Raspberry Pi开发之旅-WIFI遥控小车

一、简单介绍树莓派的GPIO口

上图是树莓派2代的接口（不同型号接口会有差异），我们就以此为例来说下这些接口。

1、GPIO介绍

GPIO 英文全称是：General-purpose input/output 通用型之输入输出的简称，其接脚可以供使用者由程控自由使用，PIN脚依现实考量可作为通用输入（GPI）或通用输出（GPO）或通用输入与输出（GPIO）。通过这些GPIO口，我们可以控制很多第三方的寄存器设备，简单来说我们可以通过这些I/O口控制一些芯片的电路、读取传感器的数值等。

2、所需材料

材料名称	数量
树莓派2代板子（包含电源、数据线、存储卡）	1
智能小车底盘（包含四个直流电机）	1
移动电源	1
L298N电机驱动板	1
杜邦线母对公	10
杜邦线母对母	10
无线网卡	1
4孔或6孔电池盒	1

3、安装所需软件

树莓派官方有两套GPIO的python库，分别是RPi.GPIO和RPIO。现在网络上许多关于树莓派GPIO文档的教程多数是RPi.GPIO，这个是老版本的库。而RPIO是用来替代前者的新版本。后面的课程我将使用RPIO这个库，来给大家演示。下面安装RPIO：

sudo apt-get install python-dev python-pip
sudo pip install RPIO

二、 树莓派与L298N线路连接

1、第一步组装小车

组装底盘 分别用铜线连接两侧电机，并且保证同侧转向一致。如下图：

连接电机与L298N 将两侧侧的电机分别接入L298N的输出A和输出B，见下图：

连接L298N与树莓派 见上图逻辑输入部分有4个针脚（IN1、IN2、IN3、IN4），按照顺序分别连接到树莓派接口的11、12、16、18 四个口。见下图蓝色部分：

除了上面这些，还要将L298N的供电GND和树莓派的GPIO的6号Ground连接，形成供电回路。

连接电池盒与移动电源 将电池盒的正极连接到L298N的12V供电口，负极连接到L298N的供电GND口。完成连接后，L298N的供电GND口连接了两个线，分别是电池盒的负极和树莓派的6号Ground口。

2、测试小车

登录树莓派，vim robot.py文件：

import RPIO as GPIO
import time

IN1 = 11
IN2 = 12
IN3 = 16
IN4 = 18

def init():
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    GPIO.setup(IN1, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN2, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN3, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN4, GPIO.OUT)

def forward():
    GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)

if __name__ == '__main__':
    init()
    forward()
    time.sleep(5)
    GPIO.cleanup()

保存退出后，用sudo python robot.py执行命令，小车将会向前进5秒。

备注：1、要避免静电和短路。2、接线要小心，尤其是正负极接线。

三、使用Python控制小车

1、Tornado介绍

Tornado是使用Python编写的一个强大的、可扩展的Web服务器。它在处理严峻的网络流量时表现得足够强健，但却在创建和编写时有着足够的轻量级，并能够被用在大量的应用和工具中。

2、Tornado安装

$ curl -L -O https://github.com/facebook/tornado/archive/v3.1.0.tar.gz
$ tar xvzf v3.1.0.tar.gz
$ cd tornado-3.1.0
$ python setup.py build
$ sudo python setup.py install

 Tornado官方并不支持Windows，但你可以通过ActivePython的PyPM包管理器进行安装，类似如下所示：

C:\> pypm install tornado

2、robot.py文件：

#!/usr/bin/python
#coding: utf8
import RPIO as GPIO
import time
import sys
import threading
import tornado.ioloop
import tornado.web
import tornado.httpserver
import tornado.options
import json

tornado.options.define("port",default=8000,type=int)

IN1 = 11
IN2 = 12
IN3 = 16
IN4 = 18


stop_status = 0
last_key = ""
last_request_time = 0


def init():
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    GPIO.setup(IN1,GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN2,GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN3,GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN4,GPIO.OUT)

# 前进
def forward():
    global stop_status
    GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
    # print "forward"
    # time.sleep(0.1)

# 后退
def reverse():
    global stop_status
    GPIO.output(IN1,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN2,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN3,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN4,GPIO.HIGH)


# 左转弯
def left():
    global stop_status
    GPIO.output(IN1,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN2,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)


# 右转弯
def right():
    global stop_status
    GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN3,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN4,GPIO.HIGH)

#停止
def stop_car():
    GPIO.output(IN1,False)
    GPIO.output(IN2,False)
    GPIO.output(IN3,False)
    GPIO.output(IN4,False)
    global stop_status
    stop_status = 1

