一种基于无线局域网的除草机器人控制系统及方法
【专利摘要】一种基于无线局域网的除草机器人控制系统及方法，包括PC监控台子系统、Zedboard嵌入式web服务器子系统、网络摄像机子系统和网络运动控制子系统。该发明能通过PC监控台子系统的无线路由和各台除草机器人上的无线收发装置组成一个稳定可靠的无线局域网，并且控制台通过网络访问各台机器人的嵌入式web服务器，利用网络摄像头监控运行状态，并通过网络发送即时控制指令。本发明公开的控制系统组成了一个开发便利、易于维护的除草机器人控制网络，实现一对一的控制形式，并通过一个监控台监控多台除草机器人；同时，无线局域网还解决了实时监控的视频数据传输问题，实现了监控台通过无线局域网实时监控每台除草机器人的运动状态。
【专利说明】一种基于无线局域网的除草机器人控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人无线控制领域，具体涉及一种通过无线局域网控制和观察除草机器人实时运动状态的系统。
【背景技术】
[0002]除草机器人在绿色无农害稻田运用于高效除草。传统的除草机器人都是独立的个体，通过各自的有线或无线控制设备远程遥控机器人的各项动作。这样大大的增加了设备投入的成本和人力投入成本。为了解决一对一控制，有人提出了 Zigbee组网控制系统。
[0003]Zigbee组网控制系统要求每台除草机器人单独安装Zigbee通讯模块，通过编程将各个除草机器人组网。控制台收集所有的除草机器人的状态，当要控制单独的一台除草机器人时，选择发送对像，通过Zigbee网络，利用控制手柄给除草机器人发送相应的运动指令。但是，Zigbee组网技术复杂，在开发和维护阶段有难度，降低了整个控制系统的可靠性、便利性和可行性。Zigbee组网数量有所限制，在多块稻田需要多台除草机器人的时候，Zigbee控制系统不能满足。同时Zigbee网络对于大数据传送具有严重的局限性，限制了实施监控视频的传输，不利于监控整个除草机器人系统的运行情况。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于无线局域网的除草机器人控制系统。
[0005]本发明的另一目的在于，提供一种基于无线局域网的除草机器人控制系统的控制方法。
[0006]为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种基于无线局域网的除草机器人控制系统，包括用于建立除草机器人无线局域网并实现除草机器人系统的监控和控制功能的PC监控台子系统、对PC监控台的网页访问提供网络服务并为网络摄像机的应用搭建提供支持服务的Zedboard嵌入式web服务器子系统、用于接收通过无线局域网络发来的PC监控台子系统命令并控制网络中除草机器人运动状态的网络运动控制子系统以及实现除草机器人系统的视频图像采集和压缩编码功能的网络摄像机子系统，所述的PC监控台子系统通过搭建无线局域网络与Zedboard嵌入式web服务器子系统进行信息交互，进而实现对网络摄像机子系统采集的实时画面的监控和对网络运动控制子系统的运动状态控制。
[0008]优选的，所述的网络摄像机子系统包括网络摄像机应用程序模块和USB摄像头，通过所述的USB摄像头实时采集现场图像，然后网络摄像机应用程序将视频数据压缩后传送至固定的缓存目录，以供网页中的流媒体播放器来访问。
[0009]优选的,所述的流媒体播放器为cambozola, VLC播放器或者videolanclient。
[0010]优选的，所述的网络运动控制子系统包括用于实现除草机器人不同运动功能的CGT(Common Gateway Interface,公共网关接口)程序模块、PWM(Pulse Width Modulation,脉宽调制)发生器驱动程序模块和IP核PWM发生器模块；所述的网络运动控制子系统根据网页的标签链接，来调用特定的CGI程序模块；所述的CGI程序模块通过命令解析，为PWM发生器驱动程序模块传送特定的控制参数；所述的PWM发生器驱动程序模块根据特定的控制参数调用IP核PWM发生器模块来产生特定的控制信号和PWM波形，进而实现对除草机器人的运动状态进行控制。
[0011]优选的，所述的PC监控台子系统通过无线路由器搭建无线局域网，通过浏览器输入不同的IP地址指定访问web服务器的默认网页，通过网页得到每个除草机器人USB摄像头获取并通过网络摄像机应用程序压缩处理后的实时画面，并通过网页控制按键来控制除草机器人的运动状态。
[0012]优选的，所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统，通过编译移植嵌入式web服务器为Zedboard系统提供网络访问功能，通过开发监控控制网页，使得PC监控台子系统可以通过网页来进行监控和控制除草机器人的运动状态。
[0013]优选的，所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统安装Boa单线程HTTP服务器。
