【導讀】本設計主要研究基于WIFI網(wǎng)絡的可視化無線遙控搬運機器人，利用WIFI網(wǎng)絡高速傳輸實時視頻圖像采集，通過機器人安裝的傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。采用WIFI網(wǎng)絡通訊使得控制端多樣化，可用手機，電腦等具備WIFI功能的設備進行控制。這里主要講解可視化WIFI遙控搬運機器人之客戶端設計。
本設計主要研究基于WIFI網(wǎng)絡的可視化無線遙控搬運機器人，利用WIFI網(wǎng)絡高速傳輸實時視頻圖像采集，通過機器人安裝的傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。采用WIFI網(wǎng)絡通訊使得控制端多樣化，可用手機，電腦等具備WIFI功能的設備進行控制。此外，還可將機器人接入Internet實現(xiàn)更遠距離的控制。本設計在S3C6410平臺上移植了Linux操作系統(tǒng)用于接收命令并對硬件設備進行控制，其中移植了MJPGstreamer作為視頻服務器，移植了BOA服務器作為WEB服務器。本文將從硬件設計，驅(qū)動程序編寫，服務器移植，服務程序編寫，Android應用程序編寫，Web應用程序編寫等方面來講述本設計的功能實現(xiàn)。
總體設計及硬件選型和電路部分：可視化WIFI遙控搬運機器人(1)：硬件部分
驅(qū)動程序編寫，服務器移植，服務程序編寫部分：可視化WIFI遙控搬運機器人(2)：服務器搭建
4 客戶端程序設計
4.1 Android客戶端設計
4.1.1 Android客戶端軟件流程圖
圖 4-1 Android應用程序流程圖
如圖4-1所示，Android端的應用程序采用多線程技術，其中一個子線程每60S向服務器發(fā)送一個獲取電量的命令并根據(jù)收到的數(shù)據(jù)進行更新顯示，另一個線程根據(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)用戶的實際操控發(fā)送相應的命令給服務器并從服務器獲得機器人的最新數(shù)據(jù)來實時更新。其命令的發(fā)送方式采用HTTP協(xié)議中的GET方法。
4.1.2 HTTP GET方法簡介
GET方法是HTTP協(xié)議中定義的多種與服務器進行交互的方法之一，它一般用于獲取/查詢資源信息。該方法請求的數(shù)據(jù)會附在URL之后，并且提交的數(shù)據(jù)最多只能是1024字節(jié)，但是本設計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器人數(shù)據(jù)信息。使用該方法來發(fā)送命令，服務器端的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器的數(shù)據(jù)，并且客戶端應用程序可以在HttpResponse中獲得服務器端返回的數(shù)據(jù)。
4.1.3 HTTP GET方法實現(xiàn)
Android應用中HTTP GET方法實現(xiàn)部分代碼如下：
public String doGet(String url){
//參數(shù)設置
...
//創(chuàng)建 HttpClient 的實例
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());
}
...
}
4.1.4 Mjpeg協(xié)議介紹
Mjpeg即Motion JPEG。MJPEG將服務器端發(fā)送來的一張張JPG圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，客戶端不斷的接收圖像數(shù)據(jù)并顯示更新即形成了動態(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，客戶端首先發(fā)一個GET方法，如果服務器接收響應則會設置context type的boundary子屬性來指明。然后服務器端開始發(fā)送圖片數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)頭部會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)的長度，Content-Type字段指明圖像的類型其值為image/jpeg。當一幀圖像數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，服務器端將會發(fā)送邊界字符串來表示一幀圖像發(fā)送結(jié)束。
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4.1.5 Mjpeg解析圖像數(shù)據(jù)流程圖
圖 4-2 Mjpeg解析圖像流程圖
4.1.6 Mjpeg解析圖像數(shù)據(jù)代碼
在Android客戶端需要根據(jù)Mjpeg協(xié)議來編寫代碼實現(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){
}
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4.2 Web客戶端設計
4.2.1 Web客戶端程序流程圖
如圖4-3所示，WEB客戶端采用AJAX技術，其功能模塊大體上分為3個部分：第一部分主要是監(jiān)測用戶的操作并采用HTTP GET方法來發(fā)送控制命令，最后將服務器返回的信息更新顯示。第二部分主要為120S定時發(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
4.2.2 AJAX技術簡介
AJAX（Asynchronous Javascript + XML）即異步JavaScript和XML技術的簡稱，它可以實現(xiàn)網(wǎng)頁異步更新。采用該方法來設計WEB應用，可以只對網(wǎng)頁的部分內(nèi)容進行更新，而不需要重新對整個頁面進行加載。其工作原理如下圖所示：
圖 4-4 AJAX工作原理
4.2.3 圖像數(shù)據(jù)顯示實現(xiàn)
采用WEB瀏覽器來顯示的時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技術實現(xiàn)命令發(fā)送與數(shù)據(jù)更新
XMLHttpRequest 是 AJAX 的最基礎的部分，本設計中的部分代碼如下：
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)
...
}
}
}
}
}
5 結(jié)束語
本文從硬件選型，硬件電路設計，系統(tǒng)移植，驅(qū)動程序移植編寫，服務器搭建，服務器程序編寫，以及Android客戶端和Web客戶端應用程序編寫方面進行了較為詳細的介紹。通過自己的努力，完成了最低層的硬件設計到最上層軟件開發(fā)，實現(xiàn)了本設計的基本功能。最終用戶能夠通過Android客戶端和Web客戶端對機器人進行夾持，運輸，擺放動作的控制，并且能夠?qū)崟r地返回機器人采集到的圖像數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)。
由于本設計基于成本的考慮，并沒有采用大功率高精度的硬件設備，所以只能作為一種功能演示以及技術可行性演示。在后續(xù)的工作中還可以提升硬件設備，調(diào)整應用程序來獲得更好的使用價值以及更好的用戶體驗。
