如何使用樹莓派制作智能小車

這篇文章將為大家詳細講解有關如何使用樹莓派制作智能小車，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

電影里，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程遙控，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，并不然，這種小車做起來其實很簡單。那么，這樣子的小車，需要怎么去做呢？

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、攝像頭以及攝像頭云臺一個，以上這些基礎配件，然后對開發板進行編程、控制就可以了，整 體硬件成本加起來不到500塊錢。

**  開發板：**

開發板有很多種，比如51單片機、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，然后，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，沒有網卡，需要另外買網線模塊，我使用的是樹莓派3B，價格220元，帶有無線和有線網卡，還帶有藍牙。

**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“智能小車”就能找到，帶上馬達一整套，也就五六十塊錢。

**攝像頭+云臺：**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，然后對小車進行編程控制。

小車的控制最主要有兩方面的控制，一個是小車的前后左右的運動控制，一個是攝像頭的拍攝、上下左右轉運的控制。

小車的前后左右控制：

#-*- 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

#設置GPIO口為BCM編碼方式
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

#忽略警告信息
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)

    #設置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、二是云臺轉動。

**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程攝像頭（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

必要庫安裝好后，下載mjpg-streamer到樹莓派上，并執行編譯即可：

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：

#運行mjpg-streamer

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

攝像頭啟動后，可以在局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。

**云臺控制：**云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

#設置GPIO口為BCM編碼方式
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

#忽略警告信息
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)
    
    #設置舵機的頻率和起始占空比
    pwm_UpDownServo = GPIO.PWM(ServoUpDownPin, 50)
    pwm_LeftRightServo = GPIO.PWM(ServoLeftRightPin, 50)
    
    pwm_UpDownServo.start(0)
    pwm_LeftRightServo.start(0)


#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周期結束
        pwm_LeftRightServo.ChangeDutyCycle(0)  #歸零信號

#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周期結束
        pwm_UpDownServo.ChangeDutyCycle(0) #歸零信號
        
        

#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)   #歸零信號
        pwm_UpDownServo.ChangeDutyCycle(0)  #歸零信號
    
#舵機停止
def servo_stop():
    pwm_LeftRightServo.ChangeDutyCycle(0)   #歸零信號
    pwm_UpDownServo.ChangeDutyCycle(0)  #歸零信號

對小車的控制編程完成后，最后我們使用WebSocket遠程連接小車，發送相關的控制命令，就可以使用電腦或手機遠程控制小車了。

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