【树莓派+.NET MF打造视频监控智能车】控制篇(树莓派)

对已经具备一定Linux基础的人来说，树莓派学习起来应该非常简单自然。在他们眼中，树莓派就是一个简易版的，卡通版的Linux而已。但是对我这样一个早已习惯微软技术生态系统的人或者初学者来说，要实现一个简单程序的编写、编译到运行，还是不太容易的。

上图是我搭建的一个相对完整的树莓派开发环境，有显示（HDMI转VGA->7寸显示屏800*480），有键盘和鼠标等，当然这些不是必须的，只是对初学者来说，显的比较直观。

为了降低学习和开发难度，树莓派上提供多种编程语言选择，比如Python、Java、C/C++等linux可支持的开发语言。在图形界面下，可以在IDE环境相对简单的进行Python编程、调试、运行等。如果基于第三方支持库，还可以用Python操控GPIO等。

出于对C/C++语言的热爱，我还是选择了基于GNU C进行程序开发，下图是已经安装到智能小车上的树莓派。我们需要搭建一个没有显示、鼠标和键盘下的编程、部署、运行调试环境。

至于如何烧写树莓派的系统到SD卡上，我们这里就不再熬叙了，已有很多入门文章进行了相关的讲解和说明。本篇文章主要介绍，搭建一个便于和Windows平台交互的编程平台，借助wiringPi C/C++库，操作GPIO和串口通信。

第一步：远程登录树莓派

我们选择安装的树莓派系统镜像为Raspbian，系统默认启动后，就是支持远程SSH连接的。我们可以下载一个免费的PuTTY工具软件进行远程连接。

打开连接，输入用户名：pi 密码：raspberry（默认） 会出现如下画面。

第二步：安装简易FTP服务

为了便于把Windows系统中已经写好的C文件部署到树莓派中，我们安装一个简单的FTP服务。我们选择的是一个开源的比较轻量级的FTP服务器vsftpd，下面简单说一下安装步骤：

1、  安装vsftpd服务

sudo apt-get install vsftpd

2、  开启vsftpd服务

sudo service vsftpd start

3、  修改配置文件

sudo nano /etc/vsftpd.conf

找到并修改

anonymous_enable=NO   //不允许匿名访问

local_enable=YES        //允许本地用户访问

write_enable=YES        //允许写

local_umask=022         //设定上传后文件权限掩码

存盘退出。

4、  重启vsftpd服务

sudo service vsftpd restart

 打开windows上任意一款FTP客户端软件（我一直使用的是FlashFXP），配置相关IP、用户和密码（用户名：pi 密码：raspberry）。

连接成功后，会出现如下画面：

 

第三步：安装wiringPi库

 WiringPi是第三方封装的一个针对树莓派平台的GPIO控制库函数，WiringPi遵守GUN Lv3。wiringPi使用C或者C++开发并且可以被其他语言转包应用。

详情请参见这篇文章：http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/17737005

 

有了以上三步的准备，我们就可以在Windows编写开发C语言代码，远程部署到树莓派，通过树莓派上的GCC工具进行编译，然后执行。编写代码之前，我们先了解一下树莓派的GPIO接口，如下图所示：

我们需要完成三个功能，一、GPIO控制一个LED闪烁；二、通过串口和凌霄板进行通信；三、输出PWM信号控制舵机。

下面我们将一一介绍上面三个功能的实现。

1、GPIO控制LED灯闪烁

硬件接线：我们选择一个LED发光二极管，焊接一个1K左右的电阻，把一根杜邦线剪开，分别焊接到二极管两个管脚上（其中一个焊接在电阻另外一端）。LED较长的管脚为正极，我们接在树莓派第11管脚上，也就是GPIO0上。另外一端，我们接在25管脚上（可任意接在一个标有0V的管脚上）。

我们在记事本（推荐使用EverEdit）编写相关代码，如下图所示：

把LED.C文件通过FlashFXP上传到树莓派上去。用GCC进行编译，然后执行，如下图所示：

如果硬件没有问题，那么你应该可以看到LED灯在闪烁了。

2、树莓派和凌霄开发板串口通信

2.1 关闭串口调试功能

串口还不能直接使用，因为默认是绑定调试端口的，所以我们必须先关闭该功能。

命令行中输入如下命令：

sudo nano /boot/cmdline.txt

将以下内容

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

改为

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait

 

输入如下命令：

sudo nano /etc/inittab

将以下内容

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line

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

改为

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line

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

 

然后重启树莓派。

 

