一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收装置及系统的制作方法
【专利摘要】一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收装置及系统，本发明涉及铲运车辆无线可视化遥控技术领域，其旨在解决现有技术的接收端设计将视频发送端分离而导致操作难度大，通讯方式不够便利且扩展性差等技术问题。该发明主要包括扩展板，设置有CANOpen接口和USB接口；核心板，设置有处理器和存储器，处理器通过CANOpen接口接收铲运车的状态信息或向铲运车发送控制命令，还通过USB接口采集铲运车反馈的视频数据；无线网卡，用于向处理器输入控制命令和接收反馈状态信息，建立处理器与遥控端的通讯。本发明用于遥控端和铲运车的中继装置。
【专利说明】
一种基于W i FI无线网络的可视化遥控接收装置及系统
技术领域
[0001]本发明涉及铲运车辆无线可视化遥控技术领域，具体涉及一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收装置及系统。
【背景技术】
[0002]随着人类对自然资源消耗量的增加，矿产资源日益减少，矿产开采环境越来越恶劣，对现场车辆操作人员的身体健康和生命安全造成了严重的威胁，再加上相关法律法规的进步一健全，要求用人单位要对现场工作人员的安全给与充分的保护，因此，对现有在上述环境中工作的各类车辆的无线可视化遥控改进迫在眉睫。
[0003]现存上述车辆的无线可视化遥控系统采用遥控系统与视频监控系统完全分离的方式，遥控系统部分单独的工业摇杆遥控器系统，视频监控部分采用模拟视频监控系统。这套方案，遥控器价格昂贵，体积及重量很大，很难做到轻便。模拟视频监控可靠性比较差，易受干扰。
[0004]现存上述车辆的无线可视化遥控系统采用遥控系统与视频监控系统完全分离的方式，会出现两个车载端设备，一个是遥控系统的接收端，一个是监控系统的视频发送端，使用起来比较麻烦。
[0005]现存上述车辆的无线可视化遥控系统采用遥控系统与视频监控系统完全分离的方式，没有很好的利用现在越来越普及的WiFi局域网络，这个重要资源。
[0006]现存上述车辆的无线可视化遥控系统采用遥控系统与视频监控系统完全分离的方式，无法简便的通过添加中继的方式扩大无线遥控的范围。
【发明内容】
[0007]针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收装置及系统，其旨在解决现有技术的接收端设计将视频发送端分离而导致操作难度大，通讯方式不够便利且扩展性差等技术问题。
[0008]为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0009]一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收装置，包括扩展板，设置有CANOpen接口和USB接口 ；核心板，设置有处理器和存储器，处理器通过CANOpen接口接收铲运车的状态信息或向铲运车发送控制命令，还通过USB接口采集铲运车反馈的视频数据;无线网卡，用于向处理器输入控制命令和接收反馈状态信息，建立处理器与遥控端的通讯。
[0010]上述方案中，所述的处理器选用ARM架构嵌入式处理器。
[0011 ] 上述方案中，所述的处理器型号选用S5PV210。
[0012]上述方案中，所述的存储器，包括512兆RAM和512兆Nand Flash。
[0013]上述方案中，所述的扩展板还包括均与处理器连接的供电模块，SD卡接口和串口接口。
[0014]一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收系统，包括视频采集压缩模块，接收铲运车的源视频数据并压缩编码发送至遥控端;命令数据处理模块，接收遥控端发送的数据命令并转码发送至铲运车；铲运车状态数据处理模块，接收铲运车反馈的状态信息并以Socket通讯方式发送至遥控端;心跳检测功能模块，实时监测与遥控端的通讯状态。
[0015]上述方案中，所述的视频采集压缩模块，包括视频采集模块，利用内核按框架格式对源视频数据进行采集，获得视频数据;实时视频压缩模块，实时接收视频采集模块输出的视频数据，对视频数据进行压缩编码，并将压缩编码数据放入缓存区；视频传输模块，读取缓存区的压缩编码数据，利用流媒体传输方式发送至遥控端。
[0016]上述方案中，所述的命令数据处理模块，接收遥控端发送的数据命令，按应用层协议解析后转码为伊"运车命令码并通过CANOpen接口发送给伊^运车。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果:
[0018]通过设立中继设备提高遥控端与铲运车的通讯效率，该中继设备是可视化遥控接收装置，具有WiFi无线通讯和实时视频处理模块;使用更方便、空间体积显著减小、通用性高、扩展性好且成本更低廉;为遥控端和铲运车提供更可靠的、更稳定的中继驱动装置及系统。
【附图说明】
[0019]图1是本发明硬件系统架构图；
