基于Openwrt路由器的遠程監(jiān)控平臺的搭建 - 全文

　　摘要：本文主要討論設計基于嵌入式OpenWrt系統(tǒng)的路由器的遠程監(jiān)控平臺，涵蓋的功能有視頻音頻監(jiān)測、自主移動、環(huán)境信息采集、位置定位、WiFi通信等，是一種具有高性價比、良好的操控性、安全性及可配置的遠程監(jiān)控智能設備平臺。

　　1、路由器的遠程監(jiān)控平臺采用兩層架構

　　上層以安裝OPENWRT系統(tǒng)TP—LinkWRT03N路由器（基于Atheros的AR9331芯片）作為上層的主板，主要負責功能為圖像采集模塊、無線通信模塊的功能，實現控制信號、圖像采集、聲音采集和WiFi無線通信的數據傳輸。上層架構硬件核心系統(tǒng)是基于TP—LinkWR703N的改造路由器，安裝OpenWrt系統(tǒng)設計出基于AtheroS的AR9331芯片WiFi通信模塊，選擇天敏$606、$608的網絡攝像頭為監(jiān)控視頻和聲音的硬件設施。實現遠程監(jiān)控、控制等功能。并且預留可擴張的接口，用于智能家居的控制。

　　下層是以通用8位或16位單片機為控制板，外按傳感器、電機驅動、顯示、串口通信電路等。主要實現運動過程控制、傳感器數據處理、串口遙控信號的接收和執(zhí)行。

　　遠程監(jiān)控平臺的軟件設計包括嵌入式操作系統(tǒng)、網絡攝像頭加載程序、視頻處理程序、WEB服務器程序以及單片機控制應用程序等。核心系統(tǒng)選用嵌入式LINUX發(fā)行版OpenWrt為上層硬件架構即路由器的操作系統(tǒng)。OpenWrt的設計開發(fā)理念是將操作系統(tǒng)分解組合成為一套完全可寫的文件系統(tǒng)及軟件包管理，使用軟件包的概念來管理嵌入式設備，因此嵌入軟件開發(fā)的過程變得更為簡單和容易。

　　2、OpenWrt嵌入式系統(tǒng)

　　我們需要通過改裝的路由器使實現下面的功能：驅動并控制攝像頭，通過串口控制硬件層的C51單片機，驅動無線網卡并連接，運行服務端，提供uI界面。而實現以上的功能，我們需要首先構建一個嵌入式操作系統(tǒng)。經過反復地討論研究，我們決定在主芯片是Atheros的AR9331路由器上移植OpenWrt。

　　OpenWrt它是一個開源的用于各種無線路由及嵌入式設備的linux發(fā)行版。它可以實現與另外一個著名的固件DDWRT相類似的功能。OpenWrt提供了一個完全可寫文件系統(tǒng)及軟件包管理，它通過簡單易用的方式，最大限度地降低了嵌入式linux開發(fā)的門檻，它允許使用軟件包的概念來定制嵌入式設備，這使得它能適用于絕大多數應用并實現更多的功能。對于開發(fā)人員，OpenWrt提供簡單易用的環(huán)境框架來構建應用程序。OpenWrt主頁：http：／／www．OpenWrt．org。

　　本課題重點研究的路由器，已經發(fā)布有通用的版本，因此不需要自己再去重復的編譯。為了深入學習和了解，也可以下載源碼來自己編譯，得到的“固件”效果是一樣。

　　3、整體設計思路

　　整體設計實現的步驟：

　　（1）改造能刷Linux的無線路由器，將其操作系統(tǒng)刷成OpenWrt。

　?。?）將Linux下的攝像頭驅動安裝到路由器上，即在路由器上安裝程序：掛載攝像頭、安裝mJPEG。

　?。?）PC端與機器人建立通訊。

　?。?）通過上位機操作，選擇PC端的上化機軟什，利用上機的Socket把特定的數據包發(fā)送到路由端。直接控制單片機電機運動，并能實時接收到機器人上的攝像頭視頻。整體設計如下圖1所示：

　　4、路由器刷機

　　提前準備好OPENWRT系統(tǒng)編譯好的“同什”，具體編譯方法存下一章會有介紹。這里先學會運用成熟的網絡公共資源，尋找主頁：http：／／www．OpenWrt．org或F載同件“openwrt—ar71XX—generic—tl—wr703nv1squashfs—sysupgrade．bin”（針對TPLINKWR703N路由器，Flash=4MBRAM=32MBar9331芯片屬于ar71XX），官網下載最新的OpenWrt固件，保證各種軟件的安裝不出問題，但是提供界面LUCI（WEB服務器軟件LuC），openwrt系統(tǒng)下的WEB服務器LuCi是一個嵌入式設備的Web框架。