[0014]优选的,所述的网络摄像机应用程序为M-JPEG编码软件mipg-streamer。
[0015]为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案:
[0016]一种基于无线局域网的除草机器人控制系统的控制方法，包括下述步骤:
[0017]S1、将PC监控台的网口和无线路由器的LAN 口通过网线连接，然后分别给PC监控台和无线路由器上电并初始化，设置无线参数，开启无线路由器的无线功能，构建PC监控台子系统的无线局域网络；
[0018]S2、将Zedboard嵌入式系统配备到每台除草机器人，通过编译移植，为每个嵌入式系统搭建配置Zedboard嵌入式web服务器子系统,所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统选择安装Boa单线程HTTP服务器，并开发集成实现控制和监控功能的特定网页，然后将其放入web服务器默认的路径；
[0019]S3、在所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统上搭建一个网络摄像机子系统，所述的网络摄像机子系统包括网络摄像机应用程序模块和USB摄像头，启用USB摄像头实时采集现场图像；
[0020]S4、在所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统中安装网络摄像机应用程序,所述的网络摄像机应用程序选用M-JPEG编码软件mipg-streamer,该网络摄像机应用程序将USB摄像头实时采集的视频数据压缩后传送至固定的缓存目录，以供网页中的一个名为cambozola的流媒体播放器来访问；
[0021]S5、在所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统上搭建一个网络运动控制子系统，包括用于实现除草机器人不同运动功能的CGI (Common Gateway Interface,公共网关接口)程序模块、PWM (Pulse Width Modulation，脉宽调制)发生器驱动程序模块和IP核PWM发生器模块；
[0022]S6、分别编写除草机器人不同运动功能的CGI程序，连接至监控网页的运动状态控制按键；
[0023]S7、在 Zedboard 的 PL (Programmable Logic 可编程逻辑)中编写 IP 核 PWM 发生器和为该IP核PWM发生器编写相应的Linux驱动程序，然后为该驱动程序提供相应的接口供CGI程序进行调用；[0024]S8、网络运动控制子系统(3)通过点击PC监控台的监控网页上运动状态控制按键来运行，当单击一个运动控制按键时，则在服务器后台调用一个相应的CGI程序，然后CGI程序解析运动控制命令，给PWM发生器驱动程序传送特定的参数，这样PWM发生器驱动程序就会驱动PL上的PWM模块产生对应的用于控制除草机器人电机运动方向的方向信号和控制除草机器人电机转速的PWM波，从而实现控制除草机器人的前后、转弯、变速运行。
[0025]优选的，在步骤S8中所述实现对除草机器人的前后、转弯、变速运行的控制方式具体为:
[0026]当除草机器人电机运动方向信号一致时，并且电机转速相同时则可以实现除草机器人的前后运动；
[0027]当除草机器人电机运动方向信号一致时，并且电机转速不同时可以实现除草机器人的差速转弯；
[0028]当除草机器人电机运动方向信号不一致时，可以实现除草机器人的原地转弯；
[0029]当除草机器人在前进或者后退时，改变PWM波的占空比可以实现除草机器人的变速。
[0030]本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:可以利用此发明构建一个开发便利、易于维护的除草机器人无线网络控制系统，实现了一对一的控制形式和一个监控台监控多台除草机器人；同时，无线局域网解决了大量实时监控视频数据的数据传输问题，实现了通过网络摄像头实时的监控各台除草机器人运行状态的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是基于无线局域网的除草机器人控制系统；
[0032]图中，附图标记为:1-PC监控台子系统,2-Zedboard嵌入式web服务器子系统，3-网络运动控制子系统，4-CGI程序模块，5-PWM发生器驱动程序模块，6-1P核PWM发生器模块，7-网络摄像机子系统，8-网络摄像机应用程序模块，9-USB摄像头。
【具体实施方式】
[0033]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0034]实施例
[0035]如图1所示，本发明公开了一种基于无线局域网的除草机器人控制系统，包括PC监控台子系统UZedboard嵌入式Web服务器子系统2、网络运动控制子系统3和网络摄像机子系统7。
