DIY遠程智能監控機器人

設計摘要：

本項目論述了基于網絡通信技術和FPGA實現家庭遠程控制的方案。用戶可以通過短信或Internet 網絡等方式，訪問家庭控制器，通過車載攝像頭監控家庭，從而實現家庭防火防盜的目的。設想如果在辦公室想對家中的情況進行了解，而又束手無策時，本系統便很好的解決了這個問題，它可以通過PC機遠程操控家中的智能小車，把車載攝像頭采集的圖像數據通過以太網的方式傳送到PC端，而PC端又可以控制小車的移動以提取不同位置的信息，從而實現對家庭的遠程監控。這實際是一項機器視覺的技術，在工業控制中有非常廣的應用前景。在對人體有傷害的環境或者人不能到達的環境中，就能體現出它的優勢。如極具危險的現代戰爭方面此類技術便能在無人員傷亡的情況下完成惡劣環境的偵查任務，或是在醫療領域，監護系統能對病人狀態做出反應并傳出數據，確保病人在危機關頭迅速得到救治。如此人便可以通過遠程智能監控機器人對復雜的環境進行監控。另外物聯網越來越走進人們的生活，基于物聯網技術的研究和應用會是未來的發展趨勢。

本系統具有以下功能：

1、通過攝像頭采集家庭圖像信息，經由FPGA主控板處理并實現網絡傳輸。

2、PC機可以根據實時圖像遠程操縱車載攝像頭，對家中不同位置進行監控，杜絕監控死角。

系統原理：

系統包含了攝像頭采集圖像數據、基于FPGA實現以太網的遠程傳輸和通信協議以及遠程操控等多項技術。將家庭信息與互聯網有機的結合起來，實現了遠程智能化控制。系統包括：1、軟核的構建。 2、USB攝像頭的驅動的移植和編寫。 3、LWIP的移植。 4、編寫PC端的軟件，實現PC與FPGA主控板的以太網的通訊。 5、實現從遠程發送控制指令。

在圖像采集方面有兩套方案：一是用普通的USB攝像頭，利用Xilinx Spartan®-6 FPGA上的USB口傳輸數據，此方案需要編寫USB攝像頭的驅動程序，并移植在開發板上。二是使用網絡攝像頭，通過路由器的級聯來傳輸數據，但要實現 LWIP協議棧的移植。

技術特點：

在本設計中軟核的構建和LWIP協議棧的移植是技術難點。

軟核的構建：在本設計中，應用軟處理器IP核，在一片FPGA內就能實現整個系統的設計。這樣可以簡化系統的結構，提高系統的整體性能。同時用FPGA構建以太網外設，如網口，USB口等。XILINX Microblaze構建端口型外設實現對小車電機的控制。

LWIP協議棧的移植：LWIP可以移植到操作系統上，也可以在無操作系統的情況下獨立運行。LWIP實現的重點是在保持TCP/IP協議主要功能的基礎上減少對RAM的占用，這使得LWIP協議棧很適合在嵌入式系統中使用。為了實現嵌入式系統終端連入互聯網， 而有必要為其引入了網絡功能。μC/OS II 是一個源代碼開放的實時操作系統， 但是它只是一個實時的任務調度及通信內核， 并沒有集成TCP/IP通信協議， 為了實現網絡功能， 需要在μC/OS II 移植一個輕量級的TCP/IP 通信協議LwIP。

系統框圖：