【《以树莓派为控制核心的智能鱼缸喂食器设计》9100字（论文）】

以树莓派为控制核心的智能鱼缸喂食器设计摘要随着计算机网络通信技术、视频编译码技术和嵌入式技术的飞速发展，采用这种嵌入式网络技术的监控管理系统已成为监控管理领域的一个发展趋势。而且伴随着互联网的强大特点和功能，视频监测也更加注重对网络进行监控的方案，不仅需要体积小、遥感器远程化，成本低、功耗小、操作界面友好。本文主要研究如何将嵌入式开发平台与无线网络视频监控外部设备相结合，构建无线网络视频监控系统，包括视频图像的采集与处理、视频信息的打包与传输以及视频图像的显示。本课题是基于树莓派开发平台的嵌入式无线网络视频监控系统的设计与实现。本文根据实际情况，设计了一种以树莓派为控制核心的智能鱼缸喂食器，适用于大多数常见的鱼缸，可以在大多数气候条件下长期工作。本文设计的智能鱼缸喂料器可以随着外界环境的变化而改变喂料量，改善了一般市场喂料器的不足。关键词：树莓派；VideoforLinuxtwo；H.264；智能鱼缸目录摘要 1Abstract 21.引言 41.1智能鱼缸投食器设计的意义和背景 41.2智能鱼塘投食器的国内外研究现状 51.3设计的应用和意义 52.系统设计方案 62.1系统的总体规划 62.2网络监控系统设计的关键技术分析 62.2.1嵌入式技术 62.2.2嵌入式处理器 72.2.3嵌入式系统 72.2.4视频采集V4L2技术 72.2.5H.264视频编码技术 73.系统硬件的配置和操作系统的选择 83.1硬件配置 83.1.1树莓派 83.1.2CSI摄像头 83.2开发环境搭建和系统选择 103.3操作系统的安装 104.服务端的搭建 network={ssid="WiFi-B"psk="12345678"key_mgmt=WPA-PSKpriority=2scan_ssid=1#scan_ssid:连接隐藏WiFi时需要指定该值为1}如果你的WIFI没有密码network={ssid="你的无线网络名称（ssid）"key_mgmt=NONE}如果你的WIFI使用WEP加密network={ssid="你的无线网络名称（ssid）"key_mgmt=NONEwep_key0="你的wifi密码"}如果你的WIFI使用WPA/WPA2加密network={ssid="你的无线网络名称（ssid）"key_mgmt=WPA-PSKpsk="你的wifi密码"}(3)将tf卡连接回raspberrypie，启动连接pchotspot，通过putty查找raspberrypieip地址完成远程登录建立连接。同时，整个系统中的视频数据采用h.264编码，而nalu单元采用rtp打包。Nalu单元可以用于流媒体传输。Naluunit文件头如下图4-5所示,具体字节含义可以参考文献[7]。图4-5NALU头文件的组成NAL有三种结构:单一的NALU单元;两个以上的nalu单位的组合;一个过长的nalu单位需要分成多个部分。与rtp相对应，还有3种包装方式，通常采用单一的nalu单元包装和片式包装的形式。这些选项的选择取决于nal单元的长度，它以mtu(最大传输单元的缩写)的形式专业地表示，mtu是最大传输单元，mut的值为1500。对于第一种情况，当nal长度大约为1500字节时，rtp以图4-6所示的格式打包。图4-6RTP打包数据格式对于一个原始的H.264NALU单元常由［StartCode］［NALUHeader］［NALUPayload］三部分组成，其中StartCode用于标示这是一个NALU单元的开始，必须是"00000001"或"000001"。5.设计实现图5-1VLC视频播放效果对于视频解码和播放，VLCMediaPlayer用于测试。VLC是一款支持H.264视频流解码的开源播放器，适合开发。通过PuTTY进入RaspberryPi系统，设置如下命令:Sudoapt-gettheinstallVLC//installationinraspberrypieVLCsudoraspivid-o-t0-w640-h360-25FPS|CVLC-VVVstream:///dev/stdin,sout'#standard.dll中安装VLC{access=HTTP,mux=ts,DST=:8090}':demux=h264//使用RaspiVid采集视频，将视频流输入VLC，通过VLC通过HTTP协议ts封装转码到h264网络视频流，输出到8090端口。