使用树莓派制作智能小车

电影里，时不时地可以看到一些这样的场景，一辆小车，上面装有摄像头，这辆小车可以通过电脑或都是手机进行远程遥控，车上摄像头拍到的画面，可以实时地显示在电脑或手机上，就像下图这样。

没有接触过这方面的朋友或许会觉得这是一门很高大上的技术活，其实，并不然，这种小车做起来其实很简单。那么，这样子的小车，需要怎么去做呢？

其实，我们只需要准备一块控制小车的电路板（开发板），2到4个电机（马达）、小车架子一个、摄像头以及摄像头云台一个，以上这些基础配件，然后对开发板进行编程、控制就可以了，整 体硬件成本加起来不到500块钱。

开发板：

开发板有很多种，比如51单片机、树莓派、STM32、Arduino、micro:bit等等，都可以做为小车的控制板，我使用的是树莓派开发板，然后，可持树莓派有很多版本、型号，最便宜的树莓派zero 68元就可以买到，不过不建议买这种，没有网卡，需要另外买网线模块，我使用的是树莓派3B，价格220元，带有无线和有线网卡，还带有蓝牙。

小车架子：某宝上有很多这种车架子，各式各样的，只需要在某宝上搜索“智能小车”就能找到，带上马达一整套，也就五六十块钱。

摄像头+云台：某宝上也是一搜一大堆，比如我下面用的那个，45块钱。

配件准备好了，就是给小车的开发板装系统，然后对小车进行编程控制。

小车的控制最主要有两方面的控制，一个是小车的前后左右的运动控制，一个是摄像头的拍摄、上下左右转运的控制。

#-*- coding:UTF-8 -*-
import RPi.GPIO as GPIO
import time

#小车电机引脚定义
LeftIn1 = 20
LeftIn2 = 21
LeftSpeed = 16


RightIn1 = 19
RightIn2 = 26
RightSpeed = 13

#设置GPIO口为BCM编码方式
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

#忽略警告信息
GPIO.setwarnings(False)

#电机引脚初始化操作
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)

    #设置pwm引脚和频率为2000hz
    pwm_LeftSpeed = GPIO.PWM(LeftSpeed, 2000)
    pwm_RightSpeed = GPIO.PWM(RightSpeed, 2000)
    pwm_LeftSpeed.start(0)
    pwm_RightSpeed.start(0)

#小车前进   
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)

#小车后退
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)

#小车左转   
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)

#小车右转
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)

#小车原地左转
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)

#小车原地右转
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)

#小车停止   
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)

 

 

摄像头控制有两部分，一是拍摄、二是云台转动。

摄像头的拍摄：拍摄部分，我使用的是mjpg-streamer，这个工具可以把小车上的摄像头当作远程摄像头（Web Camera）使用，安装的方式也很简单：

#安装必要的库
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

 

必要库安装好后，下载mjpg-streamer到树莓派上，并执行编译即可：

cd mjpg-streamer/mjpg-streamer-experimental
make all
sudo make install

 

通过以上操作，就可以启动摄像头了：

#运行mjpg-streamer

./mjpg_streamer -i "./input_uvc.so" -o "./output_http.so -w ./www"

 

摄像头启动后，可以在局域网内的任何一台电脑上使用浏览器输入：http://树莓派IP:8080/?action=stream 即可看到摄像头拍到的画面。

 

云台控制：云台的主是对控制上下和左右的两舵机进行编码控制：

import RPi.GPIO as GPIO
import time
import pygame


#舵机引脚定义
ServoUpDownPin = 9
ServoLeftRightPin = 11

#设置GPIO口为BCM编码方式
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

#忽略警告信息
GPIO.setwarnings(False)


#初始化上下左右角度为90度
ServoLeftRightPos = 90
ServoUpDownPos = 90

def init():
    global pwm_UpDownServo
    global pwm_LeftRightServo
    
    GPIO.setup(ServoUpDownPin, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(ServoLeftRightPin, GPIO.OUT)
    
    #设置舵机的频率和起始占空比
    pwm_UpDownServo = GPIO.PWM(ServoUpDownPin, 50)
    pwm_LeftRightServo = GPIO.PWM(ServoLeftRightPin, 50)
    
    pwm_UpDownServo.start(0)
    pwm_LeftRightServo.start(0)


#摄像头舵机左右旋转到指定角度
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周期结束
        pwm_LeftRightServo.ChangeDutyCycle(0)  #归零信号

#摄像头舵机上下旋转到指定角度
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周期结束
        pwm_UpDownServo.ChangeDutyCycle(0) #归零信号
        
        

#摄像头舵机向上运动
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

#摄像头舵机向下运动      
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
    

#摄像头舵机向左运动
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

#摄像头舵机向右运动
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
        
        
#所有舵机归位
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)   #归零信号
        pwm_UpDownServo.ChangeDutyCycle(0)  #归零信号
    
#舵机停止
def servo_stop():
    pwm_LeftRightServo.ChangeDutyCycle(0)   #归零信号
    pwm_UpDownServo.ChangeDutyCycle(0)  #归零信号

 

对小车的控制编程完成后，最后我们使用WebSocket远程连接小车，发送相关的控制命令，就可以使用电脑或手机远程控制小车了。

 

完整的教学视频可查看：http://www.diyabc.com/frontweb/product400.html