[0036]首先，将PC监控台子系统I中的PC监控台的网口和无线路由的LAN 口通过网线连接，给PC监控台和无线路由器上电；在PC监控台的本地连接中设置连接属性，在Internet协议(TCP/IP) —项，选择自动获取IP地址，自动获得DNS服务器地址；打开火狐网页浏览器，输入192.168.1.1，进入无线路由器的管理设置界面，输入用户名和密码登陆路由器，关闭DHCP服务，并设置好无线参数，开启无线路由器的无线功能，构建PC监控台子系统的无线局域网络。
[0037]其次，给每台除草机器人配置一套Zedboard嵌入式Web服务器子系统2，通过编译移植，为每个嵌入式系统搭建配置web服务器，开发集成控制和监控的特定网页，并将其放入web服务器默认的路径。Zedboard嵌入式Web服务器子系统2选择安装Boa这个轻量级、占用系统资源非常少的单线程HTTP服务器，通过编译移植进入Zedboard嵌入式系统，并进行下列相应配置:在源码目录下找到boa.conf，在其基础上做出自己的修改，将Usernobody 项改为 UserO、将 Group nobody 项改为 GroupO、注释掉 DirectoryMaker/usr/lib/boa/boa_indexer,必须保证其他的辅助文件和设置必须和boa.conf里的配置相符,Boa才能正常工作；然后在Zedboard的系统中创建日志文件所在目录/var/log/boa，创建HTML文档的主目录/var/www,并将mime, types文件拷贝到/etc目录,仓ll建CGI脚本所在目录/var/www/cg1-bin。
[0038]同时，在web服务器上搭建一个嵌入式网络摄像机应用程序8，启动USB摄像头9，通过包括网络摄像机应用程序8和USB摄像头9的网络摄像机子系统7可以实时将摄取的画面通过压缩编码并传送至固定的缓存目录。随后，在网页中插入一个名为cambozola的流媒体播放器，用户在打开网页的时候就可以观察到传送过来的实时图像。流媒体播放器可以选择cambozola,但并不限于cambozola,实际应用中，经常使用的流媒体播放器还包括VLC播放器或者videolanclient等等流媒体播放器。网络摄像机应用程序8选择一款针对嵌入式领域作了优化的M-JPEG编码软件mjpg-streamer,这是一款开源软件,用于从网络摄像头(webcam)采集图像，然后把图像数据以流的形式通过IP的网络传输到浏览器。在Zedboard的嵌入式Iinux系统中安装编码软件mjpg-streamer,首先下载源码,修改其目录下plugins/input_uvc目录下的Makefile,然后通过交叉编译,接着将编译形成的input_uvc.so、output_http.so和JPEG编码库生成的Iibjpg库拷贝到Zedboard文件系统的/usr/lib/目录下。
[0039]最后，在所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统2上搭建一个网络运动控制子系统3,包括用于实现除草机器人不同运动功能的CGI (Common Gateway Interface,公共网关接口)程序模块4、PWM (Pulse Width Modulation，脉宽调制)发生器驱动程序模块5和IP核PWM发生器模块6。分别编写除草机器人不同运动功能的CGI程序，连接至监控网页的运动状态控制按键；在Zedboard的PL(Programmable Logic可编程逻辑)中编写IP核PWM发生器和为该IP核PWM发生器编写相应的Linux驱动程序，然后为该驱动程序提供相应的接口供CGI程序进行调用。所述的网络运动控制子系统3根据网页的标签链接，来调用特定的CGI程序模块4 ;所述的CGI程序模块4通过命令解析，为PWM发生器驱动程序模块5传送特定的控制参数；所述的PWM发生器驱动程序模块5根据特定的控制参数调用IP核PWM发生器模块6来产生特定的控制信号和PWM波形，进而实现对除草机器人的运动状态进行实时控制。
[0040]一种基于无线局域网的除草机器人控制系统的控制方法，包括下述步骤:
[0041]S1、将PC监控台的网口和无线路由器的LAN 口通过网线连接，然后分别给PC监控台和无线路由器上电并初始化，设置无线参数，开启无线路由器的无线功能，构建PC监控台子系统的无线局域网络；
[0042]S2、将Zedboard嵌入式系统配备到每台除草机器人，通过编译移植，为每个嵌入式系统搭建配置Zedboard嵌入式web服务器子系统,所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统选择安装Boa单线程HTTP服务器，并开发集成实现控制和监控功能的特定网页，然后将其放入web服务器默认的路径；
