Android手机控制树莓派制作的四驱小车

年初的时候看到@段念-段文韬的这篇文章《使用树莓派制作的远程开门器》后,觉得硬件编程似乎没有想象的难。 之前认为硬件编程可能需要学习新的编程语言,需要特别的编程环境。然而树莓派使用Linux操作系统环境,只要Linux支持的编程语言 ,都可以成为你的选择。当语言环境不是问题的时候,对于我来说,我最感兴趣的部分是如何用树莓派来控制一些低速的外部设备,例如 :继电器、小马达。 一般的PC并不提供这些通用接口,PC只提供一些高速设备的接口如USB。 而树莓派不止提供了USB接口,还提供了GPIO接口,有了这个接口使得控制通用的外部设备得以实现。

开始之前,请用最方便的方式连入树莓派。我自己没有额外的显示器,所以只好通过MBA的Terminal直接SSH上去。 树莓派预装了Python,但是你需要安装RPI GPIO python来驱动GPIO。安装包地址:

import RPi.GPIO as GPIOGPIO.setup(7, GPIO.OUT)GPIO.output(7, True)GPIO.output(7,False)

代码中树莓派通过指定GPIO接口向外部发送信号,如果从外部向树莓派输入信号,则指定GPIO.input。整个小车需要的部件就是四个轮子,可以单独控制,所以下面我们只说说如何来控制其中的一个电机。

第一部分: 电机控制电路

接通VCC,GND模块电源指示灯亮

为了简化电路设计,考虑用驱动模块控制。这是我在淘宝购买的两路电机驱动 H桥 L9110 电机驱动模块,接上它,你只需要下面简单的连接,就可以让树莓派来控制电机了。驱动模块有电源、信号输入接口以及电源输出接口:

BOARD模式下的接口定义

第二部分:连接GPIO

要使用树莓派为GPIO提供连个设置模式,BOARD和BCM, 模式的不同GPIO的每一个接口的定义也不同(上图是BOARD模式下的定义),使用时必须在代码中必须明确指定他的模式:

import RPi.GPIO as GPIO #GPIO packageGPIO.setmode(GPIO.BOARD) #设置模式GPIO.setup(13, GPIO.OUT) #指定接口是输出还是输入GPIO.setup(15, GPIO.OUT) #指定接口是输出还是输入GPIO.output(13, GPIO.HIGH) #输出高电平GPIO.output(15, GPIO.LOW) #输出低电平这六行就是要让一个电机转起来的全部代码。代码中的指定了13 和15两个输出接口为驱动模块提供控制信号。我们要做的是在上图中找到这两个GPIO,把它们连接到IA1和IB1, 这个时候运行程序,电机转动。

当然,为代码更好读,可以专门写一个Wheel类来控制轮子。单个轮子只有三个操作, 前进、后退、停止,现在来封装这些操作:

第三部分:封装轮子

class Wheel:pins ={‘a’:[13,15],’b’:[16,18],’c’:[19,21],’d’:[22,24]}# 这里指定了四个轮子所使用的8个GPIO接口def __init__(self,name):self.name = nameself.pin = Wheel.pins[self.name]GPIO.setmode(GPIO.BOARD)GPIO.setup(self.pin[0],GPIO.OUT)GPIO.setup(self.pin[1],GPIO.OUT)self.stop()def forward(self):GPIO.output(self.pin[0],GPIO.HIGH)GPIO.output(self.pin[1],GPIO.LOW)def stop(self):GPIO.output(self.pin[0],False)GPIO.output(self.pin[1],False)def back(self):GPIO.output(self.pin[0],False)GPIO.output(self.pin[1],True)于是你就可以简单的使用一下一行代码达到之前六行代码的功能:Wheel(‘a’).forward() #a,b,c,d是四个轮子的名字通过调用每个Wheel实例,可以对他们自由操作。由于整个车是由四个轮子协同来工作的,我们需要同时来让四个轮子一起工作,对此对这种协同工作进行封装,让我们不必在关心怎样驱动4个轮子就可以前进了:

第四部分: 封装车子

我们希望车子能够前进、后退、左转、右转,于是可以这样来封装一下代码:

class Car: wheels=[Wheel(‘a’),Wheel(‘b’),Wheel(‘c’),Wheel(‘d’)] @staticmethoddef init():GPIO.setmode(GPIO.BOARD)@staticmethoddef forward():for wheel in Car.wheels:wheel.forward()@staticmethoddef back():for wheel in Car.wheels:wheel.back()@staticmethoddef left():Car.wheels[0].forward()Car.wheels[1].forward()Car.wheels[3].back()Car.wheels[2].back()@staticmethoddef right():Car.wheels[2].forward()Car.wheels[3].forward()Car.wheels[0].back()Car.wheels[1].back()@staticmethoddef stop():Car.wheel[0].stop()Car.wheel[1].stop()Car.wheel[3].stop()Car.wheel[2].stop()

Car是一个静态类,它提供的五个方式分别对应到小车的前、后、左、右、停。现在我们考虑远程遥控小车,因此小车必须提供和外部遥控设备的通信接口:

第五部分:通信程序

小车和外界的通信方式其实很多,红外、蓝牙、Wifi等等。根据我的设备清单我就选择了Wifi的方式,所以使用socket作为接口最直接不过了:

rom socket import *import sysimport timeimport carcommands ={‘forward’:Car.forward, ‘back’:Car.back, ‘stop’:Car.stop, ‘left’:Car.left, ‘right’:Car.right}def execute(command):print commandcommands[command]()HOST =’192.168.2.101′ #the ip of rapberry piPORT = 8888s= socket(AF_INET, SOCK_STREAM)s.bind((HOST, PORT))s.listen(1)print (‘listening on 8888’)while 1:conn, addr = s.accept()print (‘Connected by:’, addr)while 1:command= conn.recv(1024).replace(‘\n’,”)if not command:breakexecute(command)conn.close()> sudo python server.py 之后,树莓派会监听8888端口一旦有消息传递过来,根据命令参数调用相应的方法。小车的服务端接口就相当一个执行者,接受到命令就立刻执行,此次只要可以建立和小车的socket连接,便可以轻松控制,我们打算用Android手机来发送这个消息:

第六部分: Android手机操作小车

销售世界上第一号的产品——不是汽车,

Android手机控制树莓派制作的四驱小车

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