2.2 硬件接线

8号管脚为TX，10号管脚为RX，是TTL电平的，我们和凌霄开发板的子板接口19和20管脚进行连接。

树莓派 8  （TX） -- 凌霄开发板19（RX）

树莓派 10 （RX） -- 凌霄开发板20（TX）

树莓派 6  （0v） -- 凌霄开发板03（GND）

 

2.3 .NET Micro Framework串口编程

我们要求的功能相对简单，并不要求双向通信，凌霄开发板接收到控制摄像头云台的按键信息后，直接发送给树莓派（如果通过网络远程控制小车，则可以由树莓派通过wifi socket编程获取远程的按键控制信息，然后通过串口发给凌霄开发板，由后者控制小车，后续如果有时间，可以做一个这方面的功能）。

串口定义：

  static SerialPort piPort = newSerialPort("COM4",9600);

在Main函数中，进行串口打开操作：

piPort.Open();

在按键事件中发送按键信息：

static void ps2_Click(object sender, PS2.ButtonArgs e)

{

    if (e.key == PS2.Key.RRocker)

    {

        PS2 ps2 = (PS2)sender;

        PS2.ButtonArgsbutton = ps2.GetButton(PS2.Key.L2);

        if (button.state == 1)  //按下L2按键，我们才发送摇杆的信息

        {

           byte[] buffer = newbyte[] { 0xAA, (byte)e.x,(byte)e.y, 0x55 };

           piPort.Write(buffer, 0, 4);

           piPort.Flush();

        }

}

}

2.4 树莓派串口编程

打开串口：

if ((fd = serialOpen ("/dev/ttyAMA0", 9600)) < 0)

{

    fprintf (stderr,"Unable to open serial device: %s\n", strerror (errno)) ;

    return 1;

}

接收数据：

while(1)

{

           if(serialDataAvail (fd)>=4)   //判断接收缓冲区的个数

           {

              if (read (fd, buffer, 4) == 4)

              {                   

                        if(buffer[0]==0xAA &&buffer[3]==0x55)

                        {

                                printf("x:%dy:%d\r\n",buffer[1],buffer[2]);               

                        }

              }

           }

           else

           {

              delay (10) ;

      }

}
    注：WiringPi对外封装并没有提供串口read函数，只提供了单个字符的获取，我们直接采用linux本身提供的read函数。

2.5 通信测试

编写相关文件，传输到树莓派，然后进行编译。运行程序后，我们操作Sony PS2按键，应该可以看到如下信息输出：

3、树莓派PWM输出控制

树莓派仅提供一个物理硬件PWM输出IO，也就是GPIO1，第12管脚。实际测试发现，其周期为6.64us左右，WiringPi封装的接口还不能修改该周期的大小（后续有时间可以研究一下底层相关代码），这不符合舵机控制的需要，舵机一般要求20ms左右的周期。另外摄像头云台是控制两路舵机，所以一个物理硬件PWM也不够。所以我们采用软PWM，也就是用普通的GPIO，通过时钟中断，模拟PWM方波输出。

我们用GPIO1（12管脚）和GPIO2（13管脚）来模拟PWM输出，所以硬件接线也是舵机的PWM信号输入管脚和树莓派的这两个管脚相连（舵机5V的供电专门供，不要直接从树莓派5V管脚上取）。

PWM初始化代码：

#define PWM1  1

#define PWM2  2

softPwmCreate (PWM1, pwmV1, 200) ; //1=100us  7~28  

softPwmCreate (PWM2, pwmV2, 200) ; //1=100us  7~28  

 

在串口的信息接收中，输出PWM，从而控制舵机。

if (read (fd, buffer, 4) == 4)

{                     

    if(buffer[0]==0xAA&& buffer[3]==0x55)

    {

          pwmV1 = 7 +(int)(buffer[1]*21.0/255.0); //x

          pwmV2 = 7 + (int)(buffer[2]*21.0/255.0); //y

          softPwmWrite(PWM1,pwmV1);        

          softPwmWrite(PWM2,pwmV2);                                

    }                

}

部署到树莓派，编译，运行，如果我们手头有示波器，我们应该可以看到GPIO1和GPIO2输出的波形。

以上程序如果和凌霄板共同运行，应该可以看到如下效果：

视频链接：http://v.youku.com/v_show/id_XNjY2MTE1NjQ0.html

 

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小结：

1、 树莓派硬件设计小巧，会让一些人因为树莓派而喜欢上Linux。

2、 Linux毕竟不是一个实时系统，在做软PWM的时候，你会发现舵机会抖动，并且幅度还不小（由于凌霄系统已经提供了16路PWM，所以后续还是有凌霄系统控制所有的舵机）

3、 Linux系统的镜像大概2.8G左右，和凌霄系统的几百K相比，还是挺重量级的，并且启动时间会比较长一些。