使用樹莓派製作智慧小車
阿新 • • 發佈：2020-10-11
電影裡，時不時地可以看到一些這樣的場景，一輛小車，上面裝有攝像頭，這輛小車可以通過電腦或都是手機進行遠端遙控，車上攝像頭拍到的畫面，可以實時地顯示在電腦或手機上，就像下圖這樣。
沒有接觸過這方面的朋友或許會覺得這是一門很高大上的技術活，其實，並不然，這種小車做起來其實很簡單。那麼，這樣子的小車，需要怎麼去做呢？
其實，我們只需要準備一塊控制小車的電路板（開發板），2到4個電機（馬達）、小車架子一個、攝像頭以及攝像頭雲臺一個，以上這些基礎配件，然後對開發板進行程式設計、控制就可以了，整 體硬體成本加起來不到500塊錢。
開發板：
開發板有很多種，比如51微控制器、樹莓派、STM32、Arduino、micro:bit等等，都可以做為小車的控制板，我使用的是樹莓派開發板，然後，可持樹莓派有很多版本、型號，最便宜的樹莓派zero 68元就可以買到，不過不建議買這種，沒有網絡卡，需要另外買網線模組，我使用的是樹莓派3B，價格220元，帶有無線和有線網絡卡，還帶有藍芽。
小車架子：某寶上有很多這種車架子，各式各樣的，只需要在某寶上搜索“智慧小車”就能找到，帶上馬達一整套，也就五六十塊錢。
攝像頭+雲臺：某寶上也是一搜一大堆，比如我下面用的那個，45塊錢。
配件準備好了，就是給小車的開發板裝系統，然後對小車進行程式設計控制。
小車的控制最主要有兩方面的控制，一個是小車的前後左右的運動控制，一個是攝像頭的拍攝、上下左右轉運的控制。
#-*- coding:UTF-8 -*-
import RPi.GPIO as GPIO
import time
#小車電機引腳定義
LeftIn1 = 20
LeftIn2 = 21
LeftSpeed = 16
RightIn1 = 19
RightIn2 = 26
RightSpeed = 13
#設定GPIO口為BCM編碼方式
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
#忽略警告資訊
GPIO.setwarnings(False)
#電機引腳初始化操作
def car_init():
global pwm_LeftSpeed
global pwm_RightSpeed
global delaytime
GPIO.setup(LeftSpeed,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(LeftIn1,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(LeftIn2,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(RightSpeed,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(RightIn1,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(RightIn2,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
#設定pwm引腳和頻率為2000hz
pwm_LeftSpeed = GPIO.PWM(LeftSpeed, 2000)
pwm_RightSpeed = GPIO.PWM(RightSpeed, 2000)
pwm_LeftSpeed.start(0)
pwm_RightSpeed.start(0)
#小車前進
def run(delaytime):
GPIO.output(LeftIn1, GPIO.HIGH)
GPIO.output(LeftIn2, GPIO.LOW)
GPIO.output(RightIn1, GPIO.HIGH)
GPIO.output(RightIn2, GPIO.LOW)
pwm_LeftSpeed.ChangeDutyCycle(80)
pwm_RightSpeed.ChangeDutyCycle(80)
time.sleep(delaytime)
#小車後退
def back(delaytime):
GPIO.output(LeftIn1, GPIO.LOW)
GPIO.output(LeftIn2, GPIO.HIGH)
GPIO.output(RightIn1, GPIO.LOW)
GPIO.output(RightIn2, GPIO.HIGH)
pwm_LeftSpeed.ChangeDutyCycle(80)
pwm_RightSpeed.ChangeDutyCycle(80)
time.sleep(delaytime)
#小車左轉
def left(delaytime):
GPIO.output(LeftIn1, GPIO.LOW)
GPIO.output(LeftIn2, GPIO.LOW)
GPIO.output(RightIn1, GPIO.HIGH)
GPIO.output(RightIn2, GPIO.LOW)
pwm_LeftSpeed.ChangeDutyCycle(80)
pwm_RightSpeed.ChangeDutyCycle(80)
time.sleep(delaytime)
#小車右轉
def right(delaytime):
GPIO.output(LeftIn1, GPIO.HIGH)
GPIO.output(LeftIn2, GPIO.LOW)
GPIO.output(RightIn1, GPIO.LOW)
GPIO.output(RightIn2, GPIO.LOW)
pwm_LeftSpeed.ChangeDutyCycle(80)
pwm_RightSpeed.ChangeDutyCycle(80)
time.sleep(delaytime)
#小車原地左轉
def spin_left(delaytime):
GPIO.output(LeftIn1, GPIO.LOW)
GPIO.output(LeftIn2, GPIO.HIGH)
GPIO.output(RightIn1, GPIO.HIGH)
GPIO.output(RightIn2, GPIO.LOW)
pwm_LeftSpeed.ChangeDutyCycle(80)
pwm_RightSpeed.ChangeDutyCycle(80)
time.sleep(delaytime)
#小車原地右轉
def spin_right(delaytime):
GPIO.output(LeftIn1, GPIO.HIGH)
GPIO.output(LeftIn2, GPIO.LOW)
GPIO.output(RightIn1, GPIO.LOW)
GPIO.output(RightIn2, GPIO.HIGH)
pwm_LeftSpeed.ChangeDutyCycle(80)
pwm_RightSpeed.ChangeDutyCycle(80)
time.sleep(delaytime)
#小車停止
def brake(delaytime):
GPIO.output(LeftIn1, GPIO.LOW)
GPIO.output(LeftIn2, GPIO.LOW)
GPIO.output(RightIn1, GPIO.LOW)
GPIO.output(RightIn2, GPIO.LOW)