[0020]图2是本发明系统数据收发流程图。
【具体实施方式】
[0021]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0022]下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0023]实施例1
[0024]本发明是一个基于嵌入式Iinux的嵌入式设备，以一个arm架构的微处理器为运算平台，搭载Iinux操作系统。本发明硬件实现硬件主要包括核心板与扩展板两个部分，硬件架构如图1所示。
[0025]其中USB接口 O用于连接USB无线网卡，将设备接入WiFi无线网络；USBl用于连接USB摄像头，进行视频数据的采集;CANOpen接口用于与铲运车的CANOpen接口相连接，将控制数命令发送给铲运车及从铲运车获取状态数据。
[0026]本发明软件部分实现，将软件部分分为Iinux系统移植以及基于arm-Linux嵌入式系统的应用软件两个部分。
[0027]Linux系统移植包括建立交叉编译环境、内核裁剪、内核编译及镜像建立，具体方法如下。
[0028]建立交叉编译环境包括以下步骤:
[0029]I)安装Ubuntu虚拟操作系统；
[0030]2)安装交叉编译器；
[0031]3)配置Ubuntu虚拟机配置NFS服务器、ssh服务器以及建立Ubuntu虚拟机与接收端硬件的通信。
[0032]Linux系统内核的裁剪、内核编译及镜像建立包括以下步骤:
[0033]I)执行make menuconfig进入内核裁剪文本菜单的配置界面，根据需求对其进行配置；
[0034]2)执行make zImage生成Iinux内核映像；
[0035]3)将zlmage利用工具软件烧写入SD卡中；
[0036]如说明15中所述，本发明中基于arm-Linux嵌入式系统的应用软件，包含以下四个功能模块:心跳检测功能模块、视频采集压缩模块、命令数据处理模块和铲运车状态数据处理模块，此部分任务在于四个子功能模块的完成。S上述子模块在编码阶段以独立进程的方式实现，arm-linux嵌入式操作系统需要同时调度多个进程的执行，为了完成多任务协调工作，子功能模块需要用到多线程技术、进程间通信技术以及操作系统提供的进程管理技术。
[0037]嵌入式软件的开发，首先要搭建开发环境及相关方便调试的工具，开发环境包括宿主机Ubuntu虚拟操作系统及交叉编译器的安装、开发工具eclipse安装、gdb调试工具的安装。
[0038]gdb调试工具的安装包括arm-linux版本的gdbserver和一个x86版本交叉调试的gdb，具体步骤如下。
[0039]生成在Ubuntu虚拟机上运行的gdb包括如下步骤:
[0040]I)解压gdb源代码包
[0041 ] 2)执行./ conf igure生成Makef i Ie文件，并对Mikef i Ie文件进行配置
[0042]3)执行make文件完成编译
[0043]4)执行make install命令进行安装
[0044]交叉编译版本的gdbserver的移植具体步骤如下:
[0045]I)解压gdb源代码包
[0046]2)执行./ conf igure生成Makef i Ie文件，并对Mikef i Ie文件进行配置，制定编译器为交叉编译工具arm-1 inux-gcc
[0047]3)执行make文件完成编译
[0048]4)执行make ins tall会在指定的文件夹中生成gdbserver，将gdb server下载到arm-1 inux系统中即可运行。
[0049]在基于arm-1 inux应用程序的编写中，要使用ffmpeg和x264开源库，在应用程序开发前，要先进行上述两个开源库的移植。
[0050]X264库移植的具体步骤如下:
[0051 ] I)执行./configure配置相关参数
[0052]2)修改生成的conf ig.mak文件，尤其要制定交叉编译器
[0053]3)执行make完成文件编译
[0054]4)执行make install就完成安装[°°55] ffmpeg库移植的具体步骤如下:
[0056]I)执行./conf igure配置文件相关参数，尤其指定编译工具前面加上
[0057]arm-linux-，以及相关三方库的指定
[0058]2)执行make完成编译
[0059]3)执行make install安装在指定文件夹
[0060]下面分别介绍各个子功能模块的实现方法。
[0061 ]心跳检测功能模块实现的步骤如下:
[0062]心跳检测功能模块周期性的向控制端发送心跳包，并接收从控制端发来的心跳包，心跳包是数据量很小的数据包，包含包序列等一系列信息，为了保证实时性，使用UDP协议进行传输。接收端在某规定时间内接受不到心跳包，回认为接收端和遥控端已经断开网络连接，系统需要尝试连接无线局域网络，并对铲运车进行一系列紧急情况的处理，比如紧急停车，并鸣警示笛。
[0063]视频采集压缩模块实现步骤如下:
[0064]视频采集部分使用利用Iinux中视频设备的内核驱动Video41 inux2 (简称V4L2)框架进行视频采集，具体步骤如下:
