【进阶六】家庭陪伴小机器人遥控舵机姿态

阿莫斯

感谢E络盟提供的助赛基金。
本章节的编写是为了下一步视频安防做准备，也遥控小车的扩展！

因为选择的USB摄像头为定焦摄像头，只有通过调整自身的状态才形成清晰的成像！当通过运动电机将目标调整至显示窗口时，由于距离发生了变化成像往往是模糊的！因此，在保证距离稳定成像清晰的前提下，调整舵机的俯仰位置将目标调整至显示窗内！

本章的两个工作：
1）底层驱动，PWM控制舵机；
2）操作应用，web实时控制舵机比摄像头显示目标

DuerOS和小车运动电机占用的GPIO如下：

树莓派3B详解GPIO功能

树莓派3B_GPIO编码规则

树莓派只有一路 硬件PWM 输出（ GPIO.1即BOARD中的引脚12，BCM编码中18，wiringPi编码中1 ）；
同时 wiringPi 库为我们提供了用软件 多线程 实现的PWM输出，我们可以利用这个库提供的函数很方便的将 任意GPIO 配置为PWM输出，即soft PWM；（个人模拟的PWM可能存在精度不准的情况）

由第一张图可以看出，硬件PWM已被DuerOS占用了！ python提供的RPI.GPIO提供的PWM输出为硬件PWM，且未提供软件的PWM，也以使用wiringPi编码，软件模拟PWM；
另外也有人使用pigpio library来控制GPIO口，pigpio是一个允许控制GPIO的C语言库，同时pigpio是一个适用于树莓派的Python 模块，允许用过pigpio daemon程序控制通用GPIO口，不仅有PWM库，同时还有现成的Servo控制API（其实该库还是很强大的，此外还有IIC/SPI/ADC/DMA等，推荐给大家），因此本设计采用pigpio库来实现舵机控制！注意：所有的GPIO是按BCD编码命名。

1.安装pigpio库（pigpio下载和测试）

1. rm pigpio.zip
   
2. sudo rm -rf PIGPIO
   
3. wget abyz.co.uk/rpi/pigpio/pigpio.zip
   
4. unzip pigpio.zip
   
5. cd PIGPIO
   
6. make
   
7. sudo make install

复制代码

最好也测试下是否安装成功，GPIO 25 (pin 22).连接一个LED,LED灯会根据测试类项响应！

1. ./x_pigpio.py   # check Python I/F to daemon

复制代码

2.编写程序
官方提供了很多example，deamo中有提供操作实例

1. #!/usr/bin/env python
   
2. 
   
3. # servo_demo.py
   
4. # 2016-10-07
   
5. # Public Domain
   
6. 
   
7. # servo_demo.py          # Send servo pulses to GPIO 4.
   
8. # servo_demo.py 23 24 25 # Send servo pulses to GPIO 23, 24, 25.
   
9. 
   
10. import sys
    
11. import time
    
12. import random
    
13. import pigpio
    
14. 
    
15. NUM_GPIO=32
    
16. 
    
17. MIN_WIDTH=1000
    
18. MAX_WIDTH=2000
    
19. 
    
20. step = [0]*NUM_GPIO
    
21. width = [0]*NUM_GPIO
    
22. used = [False]*NUM_GPIO
    
23. 
    
24. pi = pigpio.pi()
    
25. 
    
26. if not pi.connected:
    
27.    exit()
    
28. 
    
29. if len(sys.argv) == 1:
    
30.    G = [4]
    
31. else:
    
32.    G = []
    
33.    for a in sys.argv[1:]:
    
34.       G.append(int(a))
    
35.    
    
36. for g in G:
    
37.    used[g] = True
    
38.    step[g] = random.randrange(5, 25)
    
39.    if step[g] % 2 == 0:
    
40.       step[g] = -step[g]
    
41.    width[g] = random.randrange(MIN_WIDTH, MAX_WIDTH+1)
    
42. 
    
43. print("Sending servos pulses to GPIO {}, control C to stop.".
    
44.    format(' '.join(str(g) for g in G)))
    
45. 
    
46. while True:
    
47. 
    
48.    try:
    
49. 
    
50.       for g in G:
    
51. 
    
52.          pi.set_servo_pulsewidth(g, width[g])
    
53. 
    
54.          # print(g, width[g])
    
55. 
    
56.          width[g] += step[g]
    
57. 
    
58.          if width[g]<MIN_WIDTH or width[g]>MAX_WIDTH:
    
59.             step[g] = -step[g]
    
60.             width[g] += step[g]
    
61. 
    
