【導讀】本設計主要研究基于WIFI網絡的可視化無線遙控搬運機器人，利用WIFI網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數據采集。采用WIFI網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網絡的可視化無線遙控搬運機器人，利用WIFI網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數據采集。采用WIFI網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實現更遠距離的控制。本設計在S3C6410平臺上移植了Linux操作系統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。
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向服務器發送一個獲取電量的命令并根據收到的數據進行更新顯示，另一個線程根據MJPEG協議來解析出圖像數據并更新顯示，主線程主要完成用戶操控事件的監聽，并根據用戶的實際操控發送相應的命令給服務器并從服務器獲得機器人的最新數據來實時更新。其命令的發送方式采用HTTP協議中的GET方法。
4.1.2 HTTP GET方法簡介
GET方法是HTTP協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。該方法請求的數據會附在URL之后，并且提交的數據最多只能是1024字節，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據信息。使用該方法來發送命令，服務器端的CGI程序可以在QUERY-STRING環境變量中非常方便的獲取到客戶端傳送給服務器的數據，并且客戶端應用程序可以在HttpResponse中獲得服務器端返回的數據。
4.1.3 HTTP GET方法實現
Android應用中HTTP GET方法實現部分代碼如下：
public String doGet(String url){
//參數設置
...
//創建 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方法獲得返回結果
return EntityUtils.toString(response.getEntity());
}
...
}
4.1.4 Mjpeg協議介紹
Mjpeg即Motion JPEG。MJPEG將服務器端發送來的一張張JPG圖像數據發送給客戶端，客戶端不斷的接收圖像數據并顯示更新即形成了動態的圖像。MJPEG在HTTP中mjpg的在http的mime type是"x-mixed-replace"。獲取視頻圖像數據時，客戶端首先發一個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送圖片數據，在數據頭部會有圖片類型以及大小信息，其中Content-Length字段指明圖像數據的長度，Content-Type字段指明圖像的類型其值為image/jpeg。當一幀圖像數據發送完畢后，服務器端將會發送邊界字符串來表示一幀圖像發送結束。
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4.1.5 Mjpeg解析圖像數據流程圖
圖 4-2 Mjpeg解析圖像流程圖
4.1.6 Mjpeg解析圖像數據代碼
在Android客戶端需要根據Mjpeg協議來編寫代碼實現圖像數據的解析，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以后的數據
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);//定位到圖像數據部分
}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：第一部分主要是監測用戶的操作并采用HTTP GET方法來發送控制命令，最后將服務器返回的信息更新顯示。第二部分主要為120S定時發送獲取電源電量值得命令，并將獲得的數據更新顯示。第三部分獲取圖像數據并顯示。
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，它可以實現網頁異步更新。采用該方法來設計WEB應用，可以只對網頁的部分內容進行更新，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 圖像數據顯示實現
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技術實現命令發送與數據更新
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 結束語
本文從硬件選型，硬件電路設計，系統移植，驅動程序移植編寫，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，實現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，并且能夠實時地返回機器人采集到的圖像數據和傳感器數據。
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。在后續的工作中還可以提升硬件設備，調整應用程序來獲得更好的使用價值以及更好的用戶體驗。