[0065]I)打开设备文件
[ΟΟ??] 2)查看设备所支持的功能
[0067]3)选择视频输入
[0068]4)设置视频采集格式
[0069]5)向驱动申请帧缓冲空间
[0070]6)将申请到的帧缓冲空间映射到用户空间
[0071]7)进行视频米集
[0072]8)从帧缓冲中获取原始视频数据
[0073]9)将已经获取原始视频数据的帧缓冲重新放入帧缓冲队列，实现循环
[0074]采集
[0075]10)停止视频的采集
[0076]11)关闭视频设备
[0077]将上述步骤获取的原始视频数据利用x264框架进行压缩处理，x264框架进行视频压缩的方法比较简单，直接使用x264提供的API即可完成，尤其zerolatency参数的使用，能使延迟减小。视频压缩功能子模块压缩视频完成后，将压缩后的视频数据放入到输出缓冲区中，等待视频发送子模块从缓冲区中以次取出压缩后的视频帧数据使用UDP方式通过无线局域网络发送到控制端。
[0078]命令数据处理功能模块实现步骤如下:
[0079]命令数据处理功能模块通过监听某端口，从无线局域网获取遥控端发送过来的命令数据，遥控端命令数据以控制命令数据包的形式发送，命令数据处理功能模块接收到控制命令包后，按照自定义的应用层协议对控制命令包进行解包，通过某种对应关系，将数据解析成具体的控制命令，然后经过一定的格式进行转码，转码成铲运车能识别的控制命令，通过CANOpen总线发送给伊^运车。
[0080]铲运车状态数据处理功能模块实现步骤如下:
[0081 ]铲运车状态数据处理功能模块通过接收端设备与铲运车连接的CANOpen总线接口，实时获取铲运车的状态信息，获取数据后，铲运车状态数据处理功能模块将状态数据按照自定义的应用层协议格式对状态数据进行封装，然后通过无线局域网络发送给遥控端。
[0082]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收装置，其特征在于，包括 扩展板，设置有CANOpen接口和USB接口 ； 核心板，设置有处理器和存储器，处理器通过CANOpen接口接收铲运车的状态信息或向铲运车发送控制命令，还通过USB接口采集铲运车反馈的视频数据； 无线网卡，用于向处理器输入控制命令和接收反馈状态信息，建立处理器与遥控端的通讯。2.根据权利要求1所述的一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收装置，其特征在于，所述的处理器选用ARM架构嵌入式处理器。3.根据权利要求2所述的一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收装置，其特征在于，所述的处理器型号选用S5PV210。4.根据权利要求1所述的一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收装置，其特征在于，所述的存储器，包括512兆RAM和512兆Nand Flash。5.根据权利要求1所述的一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收装置，其特征在于，所述的扩展板还包括均与处理器连接的供电模块，SD卡接口和串口接口。6.—种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收系统，其特征在于，包括 视频采集压缩模块，接收铲运车的源视频数据并压缩编码发送至遥控端； 命令数据处理模块，接收遥控端发送的数据命令并转码发送至铲运车； 铲运车状态数据处理模块，接收铲运车反馈的状态信息并以Socket通讯方式发送至遥控端； 心跳检测功能模块，实时监测与遥控端的通讯状态。7.根据权利要求6所述的一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收系统，其特征在于，所述的视频采集压缩模块，包括 视频采集模块，利用内核按框架格式对源视频数据进行采集，获得视频数据； 实时视频压缩模块，实时接收视频采集模块输出的视频数据，对视频数据进行压缩编码，并将压缩编码数据放入缓存区； 视频传输模块，读取缓存区的压缩编码数据，利用流媒体传输方式发送至遥控端。8.根据权利要求6所述的一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收系统，其特征在于，所述的命令数据处理模块，接收遥控端发送的数据命令，按应用层协议解析后转码为铲运车命令码并通过CANOpen接口发送给铲运车。9.根据权利要求7所述的一种基于WiFi无线网络的可视化遥控接收系统，其特征在于， 所述的视频采集模块，利用内核驱动Video41 inux2框架进行格式为YUYV的源视频数据米集； 所述的实时视频压缩模块，采用X264框架对压缩的视频数据进行格式为H.264的编码。
【文档编号】G08C17/02GK105959652SQ201610527597
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】熊静琪, 孙飞, 曲辛, 冯洁
【申请人】电子科技大学