[0043]S3、在所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统上搭建一个网络摄像机子系统，所述的网络摄像机子系统包括网络摄像机应用程序模块和USB摄像头，启用USB摄像头实时采集现场图像；
[0044]S4、在所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统中安装网络摄像机应用程序,所述的网络摄像机应用程序选用M-JPEG编码软件mipg-streamer,该网络摄像机应用程序将USB摄像头实时采集的视频数据压缩后传送至固定的缓存目录，以供网页中的一个名为cambozola的流媒体播放器来访问；
[0045]S5、在所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统上搭建一个网络运动控制子系统，包括用于实现除草机器人不同运动功能的CGI (Common Gateway Interface,公共网关接口)程序模块、PWM (Pulse Width Modulation，脉宽调制)发生器驱动程序模块和IP核PWM发生器模块；
[0046]S6、分别编写除草机器人不同运动功能的CGI程序，连接至监控网页的运动状态控制按键；
[0047]S7、在 Zedboard 的 PL (Programmable Logic 可编程逻辑)中编写 IP 核 PWM 发生器和为该IP核PWM发生器编写相应的Linux驱动程序，然后为该驱动程序提供相应的接口供CGI程序进行调用；
[0048]S8、网络运动控制子系统通过点击PC监控台的监控网页上运动状态控制按键来运行，当单击一个运动控制按键时，则在服务器后台调用一个相应的CGI程序，然后CGI程序解析运动控制命令，给PWM发生器驱动程序传送特定的参数，这样PWM发生器驱动程序就会驱动PL上的PWM模块产生对应的用于控制除草机器人电机运动方向的方向信号和控制除草机器人电机转速的PWM波，从而实现控制除草机器人的前后、转弯、变速运行。
[0049]在上述步骤S8中所述的实现除草机器人的前后、转弯、变速运行的控制方式具体为:当除草机器人电机运动方向信号一致时，并且电机转速相同时则可以实现除草机器人的前后运动；当除草机器人电机运动方向信号一致时，并且电机转速不同时可以实现除草机器人的差速转弯；当除草机器人电机运动方向信号不一致时，可以实现除草机器人的原地转弯；当除草机器人在前进或者后退时，改变PWM波的占空比可以实现除草机器人的变速。
[0050]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于无线局域网的除草机器人控制系统，其特征在于:包括 用于建立除草机器人无线局域网并实现除草机器人系统的监控和控制功能的PC监控台子系统(1); 对PC监控台的网页访问提供网络服务，并为网络摄像机的应用搭建提供支持服务的Zedboard嵌入式web服务器子系统(2); 用于接收通过无线局域网络发来的PC监控台子系统命令并控制网络中除草机器人运动状态的网络运动控制子系统(3)； 以及实现除草机器人系统的视频图像采集和压缩编码功能的网络摄像机子系统(7); 所述的PC监控台子系统(1)通过搭建无线局域网络与Zedboard嵌入式web服务器子系统(2)进行信息交互，进而实现对网络摄像机子系统(7)采集的实时画面的监控和对网络运动控制子系统(3)的运动状态控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线局域网的除草机器人控制系统，其特征在于:所述的网络摄像机子系统(7)包括网络摄像机应用程序模块(8)和USB摄像头(9)，通过所述的USB摄像头(9)实时采集现场图像，网络摄像机应用程序(8)将视频数据压缩后传送至固定的缓存目录，以供网页中的流媒体播放器来访问。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线局域网的除草机器人控制系统，其特征在于:所述的流媒体播放器为cambozola、VLC播放器或者videolanclient。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线局域网的除草机器人控制系统，其特征在于:所述的网络运动控制子系统(3)包括用于实现除草机器人不同运动功能的CGI程序模块(4)、PWM发生器驱动程序模块(5 )和IP核PWM发生器模块(6 ); 所述的网络运动控制子系统(3)根据网页的标签链接，来调用特定的CGI程序模块(4);所述的CGI程序模块(4)通过命令解析，为PWM发生器驱动程序模块(5)传送特定的控制参数；所述的PWM发生器驱动程序模块(5)根据特定的控制参数调用IP核PWM发生器模块(6)来产生特定的控制信号和PWM波形，进而实现对除草机器人的运动状态进行控制。