(SKU:RB-01C073)樹莓派電機(jī)驅(qū)動板

來自ALSROBOT WiKi
2015年7月1日 (三) 19:50Arduino77（討論 | 貢獻(xiàn)）的版本

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目錄

產(chǎn)品概述

Raspberry Pi包括很多的處理能力，這使得它成為完美的機(jī)器人的大腦，Raspberry Pi有很多硬件外設(shè)，但電機(jī)控制器不是其中之一。最新款Raspberry?Pi樹莓派直流電機(jī)驅(qū)動板，由哈爾濱奧松機(jī)器人科技有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)專門為廣大樹莓派愛好者量身定做，解決了樹莓派電機(jī)控制的問題，變成一個(gè)機(jī)器人控制器的擴(kuò)展板。此款直流電機(jī)驅(qū)動板外形精巧，插接方便，性能穩(wěn)定；與樹莓派控制器完美結(jié)合，安裝它只要簡單的把樹莓派驅(qū)動板的GPIO口Raspberry Pi插接在一起，它提供兩個(gè)電機(jī)控制接口，兩個(gè)狀態(tài)LED顯示，一個(gè)Python庫可以很容易的控制樹莓派驅(qū)動板。Raspberry Pi和樹莓派電機(jī)驅(qū)動板相結(jié)合，使得它構(gòu)建一個(gè)機(jī)器人更容易和更便宜，便于利用機(jī)器人來學(xué)習(xí)使用Linux操作系統(tǒng)和Python代碼，用樹莓派控制器制作出屬于你自己的酷炫機(jī)器人，快來打造你的機(jī)器人王國吧！

規(guī)格參數(shù)

1.電機(jī)控制：雙電機(jī)雙向控制
2.輸入電壓：DC 7 - 12V
3.輸出：雙開放式集電極輸出
4.狀態(tài)指示燈：2×LED綠色
5.擴(kuò)展接口：5V串行接口、3V的I2C總線接口
6.編程：簡單的使用Python庫模塊
7.連接：使用GPIO接口直接同樹莓派連接
8.外形尺寸：51×51 mm

引腳定義

使用方法

應(yīng)用例程

利用Raspberry Pi的硬件和Python語言來完成一個(gè)機(jī)器人制作

硬件搭建

在這次制作中，選擇一款A(yù)S-4WD鋁合金的小車平臺，以小車平臺為基礎(chǔ)，在上面添加了7寸高清液晶顯示器、無線鍵盤、藍(lán)牙模塊以及電機(jī)驅(qū)動器等配件，如圖1是羅列制作機(jī)器人所用的物料。整個(gè)樹莓派的小車系統(tǒng)分兩步來搭建，首先是搭建樹莓派的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，雖然是一個(gè)袖珍的計(jì)算機(jī)，但是“麻雀雖小，五臟俱全”，除去樹莓派的主板外，還需準(zhǔn)備一套標(biāo)準(zhǔn)通用的USB鍵盤鼠標(biāo)，一個(gè)顯示器（在本文描述的是一個(gè)用于車載監(jiān)控設(shè)備的7寸顯示器，通過RCA接口相連），一塊電池用于整個(gè)系統(tǒng)供電，最后也是最關(guān)鍵的需要準(zhǔn)備預(yù)裝了Debian系統(tǒng)的SD卡（對于SD卡要求讀寫最好在4MB/S以上、容量大于2GB，當(dāng)然容量更大速度越快更好）。在完成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)搭建后，接下來是完成機(jī)器人系統(tǒng)的搭建，在原理上，主要利用樹莓派那兩排外置的針腳的GPIO功能控制外置樹莓派專用的驅(qū)動器（Raspi driver）來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的使能、正反轉(zhuǎn)控制，以及利用UART功能與藍(lán)牙數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，這樣就能通過手機(jī)端的藍(lán)牙遙控器對小車進(jìn)行控制，如圖2是整體硬件搭建完后的靚圖，在圖3中給出了樹莓派機(jī)器人的硬件連線圖。

