怎樣利用Raspberry Pi的硬件和 Python語(yǔ)言來完成一個(gè)機(jī)器人制作

這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)碛嘘P(guān)怎樣利用Raspberry Pi的硬件和 Python語(yǔ)言來完成一個(gè)機(jī)器人制作，文章內(nèi)容豐富且以專業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

我這個(gè)制作的主題就是利用Raspberry Pi的硬件和 Python語(yǔ)言來完成一個(gè)機(jī)器人制作，那下面就聽我娓娓到來吧！ 

硬件搭建篇 

在 這次制作中，我選擇了一款A(yù)S-4WD鋁合金的小車平臺(tái)，以小車平臺(tái)為基礎(chǔ)，在上面添加了7寸高清液晶顯示器、無線鍵盤、藍(lán)牙模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等配件， 如圖1是羅列制作機(jī)器人所用的物料。整個(gè)樹莓派的小車系統(tǒng)分兩步來搭建，首先是搭建樹莓派的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，雖然是一個(gè)袖珍的計(jì)算機(jī)，但是“麻雀雖小，五臟俱 全”，除去樹莓派的主板外，還需準(zhǔn)備一套標(biāo)準(zhǔn)通用的USB鍵盤鼠標(biāo)，一個(gè)顯示器（在本文描述的是一個(gè)用于車載監(jiān)控設(shè)備的7寸顯示器，通過RCA接口相 連），一塊電池用于整個(gè)系統(tǒng)供電，最后也是最關(guān)鍵的需要準(zhǔn)備預(yù)裝了Debian系統(tǒng)的SD卡（對(duì)于SD卡要求讀寫最好在4MB/S以上、容量大于2GB， 當(dāng)然容量更大速度越快更好）。在完成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)搭建后，接下來是完成機(jī)器人系統(tǒng)的搭建，在原理上，主要利用樹莓派那兩排外置的針腳的GPIO功能控制外置 樹莓派專用的驅(qū)動(dòng)器（Raspi Driver）來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的使能、正反轉(zhuǎn)控制，以及利用UART功能與藍(lán)牙數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，這樣就能通過手機(jī)端的 藍(lán)牙遙控器對(duì)小車進(jìn)行控制，如圖2是整體硬件搭建完后的靚圖，在圖3中給出了樹莓派機(jī)器人的硬件連線圖。

圖1 機(jī)器人所用物料

圖2-1 會(huì)行走的樹莓派電腦

圖3 樹莓派機(jī)器人的硬件連線圖

上手樹莓派之Python庫(kù)配置篇

在使用樹莓派時(shí)，也是我第一次接觸Python這門語(yǔ)言，通過對(duì)相關(guān)資料的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)Python是門簡(jiǎn)單易學(xué)的語(yǔ)言，如果有著C或者其他的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言基礎(chǔ)，基本上半天就能上手編寫程序，在開始編寫小車控制程序前需要對(duì)我們的樹莓派計(jì)算機(jī)的相關(guān)Python的庫(kù)文件進(jìn)行安裝設(shè)置，首先是GPIO，打開LX終端（LXTerminal），更新apt-get軟件安裝包列表（注意必須要在網(wǎng)絡(luò)連接正常情況下），然后執(zhí)行安裝命令來安裝raspberry-gpio-python包，具體指令如下：

pi@raspberrypi  ~ $ sudo apt-get update

pi@raspberrypi  ~ $ sudo apt-get install python-rpi.gpio

在安裝完成Python的GPIO庫(kù)后，接下來是安裝Python的UART庫(kù)，和上述之前步驟相似，更新apt-get軟件安裝包列表，后安裝Python的串口通信模塊，具體指令如下：