　　本系統(tǒng)需要給路由器刷OPENWRT系統(tǒng)。目前刷饑大致有兩種方法，一種是通過網線法進行刷機，另一種是通過TTL線進行刷機。一般采用網線法刷機比較簡單，不需要什么工具。下面重點介紹網線法刷機步驟：

　　第一步：首先關閉路由器電源，網線連接電腦和路由器的LAN4或LAN1。

　　第二步：電腦IP設置為192．168．1．x／255．255．255．0（x為2-255之間的任意數字），網關不用設置。

　　第三步：用針狀物按住路由器的RST鍵，然后打外路由器電源，等待大概1O至15秒鐘，路由器的電源燈會變成紅色，此時可松開復位按鍵。

　　第四步：運行電腦端的cmd．exe，然后輸入ping192．168．1．1，測試是否能ping通，如能ping通繼續(xù)，否則返回榆查。

　　第五步：打開電腦瀏覽器輸入192．168．1．1，會出現一個頁面，即出現CFE更新的頁面，這里要選擇要刷的OpenWrt固件，請按圖示文字進行操作更新固件，此時固件選擇“openwrt．ar71xx—generic—tl—wr703n—vl—squashfs—sysupgrade．bin”，點擊確定開始刷機，然后等待一會兒，大概兩分鐘后路由器會自動重啟，至此說明路由器刷機完成。

　　第六步：這里還需要進行的步驟是開啟WiFi，設置pppoe聯網，安裝LUCI，本處暫時不詳細討論，因為在自己編譯固件時候可以將LUCI軟件編譯在一起。

　　也可以非常方便的在openwrt官網可得到LUCI軟件安裝包，使用putty（該軟件是嵌入式系統(tǒng)調試常用的軟件）登陸路由后，通過如下命令安裝LUCI與中文包：

　　opkgupdate／／先更新軟件列表

　　opkglist—installed／／進一步查看已安裝軟件

　　opkginstallluci／／執(zhí)行安裝LUCI

　　opkginstallluci—il8n—chinese／／安裝LUCI中文補丁支持中文

　　即可完成LUCI的安裝。

　　最后支持中文界面運行在PC上ping192．168．1．1，如能ping通路由器，則表示本次刷機成功，這時候可以訪問http：／／192．168．1．1將會看到期待的openwrtWEB中文界面，即WEB服務器軟件LuC中文版。如不能ping通則關閉電源，回到步驟前面幾步重做。

　　5、路由器上掛載攝像頭和安裝MJPEG

　　5．1路由器掛載攝像頭

　　目前常用的USB攝像頭分兩種：有驅的和免驅的。在本系統(tǒng)中使用的是有驅的，主控芯片為中星微301，此攝像頭掛載成功率100％，并且性價比高，特別適合本系統(tǒng)的設計。以下是OpenWrt掛載攝像頭的程序參考語句。

　　OpenWrt掛載UVC攝像頭

　　opkgupdate

　　opkginstallkmod—usb—ohci#一般BCM用的是ohciUSB控制器

　　#opkginstallkmod·usb—uhci#UHCIUSB控制器

　　opkginstallkmod-usb—-video

　　opkginstallkmod-video—-gspca—-core

　　opkginstallkmod-video—-core

　　opkginstallkmod一deo—UVC#免驅攝像頭

　　opkginstallkmod—video—gspca—zc3xx#攝像頭如zc301zc3zc305

　　opkginstallkmod—·i2c·-core

　　opkginstallkmod—-input-core

　　opkginstallmotion

　　5．2安裝監(jiān)控端作用的軟件MJPEG

　　MJPEG作為一個小型的視頻服務器軟件，對系統(tǒng)消耗非常小，也很適合本系統(tǒng)設計。（另外一種預選方案是考慮安裝Palantir模塊）

　?。?）安裝MJPEG

　　使用如下命令安裝：

　　Opkginstallmjpg-strcamer

　?。?）啟動MJPEG

　?。痚tc／init．d／mjpg—streamerstart

　　（3）查看圖像

　　由于火狐瀏覽器支持動態(tài)刷新，因此需要下載安裝火狐瀏覽器。在地址欄輸入：http：／／192．168．1．1：8080／？action—s~eam可查看到攝像頭的動態(tài)視頻。

　　6、PC端與機器人建立通訊

　　通過上位機操作，選擇PC端的上位機軟件，利用上位機的Socket把特定的數據包發(fā)送到路由端。直接控制單片機電機運動，并能實時接收到機器人上的攝像頭視頻。關于嵌入式系統(tǒng)通過上位機與PC通信的研究，已經有許多成熟的方案，本處不在展開討論。