圖1 機(jī)器人所用物料
圖2-1 會行走的樹莓派電腦
圖2-2
圖3 樹莓派機(jī)器人的硬件連線圖

Python庫配置

在開始編寫小車控制程序前需要對樹莓派計(jì)算機(jī)的相關(guān)Python的庫文件進(jìn)行安裝設(shè)置，首先是GPIO，打開LX終端（LXTerminal），更新apt-get軟件安裝包列表（注意必須要在網(wǎng)絡(luò)連接正常情況下），然后執(zhí)行安裝命令來安裝raspberry-gpio-python包，具體指令如下：

  1. pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get update
  2. pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get install python-rpi.gpio

在安裝完成Python的GPIO庫后，接下來是安裝Python的UART庫，和上述之前步驟相似，更新apt-get軟件安裝包列表，后安裝Python的串口通信模塊，具體指令如下：

  1. pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get update
  2. pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get install python-serial

通過上述兩個(gè)步驟，已經(jīng)安裝好了Python與樹莓派外置硬件GPIO以及UART庫文件，在接下來的小車控制程序里就可以直接調(diào)用代碼了，在開始編寫控制程序前，需要對默認(rèn)串口的一些參數(shù)進(jìn)行更改，由于系統(tǒng)默認(rèn)的串口功能用于輸出內(nèi)核日志，相關(guān)的參數(shù)與外界的串口設(shè)備有所不同，所以需要對其啟動配置文件進(jìn)行更改，在LXTerminal通過鍵入“sudo nano /boot/cmdline.txt”進(jìn)入/boot/cmdline.txt，用vi編輯器打開cmdline.txt文件，將dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait去掉console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200退出vi編輯器時(shí)，注意要對文件進(jìn)行保存；同時(shí)需要對系統(tǒng)初始化文件進(jìn)行編輯，在LXTerminal中，鍵入“ sudo nano /etc/inittab”，然后找到以下片段內(nèi)容：

  1. #Spawn a getty on Raspberry Pi serial line
  2. T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

改為如下，注釋掉對“ttyAMA0”端口的參數(shù)即可，退出vi編輯器時(shí)，同樣需要注意要對文件進(jìn)行保存

  1. #Spawn a getty on Raspberry Pi serial line
  2. #T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

重啟樹莓派，該配置就可以生效了，完成了上述步驟，就可以進(jìn)入下一章節(jié)，機(jī)器人調(diào)試進(jìn)程。

Python GPIO調(diào)試

調(diào)試步驟

利用在計(jì)算機(jī)上的語言來讓計(jì)算機(jī)的IO出現(xiàn)跳動，打開系統(tǒng)桌面上的IDLE3編輯器，分4步走：

  1. 導(dǎo)入GPIO庫，在編輯行中鍵入“import RPi.GPIO as GPIO”，按“回車”鍵執(zhí)行即可；
  2. 設(shè)定GPIO引腳使用標(biāo)號模式，若是選擇板子上的標(biāo)號，在編輯器中鍵入“GPIO.setmode(GPIO.BOARD)”若是使用芯片本身的標(biāo)號模式，只要鍵入“GPIO.setmode(GPIO.BCM)”；
  3. 設(shè)定對應(yīng)GPIO的模式，若是使用其輸出功能“GPIO.setup(pin_number,GPIO.OUT)”,使用輸入功能只要將GPIO.OUT修改為GPIO.IN即可；
  4. 在輸出模式下，使對應(yīng)管腳的電平置高或者置低，在輸入模式下只要讀取相應(yīng)管腳的電平即可。

調(diào)試示例

RasPi Driver上熄滅LED1以及點(diǎn)亮LED2操作

  • import RPi.GPIO as GPIO
  • #### gpio init
  • GPIO.setmode(GPIO.BCM)
  • GPIO.setup(7,GPIO.OUT) #LED2
  • GPIO.setup(8,GPIO.OUT) #LED1
  • GPIO.output(7,GPIO.LOW) #LED2 ON
  • GPIO.output(8,GPIO.HIGH)#LED1 OFF
圖4 試驗(yàn)截圖

