树莓派结课总结

一、认识树莓派

1.1对树莓派的认识

Raspberry Pi是新手用来学习Linux系统的绝佳入门工具，具有便携性、较易操作性、廉价等多种优点，但由于机能不足只能胜任一些简单的工作，在一部分功能上甚至可以达到pc的效果，由于“魔镜”等项目的出现，使我对其产生了兴趣，并自行购入pi400进行pc体验。

入学后，见到有选修课可以学习树莓派，为我开启了全新的旅程。

1.2 材料准备

树莓派4b开发板一块、树莓派IO口扩展板一块、40P排线+连接线若干、4B亚克力外壳、16G SD卡一张、读卡器一只、电源、面包板一块（可选：激光传感器、开关、超声波传感器、小车套装）

1.3 组装树莓派

由于上一届班级的优秀遗留，我们得以不用组装亚克力外壳，只需要把面包板连接并且第一次学习风扇引线即可，我很快组装成功，发现风扇有问题，经过老师帮助了解了面包板电源的分布。

1.4 安装操作系统

操作系统可谓是一波三折，由于第一次安装python后出现较大失误，第二次系统重装装错了镜像 ，最终才算是折腾好了系统，同时注意到pi400的镜像和4b型号是不通用的。

1.5 配置树莓派

利用scaanner查看IP地址

开启VNC服务并进行连接

树莓派官方系统raspbian自带的是国外的软件源，在国内使用经常会遇到无法下载软件的问题。需要修改sources.list文件

 sudo nanos/etc/apt/sources.list

将初始化中的代码中默认的官方软件源注释掉 # ，并且添加：

 deb http://mirrors.aliyun.com/raspbian/raspbian/ buster main contrib non-free rpi
 deb-src http://mirrors.aliyun.com/raspbian/raspbian/ buster main contrib non-free rpi

1.6 启动树莓派

插电即可启动，在此期间连接手机热点，利用scanner搜索IP利用VNC连接

1.7 树莓派上的Linux

这里采用的是树莓派官方镜像老师定制版，基本操作和之前学习过的Ubuntu类似，只不过python最高版本只支持二系，这就意味着编程语法的部分改变，同时由于机能不足，操作略微有些卡顿，汉化不全，这对我来说是个算不得挑战的问题。

1.8 总结

树莓派（Raspberry Pi）是个好东西，只有信用卡大小，却有电脑的功能。 自问世以来，受众多计算机发烧友和创客的追捧，曾经一“派”难求。别看其外表“娇小”，内“心”却很强大，视频、音频等功能通通皆有，可谓是“麻雀虽小，五脏俱全”。

二、通过树莓派控制LED灯

2.1 原理

通过GPIO 库

2.2 实现过程

 GPIO.setup(num, GPIO.IN)
 ​
 GPIO.setup(num, GPIO.OUT)

我们可以通过GPIO.setup方法将相应引脚设置为输入模式或者输出模式

设置完之后，我们就可以通过GPIO.input和GPIO.output来接收或者发送高低电平，要是想点亮LED灯，我们只需要向相应的端口发送高电平即可。

2.3 源码

 import RPi.GPIO as GPIO
 import time    
 GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
 GPIO.setup(16,GPIO.OUT)    
 GPIO.output(16,GPIO.HIGH)    
 time.sleep(3)    
 GPIO.output(16,GPIO.LOW)    
 time.sleep(3)    
 GPIO.output(16,GPIO.HIGH)    
 time.sleep(3)    
 GPIO.claenup()             

2.4 总结

通过加入延时，我们就可以实现灯的持续亮灭，由此我想到可以控制灯的闪烁频率实现信息摩斯电码传递。

三、设置小游戏

3.1准备工具

3.2 实现过程

由于图形化的页面和简易的控件，这次小实验并不需要编写源码，我们通过拖拽控件并输入相应的步数实现了人物的简单动作

3.3进阶玩法：设计小游戏

通过画图导入人物素材，子弹，战机，编程使按下相应按键的时候，战机发射子弹，通过默认碰撞面积实现击落敌机效果

3.4 总结

非常好玩的一个小游戏，儿童编程的良好引路工具，我觉得它降低了使用门槛，使编程的思想贯彻到孩提时期，而未来的世界编程一定是一项基本的技能，从此不难看出这项工具的易用性和前瞻性，scratch使非常好的从小孩入手的教育类工具。