62.       time.sleep(0.1)
    
63. 
    
64.    except KeyboardInterrupt:
    
65.       break
    
66. 
    
67. print("\nTidying up")
    
68. 
    
69. for g in G:
    
70.    pi.set_servo_pulsewidth(g, 0)
    
71. 
    
72. pi.stop()

复制代码

该库函数中关于舵机控制有编写专门的API，set_servo_pulsewidth(user_gpio, pulsewidth)其中gpio遵循BCM编码规则！

1. set_servo_pulsewidth        Start/Stop servo pulses on a GPIO
   
2. get_servo_pulsewidth        Get servo pulsewidth set on a GPIO

复制代码

重头戏来了！参考以上程序修改我们的运动控制程序即server/pi_car/views.py，在其中添加舵机控制程序段！本次也修改的之前对运动电机GPIO口的配置方式，在开始采用全局变量定义GPIO，这样大家根据个人自身情况更换GPIO更方便！
注意：本项目中电机和舵机由于使用的库不一样，编码方式也不一样！GPIO配置时数值一定要注意！

1. from flask import Flask, request, session, g, redirect, url_for, abort, render_template, flash
   
2. from contextlib import closing
   
3. from pi_car import app
   
4. import re
   
5. import RPi.GPIO as GPIO
   
6. import pigpio
   
7. import time
   
8. import sys
   
9. 
   
10. pi = pigpio.pi()
    
11. if not pi.connected:
    
12.    exit()
    
13. # for BCD.GPIO      
    
14. SERVO_GPIO = 4
    
15. # for RPi.GPIO      
    
16. MOTOR_LEFT1_GPIO = 19
    
17. MOTOR_LEFT2_GPIO = 21
    
18. MOTOR_RIGHT1_GPIO = 22
    
19. MOTOR_RIGHT2_GPIO = 24      
    
20.       
    
21. pi.set_mode(SERVO_GPIO, pigpio.OUTPUT)
    
22. MIN_WIDTH = 500
    
23. MAX_WIDTH = 1200
    
24. width = 750
    
25. step = 50
    
26. 
    
27. @app.route('/')
    
28. def show_index():
    
29.         return render_template('home.html')
    
30. 
    
31. @app.route("/login", methods=["GET", "POST"])
    
32. def login():
    
33.         if request.method=="GET":
    
34.                 return "get"+request.form["user"]
    
35.         elif request.method=="POST":
    
36.                 return "post"
    
37. 
    
38. @app.route('/ctl',methods=['GET','POST'])
    
39. def ctrl_id():
    
40.         if request.method == 'POST':
    
41.                 id=request.form['id']
    
42.                 GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    
43.                 GPIO.setwarnings(False)
    
44.                 GPIO.setup(MOTOR_LEFT1_GPIO,GPIO.OUT)
    
45.                 GPIO.setup(MOTOR_LEFT2_GPIO,GPIO.OUT)
    
46.                 GPIO.setup(MOTOR_RIGHT1_GPIO,GPIO.OUT)
    
47.                 GPIO.setup(MOTOR_RIGHT2_GPIO,GPIO.OUT)
    
48. 
    
49.                 if id == 't_left':
    
50.                         t_left()
    
51.                         return "left"
    
52.                 elif id == 't_right':
    
53.                         t_right()
    
54.                         return "right"
    
55.                 elif id == 't_up':
    
56.                         t_up()
    
57.                         return "up"
    
58.                 elif id == 't_down':
    
59.                         t_down()
    
60.                         return "down"
    
61.                 elif id == 't_stop':
    
62.                         t_stop()
    
63.                         return "stop"
    
64. 
    
65.                 elif id == 's_down':
    
66.                         s_down()
    
67.                         return "servo_down"
    
68. 
    
69.                 elif id == 's_up':
    
70.                         s_up()
    
71.                         return "servo_up"
    
72. 
    
73. 
    
74.         return redirect(url_for('show_index'))
    
75. 
    
76. def t_stop():
    
77.         GPIO.output(MOTOR_LEFT1_GPIO, False)
    
78.         GPIO.output(MOTOR_LEFT2_GPIO, False)
    
79.         GPIO.output(MOTOR_RIGHT1_GPIO, False)
    
80.         GPIO.output(MOTOR_RIGHT2_GPIO, False)
    
81. 
    