Python UART調(diào)試

對于樹莓派的UART功能的實(shí)現(xiàn)其實(shí)方法和步驟與上面的GPIO 的使用類似，也是分作4步走：

  • Step1導(dǎo)入串口庫，鍵入“import serial”；
  • Step2初始化串口，在此設(shè)置于外部藍(lán)牙配套的參數(shù)，BUAD=9600，timeout = 0.5，相應(yīng)的鍵入“ser = serial.Serial('/dev/ttyAMA0', 9600, timeout = 0.5)”；
  • Step3打開使能串口，“if ser.isOpen() == False:ser.open()”； 
import serial
import time
ser = serial.Serial('/dev/ttyAMA0', 9600, timeout = 0.5)
while True:
if ser.isOpen() == False:
ser.open()
print ser.read()
ser.write('A')
time.sleep(1)
  • Step4當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時(shí)使用“ser.read() ”，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使用“ser.write(數(shù)據(jù))”。這里通過IDLE3編輯了一個(gè)Python的程序Serial_test.py，然后直接在LXTerminal鍵入“sudo python Serial_test.py”（注意，由于默認(rèn)狀態(tài)下是利用賬戶名：pi進(jìn)行操作，所以需要將文件放置在/home/pi目錄下，才能直接執(zhí)行，無需），然后手機(jī)藍(lán)牙遙控器（如圖5）與藍(lán)牙透傳模塊相連接，成功通訊后，既可以通過手機(jī)遙控器的按鍵按鈕發(fā)送相應(yīng)字符在串口上看見對應(yīng)字符打印至屏幕。在此給出了測試的源程序（如下）,通過電腦端的藍(lán)牙虛擬出串口與樹莓派外接的藍(lán)牙透明串口模塊連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，電腦端的串口助手發(fā)送字母“B”，同時(shí)收到樹莓派發(fā)送來的字母“A”并顯示在調(diào)試的接收窗口,樹莓派端收到由電腦端發(fā)送來的字母“B”，并打印出來，通過此現(xiàn)象既可以證明樹莓派的UART功能測試正常，如下附實(shí)驗(yàn)的屏幕截圖6。
圖5 手機(jī)藍(lán)牙遙控器
圖6 測試照片

機(jī)器人控制

對于AS-4WD小車的控制而言就比較簡單了，在本制作中用到了RasPi專用的電機(jī)驅(qū)動板，板載以L293為核心的電機(jī)驅(qū)動電路，以及通過兩組每組2個(gè)IO來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、以及使能。通過上述的管腳布置可以清晰的看出，樹莓派外置硬件與RasPi Driver的連接關(guān)系，通過GPIO4以及GPIO17控制其中一路電機(jī)的轉(zhuǎn)向以及使能（高電平有效），利用GPIO8來對正反轉(zhuǎn)進(jìn)行狀態(tài)指示，同理可見GPIO25用于另一路的正反轉(zhuǎn)控制、GPIO10為使能、GPIO7狀態(tài)指示；同時(shí)利用板上外置的UART接口與藍(lán)牙串口模塊連接，具體方法不在贅述。對于整個(gè)程序框架相對以前的單片機(jī)版的遙控小車而言是比較簡單的，主要分功能模塊初始化設(shè)置、循環(huán)判斷遙控值以及輸出對應(yīng)功能運(yùn)動值，詳見系統(tǒng)控制原理框圖7。導(dǎo)入庫文件，對GPIO和串口配置，具體參數(shù)和上述一致，不在贅述；完成上述設(shè)置后，就是整個(gè)控制小車的程序了，讀取串口緩沖區(qū)的值，隨后完成循環(huán)判斷由手機(jī)藍(lán)牙遙控器發(fā)送的字符數(shù)據(jù)“A”、“B”、“C”、“D”，對應(yīng)相應(yīng)的運(yùn)動動作（注意：在對應(yīng)相應(yīng)的動作時(shí)，可能由于驅(qū)動板電機(jī)的接線原因高低電平不對應(yīng)預(yù)設(shè)動作，可以靈活適當(dāng)調(diào)整接線或者軟件修改電平）。

圖7 系統(tǒng)控制原理框圖

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