#关闭GPIO接口
def close_car():
    global stop_status
    stop_status = 1
    GPIO.cleanup()


class IndexHandler(tornado.web.RequestHandler):
    def set_default_headers(self):
        self.set_header('Access-Control-Allow-Origin', '*')
        self.set_header('Access-Control-Allow-Methods', 'POST, GET, OPTIONS')
        self.set_header('Access-Control-Allow-Headers', '*')
    def get(self):
        self.render("index.html")
    def post(self):
        global stop_status
        global last_key
        global last_request_time
        old_request_time = last_request_time
        init()
        sleep_time = 0.1
        try:
            arg = self.get_argument('k')
            new_request_time = self.get_argument('time')
            print 'get last time',new_request_time
        except Exception, e:
            arg = json.loads(self.request.body)['k']
            new_request_time = json.loads(self.request.body)['time']
            print 'json last time', new_request_time

        print "==new time ==", new_request_time
        print "==old time ==", old_request_time
        if(arg=='w' and last_key!='w' and new_request_time >= old_request_time):
            print "forward"
            stop_status = 0
            autoThread = threading.Thread(target = forward)
            autoThread.start()
            last_key = 'w'
        elif(arg=='s' and last_key!='s' and new_request_time >= old_request_time):
            print "reverse"
            stop_status = 0
            autoThread = threading.Thread(target = reverse)
            autoThread.start()
            last_key = 's'
        elif(arg=='a' and last_key!='a' and new_request_time >= old_request_time):
            print "left"
            stop_status = 0
            autoThread = threading.Thread(target = left)
            autoThread.start()
            last_key = 'a'
        elif(arg=='d' and last_key!='d' and new_request_time >= old_request_time):
            print "right"
            stop_status = 0
            autoThread = threading.Thread(target = right)
            autoThread.start()
            last_key = 'd'
        elif(arg=='stop' and new_request_time >= old_request_time):
            print "stop"
            last_key = "stop"
            time.sleep(0.3)
            stop_car()
        else:
            print "error"
        last_request_time = new_request_time
        self.write(arg)
    def options(self):
            pass
if __name__ == '__main__':
    tornado.options.parse_command_line()
    app = tornado.web.Application(handlers=[(r"/",IndexHandler)])
    http_server = tornado.httpserver.HTTPServer(app)
    http_server.listen(tornado.options.options.port)
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

 3、index.html文件：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
        <meta charset="utf-8" />
        <title>WIFI小车客户端</title>
        <script src="http://libs.baidu.com/jquery/1.9.0/jquery.js"></script>
</head>
<body>
<script type="text/javascript">
        function go(k){
                var requestTime= new Date().getTime();
                $.post('/',{k:k,time:requestTime},function(){},"json");
        }
        $(function(){
                var i = null;
                window.document.onkeydown = keyDown;
                function keyDown(env){
                        env = (env) ? env : window.event;
                        if(env.keyCode=='87'){
                                go('w');
                        }
                        if(env.keyCode=='83'){
                                go('s');
                        }
                        if(env.keyCode=='65'){
                                go('a');
                        }
                        if(env.keyCode=='68'){
                                go('d');
                        }
                };
                window.document.onkeyup = keyUp;
                function keyUp(env){
                        env = (env) ? env : window.event;
                        if(env.keyCode=='87'){
                                go('stop');
                        }
                        if(env.keyCode=='83'){
                                go('stop');
                        }
                        if(env.keyCode=='65'){
                                go('stop');
                        }
                        if(env.keyCode=='68'){
                                go('stop');
                        }
                }
                $('.before').mousedown(function(){
                        i = setInterval(function(){
                                go('w');
                        },100);
                });
                $('.left').mousedown(function(){
                        i = setInterval(function(){
                                go('a');
                        },100);
                });
                $('.right').mousedown(function(){
                        i = setInterval(function(){
                                go('d');
                        },100);
                });
                $('.cabk').mousedown(function(){
                        i = setInterval(function(){
                                go('s');
                        },100);
                });
                $('#main span').mouseup(function(){
                        clearInterval(i);
                        go('stop');
                });
        });
</script>
<style type="text/css">
        #main{width: 150px;height: 150px;background: #ccc;}
        #main span{width: 50px;height: 50px;float: left;z-index: 999;}
        #main span.on2{background: #ff00ff;}
</style>
<div id="main">
        <span></span>
        <span class="on2 before"></span>
        <span></span>
        <span class="on2 left"></span>
        <span></span>
        <span class="on2 right"></span>
        <span></span>
        <span class="on2 cabk"></span>
        <span></span>
</div>
</body>
</html>

 在命令行里尝试运行这个程序以测试输出：

$ sudo python robot.py

在本地浏览器中打开http://localhost:8000，或者其他计算机使用浏览器中打开http://PI的IP:8000/

四、远程控制小车

ionic环境搭建

安装ionic

npm install -g cordova ionic

克隆小车客户端代码

git clone https://github.com/jingzhaoyang/AutoClient.git

编译代码

#添加平台
ionic platform add android
#编译android的apk安装包
ionic build android
#启动android模拟器
ionic emulate android

在build目录有编译好的apk文件，可以直接在Android平台直接使用。并且通过终端控制小车。