Système de surveillance mobile – Robot caméra Raspberry Pi/Arduino piloté par Android (MQTT, uv4l, Docker)

Vue d'ensemble

Robot téléopéré avec retour vidéo temps réel : châssis 4 roues (2 motrices avant, 2 roues libres arrière), caméra Raspberry Pi, Arduino Pro Mini pour contrôle bas niveau (moteurs, lumière, capteurs IR), liaison série vers Pi. Le Pi héberge : streaming vidéo uv4l (WebRTC/MJPEG), broker MQTT Mosquitto, passerelle Python (Docker) ↔ Arduino. L'application Android affiche le flux vidéo et envoie les commandes via MQTT.

Architecture logicielle (4 couches)

1. Android App : WebView (flux uv4r) + joystick virtuel + boutons → publie sur topics MQTT (robot/cmd).
2. MQTT Broker (Mosquitto) : sur Pi, port 1883, authentification user/pass.
3. Passerelle Python (Docker) : abonnée à robot/cmd, traduit en protocole série Arduino (M:dir:power;, L:0/1;), publie télémétrie (robot/telemetry : distances IR avant/arrière).
4. Arduino Pro Mini : exécution temps-réel (PWM moteurs, lecture IR 10 Hz, sécurité timeout 300 ms).

Matériel – Châssis & Électronique

Mécanique (plexiglas/plastique découpé)

• Base 18×13 cm : 2 moteurs DC + réducteurs + supports, pont en H (L298) face dessous.
• Roues arrière : 2 roues multidirectionnelles sur entretoises hexagonales 2 cm.
• Partie haute : 2 plaques en L (12×13 + 6,5×13 cm) collées, supportent Pi, caméra, phare LED, électronique.
• Écartement au sol > 2 cm.

Électronique embarquée

Arduino Pro Mini 328P 5V/16 MHz	1
Shield L298 Dual H-Bridge (ou module)	1
2 × Capteurs IR obstacle (avant/arrière)	2
Phare LED 5V (démonté d'une lampe torche) + transistor NPN + R 220 Ω	1
Régulateur 7805 (5V pour Arduino), Régulateur 3,3V (ligne TX Pi→Arduino)	1+1
Connecteurs PCB (KF301, headers), interrupteur, prise XT60 (LiPo 2S 1300 mAh)	1 lot
Raspberry Pi 3 + Caméra + Boîtier + Carte SD (Raspbian)	1
Powerbank 5V pour Pi (ou convertisseur 12V→5V depuis LiPo)	1

Brochage Arduino

• Phare : D3
• Moteur G : PWM D5, EN1 A4, EN2 A5
• Moteur D : PWM D6, EN1 A3, EN2 A2
• IR Avant : A0, IR Arrière : A1
• Série vers Pi : TX D11, RX D10 (SoftwareSerial)

Firmware Arduino – Protocole série

Commandes reçues (ASCII, terminées par ;) :

• M:-25:16; → direction gauche (-25), puissance 16 → conversion % gauche/droite + sens.
• M:44:19; → direction droite (44), puissance 19.
• L:1; / L:0; → phare ON/OFF.

Télémétrie émise toutes les 500 ms : F=3:B=0; (distance avant/arrière 0–10).

Bibliothèque requise : TextMotorCommandsInterpretter (GitHub danionescu0).

Configuration Raspberry Pi

1. Raspbian Lite + activation caméra (raspi-config) + SSH.
2. IP fixe WiFi ou réservation DHCP. Port forwarding routeur : 9090 (uv4l), 1883 (Mosquitto) si accès externe.
3. Installer uv4l : git clone .../robot-camera-platform.git → sh ./uv4l/install.sh → configurer uv4l/start.sh (port, résolution, fps, rotation, mot de passe).
4. Installer Docker & Docker Compose (ARM) : curl -sSL https://get.docker.com | sh, pip3 install docker-compose.
5. Configurer config.py (port série /dev/ttyS0 ou /dev/ttyAMA0, 9600 bauds, credentials MQTT).
6. Configurer docker-container/mosquitto/Dockerfile (user/pass Mosquitto).
7. Lancer : docker-compose up -d (construit image Python + lance Mosquitto + passerelle).
8. Services systemd pour auto-démarrage : robot-camera.service (passerelle), robot-camera-video.service (uv4l).

Application Android

1. Cloner android-robot-camera.
2. Ouvrir dans Android Studio, configurer passwords.xml (hôte MQTT, port, user/pass, URL streaming https://IP_PI:9090/stream/video.mjpeg).
3. Compiler, installer sur téléphone (mode développeur + débogage USB).

Interface utilisateur

• Gauche : flux vidéo MJPEG dans WebView.
• Droite : joystick tactile (direction + puissance), bouton phare.
• Haut-droite : statut – flèches obstacles (avant/arrière), « Connected »/« Disconnected » MQTT.

Débogage par couches

1. Arduino : FTDI sur pins 10/11 → moniteur série → envoyer M:0:50;, L:1;.
2. Pi – Docker : docker ps (2 conteneurs up), netstat -nltp (ports 9090, 1883), ls -l /dev/ttyS0.
3. Pi – Série : systemctl stop robot-camera → picocom -b 9600 /dev/ttyS0 → tester commandes.
4. MQTT : client mosquitto_sub/pub depuis PC ou téléphone.
5. Streaming : navigateur → https://IP_PI:9090/stream.
6. Android : Logcat, vérifier « Connected » en haut à droite.

Extensions – Suivi d'objet par couleur

Script Python navigation/object_tracking.py (OpenCV 3 + HSV) : détection blob couleur configurable (hsv_bounds, object_size_threshold). Lancer dans session VNC graphique sur le Pi : python3 object_tracking.py colored-object --show-video. Peut servir de base pour suivi de personne, patrouille, etc.

Ressources

• Dépôt principal (Arduino, Python, Docker, systemd) : GitHub danionescu0/robot-camera-platform
• Application Android : GitHub danionescu0/android-robot-camera
• Schéma Fritzing : sketch_nWf7cZeUWL.fzz