pi@raspberrypi  ~ $ sudo apt-get update

pi@raspberrypi  ~ $ sudo apt-get install python-serial

通過上述兩個(gè)步驟，已經(jīng)安裝好了Python與樹莓派外置硬件GPIO以及UART庫(kù)文件，在接下來的小車控制程序里就可以直接調(diào)用代碼了，在開始編寫控制程序前，需要對(duì)默認(rèn)串口的一些參數(shù)進(jìn)行更改，由于系統(tǒng)默認(rèn)的串口功能用于輸出內(nèi)核日志，相關(guān)的參數(shù)與我們的外界的串口設(shè)備有所不同，所以需要對(duì)其啟動(dòng)配置文件進(jìn)行更改，在LXTerminal通過鍵入“sudo nano /boot/cmdline.txt”進(jìn)入/boot/cmdline.txt，用vi編輯器打開cmdline.txt文件，將

dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait

去掉

console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200

退出vi編輯器時(shí)，注意要對(duì)文件進(jìn)行保存；同時(shí)需要對(duì)系統(tǒng)初始化文件進(jìn)行編輯，在 LXTerminal中，鍵入“ sudo nano /etc/inittab”，然后找到以下片段內(nèi)容

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line

T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

改為如下，注釋掉對(duì)“ttyAMA0”端口的參數(shù)即可，退出vi編輯器時(shí)，同樣需要注意要對(duì)文件進(jìn)行保存

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line

#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

重啟樹莓派，該配置就可以生效了，完成了上述步驟，就可以進(jìn)入下一章節(jié)，機(jī)器人調(diào)試進(jìn)程。

上手樹莓派之Python GPIO調(diào)試篇

作為第一次上手樹莓派外置IO時(shí)可能有些不惑，如何利用在計(jì)算機(jī)上的語(yǔ)言來讓你的計(jì)算機(jī)的IO出現(xiàn)跳動(dòng)呢?。∑鋵?shí)并不復(fù)雜，只要打開系統(tǒng)桌面上的IDLE3編輯器，分4步走，

Step1：導(dǎo)入GPIO庫(kù)，在編輯行中鍵入“import RPi.GPIO as GPIO”，按“回車”鍵執(zhí)行即可；

Step2：設(shè)定GPIO引腳使用標(biāo)號(hào)模式，若是選擇板子上的標(biāo)號(hào)，在編輯器中鍵入“GPIO.setmode(GPIO.BOARD)”若是使用芯片本身的標(biāo)號(hào)模式，只要鍵入“GPIO.setmode(GPIO.BCM)”；

Step3：設(shè)定對(duì)應(yīng)GPIO的模式，若是使用其輸出功能“GPIO.setup(pin_number,GPIO.OUT)”,使用輸入功能只要將GPIO.OUT修改為GPIO.IN即可；

Step4：在輸出模式下，使對(duì)應(yīng)管腳的電平置高或者置低，在輸入模式下只要讀取相應(yīng)管腳的電平即可。如果你對(duì)上述4個(gè)步驟有了理解，那就嘗試一下，我在此對(duì)RasPi Driver上熄滅LED1以及點(diǎn)亮LED2操作為例說明，給出試驗(yàn)代碼以及試驗(yàn)實(shí)際的照片（如圖4），如果你也能實(shí)現(xiàn)上述操作，那就恭喜你，已經(jīng)掌握了在樹莓派上對(duì)GPIO的使用。

import RPi.GPIO as GPIO

#### gpio init

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(7,GPIO.OUT) #LED2

GPIO.setup(8,GPIO.OUT) #LED1

GPIO.output(7,GPIO.LOW) #LED2 ON

GPIO.output(8,GPIO.HIGH)#LED1 OFF

 圖4 試驗(yàn)截圖

上手樹莓派之Python UART調(diào)試篇

對(duì)于樹莓派的UART功能的實(shí)現(xiàn)其實(shí)方法和步驟與上面的GPIO 的使用類似，也是分作4步走：

Step1：導(dǎo)入串口庫(kù)，鍵入“import serial”；

Step2：初始化串口，在此設(shè)置于外部藍(lán)牙配套的參數(shù)，BUAD=9600，timeout = 0.5，相應(yīng)的鍵入“ser = serial.Serial('/dev/ttyAMA0', 9600, timeout = 0.5)”；

