树莓派+.NET MF打造视频监控智能车——控制篇(树莓派)

作者: 叶帆风
上传时间为: 2014-07-11 10:02 PM
2014-07-11
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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。本文将从一个习惯微软技术生态系统的初学者角度来介绍如何要实现一个简单程序的编写、编译到运行。

下图是我搭建的一个相对完整的,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。

搭建树莓派开发环境

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。 树莓派安装至智能小车

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。远程登录树莓派

打开连接,输入用户名:pi  密码:raspberry(默认) 会出现如下画面。

登录       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)。 配置相关IP、用户和密码

连接成功后,会出现如下画面:连接成功

第三步:安装wiringPi

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。

详情请参见这篇文章:http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/17737005

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:树莓派的GPIO接口

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:相关代码编写

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:编译执行

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);

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.ButtonArgs button = 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 = new byte[] { 0xAA, (byte)e.x, (byte)e.y, 0x55 };
            piPort.Write(buffer, 0, 4);
            piPort.Flush();
        }
}
}

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 ", strerror (errno)) ;
return 1;
}

接收数据:

while(1)
{
if(serialDataAvail (fd)>=4)   //判断接收缓冲区的个数
{
if (read (fd, buffer, 4) == 4)
{
if(buffer[0]==0xAA && buffer[3]==0x55)
{
printf("x:%d y:%d ",buffer[1],buffer[2]);
}
}
}
else
{
delay (10) ;
}
} 

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:通信测试

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:

#define PWM1  1
#define PWM2  2
softPwmCreate (PWM1, pwmV1, 200) ;  //1=100us  7~28
softPwmCreate (PWM2, pwmV2, 200) ;  //1=100us  7~28

在串口的信息接收中,输出PWM,从而控制舵机。

if (read (fd, buffer, 4) == 4)
{
if(buffer[0]==0xAA && buffer[3]==0x55)
{
pwmV1 = 7 + (int)(buffer[1]*21.0/255.0); //x
pwmV2 = 7 + (int)(buffer[2]*21.0/255.0); //y
softPwmWrite(PWM1, pwmV1);
softPwmWrite(PWM2, pwmV2);
}
}

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:

小结:

1、 树莓派硬件设计小巧,会让一些人因为树莓派而喜欢上Linux

2、 Linux毕竟不是一个实时系统,在做软PWM的时候,你会发现舵机会抖动,并且幅度还不小(由于凌霄系统已经提供了16路PWM,所以后续还是有凌霄系统控制所有的舵机)

3、 Linux系统的镜像大概2.8G左右,和凌霄系统的几百K相比,还是挺重量级的,并且启动时间会比较长一些。

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