6.结束语对于国内外经济鱼类的庞大需求设计了一种普通池塘的智能投投食机，结合分析了市场上常见的鱼缸投食机，设计了一种经过温度传感器感受水温，根据温度变化，判断负责带动甩料盘甩料的电机是否运行。因此本设计采用了树莓派芯片作为核心控制，传感器的输送信号作为变量来控制电机的运行，进而改变了饲料的投喂量。如果传感器测得的外界环境温度大于最初设定的15度，电机在按键闭合后能够正常运转。当控制电机的开关打开时，当传感器测得鱼缸水温温度大于15度，则继电器吸合电机通电，电机带动齿轮一起旋转，甩料盘也随之旋转开始向鱼缸甩料投喂；若测得环境温度小于设定温度，则继电器释放，电机停止工作，甩料盘也停止工作，不在甩料投喂。本次仿真设定了电子时钟初始时间为12:00:00，初始温度为0度，外界温度初始值温度为25度，可以根据个人的需求通过按键来进行调整初始值。此次设计了根据温度变化改变是否投料，从而实现了池塘养殖的自动投喂，系统长时间工作稳定，抛料均匀，且抛料范围广，具有可行的实际生产应用价值。当然，智能鱼缸投食机还有几个方面可以接着深入学习，有些鱼苗对于水的酸碱性有着很高的要求，比如鲑鱼喜欢中性水质，鲤鱼喜欢在弱碱水质里面生存，水的酸碱值对鱼苗的正常生长有着很大的影响。还有水的含氧量对于鱼苗的正常生长有着重大的影响，如果水的含氧量过少，鱼苗可能会死亡，尤其是鲢鱼对水的含氧量要求很高，比鲫鱼要高出不少，不同的鱼苗对于水的含氧量也是有着不同的要求，在水的含氧量方面也可以进行深入学习。本文基于raspberrypie的远程网络监控系统基本实现了csicamera的视频数据采集，并通过v4l2技术调用相关函数(量子场论)实现视频数据采集和缓存，结合h.264编码技术对视频数据进行压缩，实现raspberrypie与pcsocket之间的实时同步通信，使用udp/rtp协议传输压缩的视频数据，最后在pc端访问raspberrypieip地址进行数据解压、解码、播放VLCmediaplayer。Vlc播放器是一个强大的，免费的，开源的媒体播放器，支持多种音频和视频编解码(包括h.264解码)，以及各种流媒体协议，如计费软件类似的播放器，如nplayer，也有infusepro，但相比vlc更多才多艺，所以在这个设计，vlc是首选播放器，结果仍然是成功的，视频分辨率640480，播放延迟约3000毫秒，基本的实时传输。然而，该系统的监控范围受到局域网覆盖范围的限制。如何实现外部网络的渗透和跨局域网的传输仍有待进一步研究。参考文献[1]王伟.基于开源软硬件技术的电力电子嵌入式计算平台[D].成都：西华大学，2014-05.[2]刘世轩.基于ARM的无线视频监控系统设计与实现[D].大连:大连理工大学，2016．[3]秦思.基于ARM和Linux的无线视频监控系统的研究[D].吉林:吉林大学，2012．[4]张辉，李新华，刘波，等.基于V4L2视频采集缓存机制应用与实现[J].现代电子技术，2010，33(20):54－56．[5]俞青.H.264编码技术在视频监控系统中的研究与应用[D].杭州:浙江工业大学，2011．[6]林海东，余强.基于H.264的网络视频监控系统设计与实现[J].西华大学学报(自然科学版)，2014(2):22－26．[7]冯天乔，刘付永忠，于培松，等.我国水产养殖装备研制应用的发展与展望[J].中国水产，2015（7）：91-93.[8]张晓双，傅玲琳，吕振明，等.国内外循环式工厂化水产养殖模式研究进展[J].饲料工业，2017（6）：61-64.[9]柿世成，届应洁。池塘投饵机自动控制系统[J].水产学杂志，2002，（15）：65-68[10]李嵩.视频网络RTP/RTCP的实现[D].哈尔滨:黑龙江大学，2015．[11]凡佳辉，刘冉，韩飞等.基于树莓派的智能机器人控制研究[D].信息技术与信息化，2018.[12]王德钊，周平，吕勇.基于树莓派的嵌入式Linux多线程图像采集方法[J].大学学报(自然科学汉文版)，2018.[13]许海，徐瑾，徐帅.基于Linux系统的树莓派系列开发[D].电脑知识与技术，2018.[14]汪鑫，彭雨薇.基于树莓派的网络监控系统的研究与实现[J].硅谷，2014(23).[15]Kaizhou，YouhongYuan.ASmartAmmunitionLibraryManagementSystemBasedonRaspberryPie[J].Proced