四、python语言基础

4.1 python语言的历史

实质上是C++代码的封装。Python由荷兰数学和计算机科学研究学会的Guido van Rossum于1990 年代初设计，作为一门叫做ABC语言 的替代品。 Python提供了高效的高级数据结构，还能简单有效地面向对象编程。Python语法和动态类型，以及解释型语言的本质，使它成为多数平台上写脚本和快速开发应用的编程语言，随着版本的不断更新和语言新功能的添加，逐渐被用于独立的、大型项目的开发。

其特色是一个一个的工具包可以实现非常强大的功能，我同时期选修的人工智能与ai中便用python实现神经网络深度学习，让我体会到了只需要调用工具包即可完成C++中数百行内容的便利。

4.2 Linux系统

学语言逃离不了学习系统，而本门课程不需要太过于艰深的系统知识，只需要掌握诸如 sudo -I apt-get install pip等基本指令即可，对于Linux来说也是一种入门。

4.3 基本语法

打印 print(“ ”)

定义常量 #define

文本注释 # """p"""

布尔类型 True和False

列表赋值 names_python_pc = ['1','2','3','4']

字典 name_dictionary = {'老爸':300,'老婆':1000,'老妈':800,'自己':600,'孩子。':200}

在Python语言中，Python根据缩进来判断代码行与前一行的关系。如果代码的缩进相同，Python认为它们为一个语句块；否则就是两个语句块。一般使用tab按键缩进代码，有的IDE自动缩进代码，比如Pycharm.

条件有 if else

循环有for while

控制中有pass continue break

4.4 总结：

树莓派的编程离不开python语言的助力，在接下来的学习和今后的其他课程的学习，我相信先行学习过python的人会培养出编程的思维，另外还有熟练度的提升，从而使学习获得更大的助力。由此可见，本门课的开展对于提升我们的动手能力和实践能力使非常有帮助的。

五、python控制LED灯

同二不同，这里我们采用PWM调光等操作。

5.1 原理：

我们用到了一个保护电阻用来保护led灯的安全，剩下的事情便是学习pwm频率调光

具体语法是引用GPIO库里的pwm功能，期中需要两个参数，第一个是GPIO的引脚，第二个是频率，当然过高的频率可能会让CPU难以运算，一般会取到人眼观测范围内进行测试学习。

5.2 源码：

 import RPi.GPIO as GPIO
 import time
 ​
 GPIO.setmode（GPIO.BCM）
 GPI0.setup（17，GPI0.0UT）
 GPIO.setup（18，GPIO.OUT）
 GPIO.output（19，False）
 pwm.start（O）
 while True:
     for i in range（0，101，1）:
         pwm.ChangeDutyCycle（（i）
         time.sleep（.02）
 ​
     for i in range（100，-1，-1）:
         pwm.ChangeDutyCycle（i）
         time.sleep（.02）

5.3 总结：

我将端口设置好输入输出格式后，便全然调用pwm模块进行控制，由于python库的简便性，我控制pwm自动递增递减频率，利用了changedutycycle的功能，最终的效果比直接控制端口输出更加精细化的控制和自动化的调节， 获得了极大的收获和乐趣。

六、红外避障传感器

测试图：

6.1原理：

红外线检测模块可以识别模块前方是否有物体阻挡，并在有物体阻挡时输出信号并亮起绿色灯光，并且值得一提的是，无论输出端是否有接入，绿灯独立亮起。

6.2 目的：

不难猜到，这样的一个模块如果装在小车上，对其的避障功能是一种很大的提升，通过程序设计，可以实现检测物体从而自动避障。

6.3 源码：

 import RPi.GPIO as GPIO
 ​
 ObstaclePin = 18
 ​
 def setup():
     GPIO.setmode(GPIO.BOARD)       # Numbers GPIOs by physical location
     GPIO.setup(ObstaclePin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
 ​
 def loop():
     while True:
         if (0 == GPIO.input(ObstaclePin)):  #当检测到障碍物时，输出低电平信号
             print "Barrier"   
         else :
             print "Nothing"
             
 ​
 def destroy():
     GPIO.cleanup()                     # Release resource
 ​
 if __name__ == '__main__':     # Program start from here
     setup()
     try:
         loop()
     except KeyboardInterrupt:e
         destroy()

6.4 代码解释及总结：

由于模块本身便可显示预知障碍能力，在加上本节课的机器失误较大，没能完成，后期补完代码，发现加了一些输出的功能，具体就是用起了输送的高低电平型号输出是否有障碍，可谓是非常有趣。

七、超声波测距

7.1 原理：

在超声波发射装置发出超声波，它的根据是接收器接到超声波时的时间差。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：s=340t/2