pwm_LeftSpeed.ChangeDutyCycle(80)
pwm_RightSpeed.ChangeDutyCycle(80)
time.sleep(delaytime)
攝像頭控制有兩部分，一是拍攝、二是雲臺轉動。
攝像頭的拍攝：拍攝部分，我使用的是mjpg-streamer，這個工具可以把小車上的攝像頭當作遠端攝像頭（Web Camera）使用，安裝的方式也很簡單：
#安裝必要的庫 sudo apt-get update sudo apt-get install libjpeg8-dev sudo apt-get install imagemagick sudo apt-get install libv4l-dev sudo apt-get autoremove cmake sudo apt-get install cmake
必要庫安裝好後，下載mjpg-streamer到樹莓派上，並執行編譯即可：
cd mjpg-streamer/mjpg-streamer-experimental make all sudo make install
通過以上操作，就可以啟動攝像頭了：
#執行mjpg-streamer ./mjpg_streamer -i "./input_uvc.so" -o "./output_http.so -w ./www"
攝像頭啟動後，可以在區域網內的任何一臺電腦上使用瀏覽器輸入：http://樹莓派IP:8080/?action=stream 即可看到攝像頭拍到的畫面。
雲臺控制：雲臺的主是對控制上下和左右的兩舵機進行編碼控制：
import RPi.GPIO as GPIO
import time
import pygame
#舵機引腳定義
ServoUpDownPin = 9
ServoLeftRightPin = 11
#設定GPIO口為BCM編碼方式
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
#忽略警告資訊
GPIO.setwarnings(False)
#初始化上下左右角度為90度
ServoLeftRightPos = 90
ServoUpDownPos = 90
def init():
global pwm_UpDownServo
global pwm_LeftRightServo
GPIO.setup(ServoUpDownPin, GPIO.OUT)
GPIO.setup(ServoLeftRightPin, GPIO.OUT)
#設定舵機的頻率和起始佔空比
pwm_UpDownServo = GPIO.PWM(ServoUpDownPin, 50)
pwm_LeftRightServo = GPIO.PWM(ServoLeftRightPin, 50)
pwm_UpDownServo.start(0)
pwm_LeftRightServo.start(0)
#攝像頭舵機左右旋轉到指定角度
def leftrightservo_appointed_detection(pos):
for i in range(1):
pwm_LeftRightServo.ChangeDutyCycle(2.5 + 10 * pos/180)
time.sleep(0.02) #等待20ms週期結束
pwm_LeftRightServo.ChangeDutyCycle(0) #歸零訊號
#攝像頭舵機上下旋轉到指定角度
def updownservo_appointed_detection(pos):
for i in range(1):
pwm_UpDownServo.ChangeDutyCycle(2.5 + 10 * pos/180)
time.sleep(0.02) #等待20ms週期結束
pwm_UpDownServo.ChangeDutyCycle(0) #歸零訊號
#攝像頭舵機向上運動
def servo_up():
global ServoUpDownPos
pos = ServoUpDownPos
updownservo_appointed_detection(pos)
#time.sleep(0.05)
pos +=0.7
ServoUpDownPos = pos
if ServoUpDownPos >= 180:
ServoUpDownPos = 180
#攝像頭舵機向下運動
def servo_down():
global ServoUpDownPos
pos = ServoUpDownPos
updownservo_appointed_detection(pos)
#time.sleep(0.05)
pos -= 0.7
ServoUpDownPos = pos
if ServoUpDownPos <= 45:
ServoUpDownPos = 45
#攝像頭舵機向左運動
def servo_left():
print("servo_left")
global ServoLeftRightPos
pos = ServoLeftRightPos
leftrightservo_appointed_detection(pos)
#time.sleep(0.10)
pos += 0.7
ServoLeftRightPos = pos
print('ServoLeftRightPos:',ServoLeftRightPos)
if ServoLeftRightPos >= 180:
ServoLeftRightPos = 180
#攝像頭舵機向右運動
def servo_right():
global ServoLeftRightPos
pos = ServoLeftRightPos
leftrightservo_appointed_detection(pos)
#time.sleep(0.10)
pos -= 0.7
ServoLeftRightPos = pos
if ServoLeftRightPos <= 0:
ServoLeftRightPos = 0
#所有舵機歸位
def servo_init():
servoflag = 0
servoinitpos = 90
if servoflag != servoinitpos:
updownservo_appointed_detection(servoinitpos)
leftrightservo_appointed_detection(servoinitpos)
time.sleep(0.5)
pwm_LeftRightServo.ChangeDutyCycle(0) #歸零訊號
pwm_UpDownServo.ChangeDutyCycle(0) #歸零訊號
#舵機停止
def servo_stop():
pwm_LeftRightServo.ChangeDutyCycle(0) #歸零訊號
pwm_UpDownServo.ChangeDutyCycle(0) #歸零訊號
對小車的控制程式設計完成後，最後我們使用WebSocket遠端連線小車，傳送相關的控制命令，就可以使用電腦或手機遠端控制小車了。
完整的教學視訊可檢視：http://www.diyabc.com/frontweb/product400.html
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