输视频的网络带宽,提高了系统实时性。系统所使用的现场总线CAN由于其通信速率高且容易构成冗余结构,具有较高的实时性、可靠性和灵活性。 系统完成后进行了各方面的测试,系统软硬件均能按照设计进行工作,且运行状况良好。 另外,由于近些年3G技术的完善和国内通信运营商的业务普及,本系统也同时使用和测试了另外一种方案:小车使用3G无线上网卡作为连接到网络的工具。为移动机器人的遥控方案提供了新的思路。


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