7.2 源码：

 import RPi.GPIO as GPIO
 import time
 GPIO.setmode(GPIO.BCM)
 GPIO_TRIGGER = 17
 GPIO_ECHO = 18
 GPIO.setup(GPIO_TRIGGER, GPIO.OUT)
 GPIO.setup(GPIO_ECHO, GPIO.IN)
 ​
 def distance():
 GPIO.output(GPIO_TRIGGER, True)
 ​
 time.sleep(0.00001)
 GPIO.output(GPIO_TRIGGER, False)
   
 start_time = time.time()
 stop_time = time.time()
   
 # 记录发送超声波的时刻1
 while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 0:
     start_time = time.time()
   
 # 记录接收到返回超声波的时刻2
 while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 1:
     stop_time = time.time()
   
 # 计算超声波的往返时间 = 时刻2 - 时刻1
 time_elapsed = stop_time - start_time
 # 声波的速度为 343m/s， 转化为 34300cm/s。
 distance = (time_elapsed * 34300) / 2
   
 return distance
 if __name__ == '__main__':
     try:
         while True:
             dist = distance()
             print("Measured Distance = {:.2f} cm".format(dist))
             time.sleep(1)
     # Reset by pressing CTRL + C
     except KeyboardInterrupt:
         print("Measurement stopped by User")
         GPIO.cleanup()

7.3 模块展示：

7.4 总结：

除掉4端口接地没用之外，这也是我第一次接触这么多线，高中毕业以来，对于工学的追求没有这么苛刻，但是动手能力在这一次实验中得到了充分的展现，光是接线的错误，就已经让我焦头烂额，而且又经历了三轮超声波测距，结果返回只有一毫米的情况，调了几次单位也无济于事，相比较第一节课风扇都不会结的情况来说，我的能力已经有了很大的进步，这门课的效果可见一斑。所幸最后成功实现了输出，并且真正第一次掌握了地线、导线、不同端口的意义。

八、遥控小车

成品图：

PART 1

8.1 原理：

通过对于两个电机步进的调整，实现小车的前进、停止、左转、右转功能。具体来说，便用DC调整频率，使电机不断转动，带动轮子转动，而左右电机的指令不同，小车便能完成转弯和旋转的动作。同时定义速度功能，即通过dc频率控制运动速度。

8.2 源码：

 import RPi.GPIO as GPIO
 from time import sleep
 EN1 = 17
 IN1 = 16
 IN2 = 13
 EN2 = 20
 IN3 = 19
 IN4 = 18
 def setup():
     GPIO.setmode(GPIO.BCM)
     GPIO.setup(EN1,GPIO.OUT)
     GPIO.setup(IN1,GPIO.OUT)
     GPIO.setup(IN2,GPIO.OUT)
     GPIO.setup(EN2,GPIO.OUT)
     GPIO.setup(IN3,GPIO.OUT)
     GPIO.setup(IN4,GPIO.OUT)
 def speed(i1,i2):
     dc1=i1
     dc2=i2
     p1.ChangeDutyCycle(dc1)
     p2.ChangeDutyCycle(dc2)
 def forward():
     GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
     GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
     GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
     GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
 def backward():
     GPIO.output(IN1,GPIO.LOW)
     GPIO.output(IN2,GPIO.HIGH)
     GPIO.output(IN3,GPIO.LOW)
     GPIO.output(IN4,GPIO.HIGH)
 def left():
     GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
     GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
     GPIO.output(IN3,GPIO.LOW)
     GPIO.output(IN4,GPIO.HIGH)
 def right():
     GPIO.output(IN1,GPIO.LOW)
     GPIO.output(IN2,GPIO.HIGH)
     GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
     GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
 def stop():
    GPIO.output(EN1,0)
    GPIO.output(EN2,0)
 def clean():
     GPIO.cleanup()
 if __name__=="__main__":
     setup()
     p1 = GPIO.PWM(EN1,250)
     p1.start(0)
     p2 = GPIO.PWM(EN2,250)
     p2.start(0)
     try:
         forward()
         speed(100,100)
         sleep(5)
         left()
         speed(30,30)
         sleep(5)
         right()
         speed(30,30)
         sleep(5)
         speed(0,0)
         stop()
         clean()
     except KeyboardInterrupt as e:
         clean()   