Step3：打開使能串口，“if ser.isOpen() == False:ser.open()”；

import serial

import time

ser = serial.Serial('/dev/ttyAMA0', 9600, timeout = 0.5)

while True:

if ser.isOpen() == False:

ser.open()

print ser.read()

 ser.write('A')

time.sleep(1)

Step4：當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時(shí)使用“ser.read() ”，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使用“ser.write(數(shù)據(jù))”。在這里我通過IDLE3編輯了一個(gè)Python的程序Serial_test.py，然后直接在LXTerminal鍵入“sudo python Serial_test.py”（注意，由于默認(rèn)狀態(tài)下是利用賬戶名：pi進(jìn)行操作，所以需要將文件放置在/home/pi目錄下，才能直接執(zhí)行，無需），然后手機(jī)藍(lán)牙遙控器（如圖5）與藍(lán)牙透?jìng)髂K相連接，成功通訊后，既可以通過手機(jī)遙控器的按鍵按鈕發(fā)送相應(yīng)字符在串口上看見對(duì)應(yīng)字符打印至屏幕。在此我給出了測(cè)試的源程序（如下）,通過電腦端的藍(lán)牙虛擬出串口與樹莓派外接的藍(lán)牙透明串口模塊連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，電腦端的串口助手發(fā)送字母“B”，同時(shí)收到樹莓派發(fā)送來的字母“A”并顯示在調(diào)試的接收窗口,樹莓派端收到由電腦端發(fā)送來的字母“B”，并打印出來，通過此現(xiàn)象既可以證明樹莓派的UART功能測(cè)試正常，如下附實(shí)驗(yàn)的屏幕截圖6。

圖5 手機(jī)藍(lán)牙遙控器

圖6 測(cè)試照片 

上手樹莓派之機(jī)器人控制篇

對(duì)于AS-4WD小車的控制而言就比較簡(jiǎn)單了，在本制作中用到了RasPi專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，板載以L293為核心的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，以及通過兩組每組2個(gè)IO來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、以及使能。

通過上述的管腳布置可以清晰的看出，樹莓派外置硬件與RasPi Driver的連接關(guān)系，通過GPIO4以及GPIO17控制其中一路電機(jī)的轉(zhuǎn)向以及使能（高電平有效），利用GPIO8來對(duì)正反轉(zhuǎn)進(jìn)行狀態(tài)指示，同理可見GPIO25用于另一路的正反轉(zhuǎn)控制、GPIO10為使能、GPIO7狀態(tài)指示；同時(shí)利用板上外置的UART接口與藍(lán)牙串口模塊連接，具體方法不在贅述。

 對(duì)于整個(gè)程序框架相對(duì)以前的單片機(jī)版的遙控小車而言是比較簡(jiǎn)單的，主要分功能模塊初始化設(shè)置、循環(huán)判斷遙控值以及輸出對(duì)應(yīng)功能運(yùn)動(dòng)值，詳見系統(tǒng)控制原理框圖8。導(dǎo)入庫(kù)文件，對(duì)GPIO和串口配置，具體參數(shù)和上述一致，不在贅述；完成上述設(shè)置后，就是整個(gè)控制小車的程序了，讀取串口緩沖區(qū)的值，隨后完成循環(huán)判斷由手機(jī)藍(lán)牙遙控器發(fā)送的字符數(shù)據(jù)“A”、“B”、“C”、“D”，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作（注意：在對(duì)應(yīng)相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)，可能由于驅(qū)動(dòng)板電機(jī)的接線原因高低電平不對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)動(dòng)作，可以靈活適當(dāng)調(diào)整接線或者軟件修改電平）。

圖8 系統(tǒng)控制原理框圖

上述就是小編為大家分享的怎樣利用Raspberry Pi的硬件和 Python語(yǔ)言來完成一個(gè)機(jī)器人制作了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進(jìn)行理解。如果想知道更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。