DIY远程智能监控机器人

设计摘要：

　　本项目论述了基于网络通信技术和FPGA实现家庭远程控制的方案。用户可以通过短信或Internet网络等方式，访问家庭控制器，通过车载摄像头监控家庭，从而实现家庭防火防盗的目的。设想如果在办公室想对家中的情况进行了解，而又束手无策时，本系统便很好的解决了这个问题，它可以通过PC机远程操控家中的智能小车，把车载摄像头采集的图像数据通过以太网的方式传送到PC端，而PC端又可以控制小车的移动以提取不同位置的信息，从而实现对家庭的远程监控。这实际是一项机器视觉的技术，在工业控制中有非常广的应用前景。在对人体有伤害的环境或者人不能到达的环境中，就能体现出它的优势。如极具危险的现代战争方面此类技术便能在无人员伤亡的情况下完成恶劣环境的侦查任务，或是在医疗领域，监护系统能对病人状态做出反应并传出数据，确保病人在危机关头迅速得到救治。如此人便可以通过远程智能监控机器人对复杂的环境进行监控。另外物联网越来越走进人们的生活，基于物联网技术的研究和应用会是未来的发展趋势。

　　本系统具有以下功能：

　　1、通过摄像头采集家庭图像信息，经由FPGA主控板处理并实现网络传输。

　　2、PC机可以根据实时图像远程操纵车载摄像头，对家中不同位置进行监控，杜绝监控死角。

系统原理：

　　系统包含了摄像头采集图像数据、基于FPGA实现以太网的远程传输和通信协议以及远程操控等多项技术。将家庭信息与互联网有机的结合起来，实现了远程智能化控制。系统包括：1、软核的构建。 2、USB摄像头的驱动的移植和编写。 3、LWIP的移植。 4、编写PC端的软件，实现PC与FPGA主控板的以太网的通讯。 5、实现从远程发送控制指令。

　　在图像采集方面有两套方案：一是用普通的USB摄像头，利用Xilinx Spartan®-6 FPGA上的USB口传输数据，此方案需要编写USB摄像头的驱动程序，并移植在开发板上。二是使用网络摄像头，通过路由器的级联来传输数据，但要实现 LWIP协议栈的移植。

技术特点：

　　在本设计中软核的构建和LWIP协议栈的移植是技术难点。

　　软核的构建：在本设计中，应用软处理器IP核，在一片FPGA内就能实现整个系统的设计。这样可以简化系统的结构，提高系统的整体性能。同时用FPGA构建以太网外设，如网口，USB口等。XILINX Microblaze构建端口型外设实现对小车电机的控制。

　　LWIP协议栈的移植：LWIP可以移植到操作系统上，也可以在无操作系统的情况下独立运行。LWIP实现的重点是在保持TCP/IP协议主要功能的基础上减少对RAM的占用，这使得LWIP协议栈很适合在嵌入式系统中使用。为了实现嵌入式系统终端连入互联网， 而有必要为其引入了网络功能。μC/OS II 是一个源代码开放的实时操作系统， 但是它只是一个实时的任务调度及通信内核， 并没有集成TCP/IP通信协议， 为了实现网络功能， 需要在μC/OS II 移植一个轻量级的TCP/IP 通信协议LwIP。

系统框图：