8.3 功能简述：

小车先是全速前进，停止五秒，左转，停止五秒，右转，停止五秒，停止，清除端口信息。

PART 2

8.4 原理

在上述程序的基础上，调用python的多线程的对键盘映射实现读取，从而调动指令，控制小车。

8.5 源码

！！注意不能直接用idle运行，要到存放目录采用 python 1.py运行

 import RPi.GPIO as GPIO
 from time import sleep
 import threading
 import sys
 import sys, tty, termios
 ​
 def getch():                 
     fd = sys.stdin.fileno()
     old = termios.tcgetattr(fd)
     try:
         tty.setraw(fd)
         return sys.stdin.read(1)
     finally:
         termios.tcsetattr(fd, termios.TCSADRAIN, old)
 ​
 class KeyEventThread(threading.Thread):  
     def run(self):
         print("thread");
         Fun()
 ​
 def Fun():
     print("Fun")
     while True:
         key=getch()                     
         if key=='q':
             funExit()
             exit()
             return
         elif key=='1':
             print('speed 1')
             funSpeed(100,100)
         elif key=='2':
             print('speed 2')
             funSpeed(70,70)
         elif key=='3':
             print('speed 3')
             funSpeed(20,20)
         elif key=='w':
             print('forward')                       
             GPIO.output(MotorIN1,GPIO.HIGH)
             GPIO.output(MotorIN2,GPIO.LOW)
             GPIO.output(MotorIN3,GPIO.HIGH)
             GPIO.output(MotorIN4,GPIO.LOW)
             funSpeed(50,50)
         elif key=='x':                             
             print('backward')
             GPIO.output(MotorIN1,GPIO.LOW)
             GPIO.output(MotorIN2,GPIO.HIGH)
             GPIO.output(MotorIN3,GPIO.LOW)
             GPIO.output(MotorIN4,GPIO.HIGH)
             funSpeed(50,50)
         elif key=='a':                             
             print('left')
             GPIO.output(MotorIN1,GPIO.HIGH)
             GPIO.output(MotorIN2,GPIO.LOW)
             GPIO.output(MotorIN3,GPIO.LOW)
             GPIO.output(MotorIN4,GPIO.HIGH)
             funSpeed(50,50)
         elif key=='d':                             
             print('right')
             GPIO.output(MotorIN1,GPIO.LOW)
             GPIO.output(MotorIN2,GPIO.HIGH)
             GPIO.output(MotorIN3,GPIO.HIGH)
             GPIO.output(MotorIN4,GPIO.LOW)
             funSpeed(50,50)
         elif key=='s':
             print('stop')
             funSpeed(0,0)
         else:
             print("key="+key)
     return
 ​
 ​
 def funSpeed(i1,i2):
     dc1=i1
     dc2=i2
     p1.ChangeDutyCycle(dc1)
     p2.ChangeDutyCycle(dc2)
 ​
 ​
 def funInit():
     GPIO.setmode(GPIO.BCM)            
     GPIO.setup(MotorIN1,GPIO.OUT)
     GPIO.setup(MotorIN2,GPIO.OUT)
     GPIO.setup(MotorEN1,GPIO.OUT)
     GPIO.setup(MotorIN3,GPIO.OUT)
     GPIO.setup(MotorIN4,GPIO.OUT)
     GPIO.setup(MotorEN2,GPIO.OUT)
 ​
 ​
 def funExit():                          
     print ("Stopping motor")
     GPIO.output(MotorEN1,GPIO.LOW)
     GPIO.output(MotorEN2,GPIO.LOW)
     GPIO.cleanup()
 ​
 ​
 MotorIN1 = 16
 MotorIN2 = 13
 MotorEN1 = 17
 ​
 MotorIN3 = 19
 MotorIN4 = 18
 MotorEN2 = 20
 ​
 print("Press 'q' to exit")
 print("'w'=forward,'x'=backward,'a'=left,'d'=right,'s'=stop")
 print("'1','2','3' motor speed")
 funInit()
 p1 = GPIO.PWM(MotorEN1,250)    
 p1.start(0)
 p2 = GPIO.PWM(MotorEN2,250)
 p2.start(0)
 ​
 kethread = KeyEventThread()
 kethread.start()

8.6 实现：

最终小车能根据键盘指令实时启动，不过由于部分原因，我组装的小车并不完善，颇有赶工的嫌疑，而且调速之后小车直接启动，也是一个不尽人意的小bug，但是能看见自己的小车能按照自己的指令如臂使指的运动，还是有非常大的成就感。

结课总结

课程结束了，但是工程的那种务实和动手精神深深地眷刻在了我的脑海中，对于实现自动化控制小车，还有之前的一系列小实验，我都感到非常的欣喜。虽然这只是一项入门，甚至说，树莓派的机能不足以实现复杂的功能，但是通过这次入门，我深深切切的感受到了python的便利和工程学的魅力。

最后感谢孙老师这几周的努力和孜孜不倦的教诲，把我们领进了一扇大门。

那迷人的世界，尽在我眼前