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线局域网的除草机器人控制系统，其特征在于:所述的PC监控台子系统(I)通过无线路由器搭建无线局域网，通过浏览器输入不同的IP地址指定访问web服务器的默认网页，通过网页得到每个除草机器人USB摄像头(9)获取并通过网络摄像机应用程序模块(8)压缩处理后的实时画面，并通过网页控制按键来控制除草机器人的运动状态。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线局域网的除草机器人控制系统，其特征在于:所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统(2)，通过编译移植嵌入式web服务器为Zedboard系统提供网络访问功能，通过开发监控控制网页，使得PC监控台子系统(I)可以通过网页来进行监控和控制除草机器人的运动状态。
7.根据权利要求1所述的一种基于无线局域网的除草机器人控制系统，其特征在于:所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统(2)安装Boa单线程HTTP服务器。
8.根据权利要求2或3所述的一种基于无线局域网的除草机器人控制系统，其特征在于:所述的网络摄像机应用程序(8)为M-JPEG编码软件mipg-streamer。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种基于无线局域网的除草机器人控制系统的控制方法，其特征在于，包括下述步骤:s1、将PC监控台的网口和无线路由器的LAN口通过网线连接，然后分别给PC监控台和无线路由器上电并初始化，设置无线参数，开启无线路由器的无线功能，构建PC监控台子系统(I)的无线局域网络； s2、将Zedboard嵌入式系统配备到每台除草机器人，通过编译移植，为每个嵌入式系统搭建配置Zedboard嵌入式web服务器子系统(2),所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统(2)选择安装Boa单线程HTTP服务器，并开发集成实现控制和监控功能的特定网页，然后将其放入web服务器默认的路径； s3、在所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统(2)上搭建一个网络摄像机子系统(7)，所述的网络摄像机子系统(7)包括网络摄像机应用程序模块(8)和USB摄像头(9)，启用USB摄像头(9)实时采集现场图像； s4、在所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统(2)中安装网络摄像机应用程序(8)，所述的网络摄像机应用程序选用M-JPEG编码软件mipg-streamer,该网络摄像机应用程序(8)将USB摄像头(9)实时采集的视频数据压缩后传送至固定的缓存目录，以供网页中的一个名为cambozola的流媒体播放器来访问； s5、在所述的Zedboard嵌入式web服务器子系统(2)上搭建一个网络运动控制子系统(3)，包括用于实现除草机器人不同运动功能的公共网关接口 CGI程序模块(4)、发生器驱动程序模块(5)和IP核PWM发生器模块(6); s6、分别编写除草机 器人不同运动功能的CGI程序，连接至监控网页的运动状态控制按键； s7、在Zedboard的可编程逻辑PL中编写IP核PWM发生器和为该IP核PWM发生器编写相应的Linux驱动程序，然后为该驱动程序提供相应的接口供CGI程序进行调用； s8、网络运动控制子系统(3)通过点击PC监控台的监控网页上运动状态控制按键来运行，当单击一个运动控制按键时，则在服务器后台调用一个相应的CGI程序，然后CGI程序解析运动控制命令，给PWM发生器驱动程序传送特定的参数，这样PWM发生器驱动程序就会驱动PL上的PWM模块产生对应的用于控制除草机器人电机运动方向的方向信号和控制除草机器人电机转速的PWM波，从而实现控制除草机器人的前后、转弯、变速运行。
10.根据权利要求9所述的一种基于无线局域网的除草机器人控制系统的控制方法，其特征在于，在步骤S8中所述实现对除草机器人的前后、转弯、变速运行的控制方式具体为: 当除草机器人电机运动方向信号一致时，并且电机转速相同时，可以实现除草机器人的前后运动； 当除草机器人电机运动方向信号一致时，并且电机转速不同时可以实现除草机器人的差速转弯； 当除草机器人电机运动方向信号不一致时，实现除草机器人的原地转弯； 当除草机器人在前进或者后退时，改变PWM波的占空比可以实现除草机器人的变速。
【文档编号】G05B19/418GK103901842SQ201410083588
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】杜启亮, 肖志远, 田联房, 邓亚平, 秦传波 申请人:华南理工大学