82. def t_up():
    
83.         GPIO.output(MOTOR_LEFT1_GPIO, True)
    
84.         GPIO.output(MOTOR_LEFT2_GPIO, False)
    
85.         GPIO.output(MOTOR_RIGHT1_GPIO, True)
    
86.         GPIO.output(MOTOR_RIGHT2_GPIO, False)
    
87. 
    
88. def t_down():
    
89.         GPIO.output(MOTOR_LEFT1_GPIO, False)
    
90.         GPIO.output(MOTOR_LEFT2_GPIO, True)
    
91.         GPIO.output(MOTOR_RIGHT1_GPIO, False)
    
92.         GPIO.output(MOTOR_RIGHT2_GPIO, True)
    
93. 
    
94. def t_left():
    
95.         GPIO.output(MOTOR_LEFT1_GPIO, False)
    
96.         GPIO.output(MOTOR_LEFT2_GPIO, True)
    
97.         GPIO.output(MOTOR_RIGHT1_GPIO, True)
    
98.         GPIO.output(MOTOR_RIGHT2_GPIO, False)
    
99. 
    
100. def t_right():
     
101.         GPIO.output(MOTOR_LEFT1_GPIO, True)
     
102.         GPIO.output(MOTOR_LEFT2_GPIO, False)
     
103.         GPIO.output(MOTOR_RIGHT1_GPIO, False)
     
104.         GPIO.output(MOTOR_RIGHT2_GPIO, True)
     
105. 
     
106. def s_down():
     
107.         global width
     
108.         print(width)
     
109.         if width>MIN_WIDTH:
     
110.                 width -=step
     
111.                 pi.set_servo_pulsewidth(SERVO_GPIO,width)
     
112.                 time.sleep(0.1)
     
113.         else:
     
114.                 width = MIN_WIDTH
     
115.         print(width)
     
116. 
     
117. def s_up():
     
118.         global width
     
119.         print(width)
     
120.         if width<MAX_WIDTH:
     
121.                 width +=step
     
122.                 pi.set_servo_pulsewidth(SERVO_GPIO,width)
     
123.                 time.sleep(0.1)
     
124.         else:
     
125.                 width = MAX_WIDTH
     
126.         print(width)

复制代码

代码中通过MIN_WIDTH和MAX_WIDTH限定舵机的控制范围！根据实际情况修改，避免结构干涉引起舵机堵转！
web中添加舵机控制的图标和相关程序，在server/pi_car/static/img路径下添加舵机控制的图片
servo_img.zip (9.93 KB, 下载次数: 1)

2018-1-8 15:36 上传

点击文件名下载附件
舵机web控制图标
以及修改server/pi_car/templates/home.html中内容：

1. {% extends "layout.html" %}
   
2. {% block body %}
   
3. 
   
4. <div style="width:600px;height:300px;margin:30px auto;">
   
5. 
   
6.         <table border="0" cellpadding="3" cellspacing="0">
   
7.                 <tr>
   
8.                         <th></th>
   
9.                         <th id="t_up" class="button_ctl" style="background-image:url('/static/img/up.png');"></th>
   
10.                         <th></th>
    
11.                         <th></th>
    
12.                         <th></th>
    
13.                         <th id="s_up" class="button_ctl" style="background-image:url('/static/img/s_up.png');"></th>
    
14.                 </tr>
    
15.                 <tr>
    
16.                         <th id="t_left" class="button_ctl" style="background-image:url('/static/img/left.png');"></th>
    
17.                         <th id="t_stop" class="button_ctl" style="background-image:url('/static/img/stop.png');"></th>
    
18.                         <th id="t_right" class="button_ctl" style="background-image:url('/static/img/right.png');"></th>
    
19.                 </tr>
    
20.                 <tr>
    
21.                         <th></th>
    
22.                         <th id="t_down" class="button_ctl" style="background-image:url('/static/img/down.png');"></th>
    
23.                         <th></th>
    
24.                         <th></th>
    
25.                         <th></th>
    
26.                         <th id="s_down" class="button_ctl" style="background-image:url('/static/img/s_down.png');"></th>
    
27.                 </tr>
    
28.         </table>
    
29. 
    
30. </div>
    
31. 
    
32. {% endblock %}

复制代码

执行以下程序后，就可通过web控制舵机！最新效果如下！

1. sudo pigpiod
   
2. sudo python server.py

复制代码

舵机控制界面

提醒坑1：实际使用过程中发现360浏览器已打开以上界面，却无法控制，同时这种问题的还有系统自带IE浏览器！实测搜狗/chrome/百度浏览器可用！