【树莓派+.NET MF打造视频监控智能车】控制篇(树莓派)

qiaoweiyiyi · 发表于 2018-12-3 13:36:12

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。

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=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait

改为

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=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 = new SerialPort("COM4", 9600);

复制代码

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();
}
}
}

复制代码

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;
}

复制代码

接收数据：

<blockquote>while(1)

复制代码

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：

<blockquote>#define PWM1 1

复制代码

在串口的信息接收中，输出PWM，从而控制舵机。

<blockquote>if (read (fd, buffer, 4) == 4)

复制代码

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：

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