基于树莓派的视频小车的设计与实现【1】

其他 2020-03-31 10:23:39 阅读次数: 0

（毕业设计）打算做个遥控小车，于是，就搜索了相关文章，其中值得参考的如下：

1、Sunny的树莓派小车（6篇博文教程），链接如下：

https://www.sunnyos.com/article-show-56.html

2、Mjpg-Streamer实现网络监控

https://blog.csdn.net/czy_1125/article/details/52636699

/********************************************************************/

首先，上面的第一篇教程实现了小车的运动控制，第二篇教程实现了实时视频监控。

于是，综合起来就能做出一个最简单的基于树莓派的遥控视频小车。

/********************************************************************/

先上图记录这第一阶段的小车：

实物图

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/********************************************************************/

第一步：硬件连接。如上图，用充电宝给树莓派供电，用三个18650电池（约12V）给驱动和马达使用。两者共地（树莓派上，用一条杜邦线引出地线，接到驱动L298N的地线接口上）。摄像头接入树莓派的USB口。

第二步：上传代码。根据“Sunny的树莓派小车”这篇教程在树莓派上搭建环境，上传代码到树莓派。如下：

①（树莓派上安装）异步io框架tornado(官网http://www.tornadoweb.org/)

sudo pip install tornado

②上传代码到树莓派上。注：代码仿自Sunny的树莓派小车

car.py文件

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

from tornado.options import define,options
define("port",default=80,type=int)
IN1 = 17
IN2 = 18
IN3 = 27
IN4 = 22
distance=2.0
fd=os.open('piptest2',os.O_RDONLY)
distance=os.read(fd,11)
print(distance)
os.close(fd)

def init():
        #distance=os.read(fd,11)
        #print(distance)
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        GPIO.setup(IN1,GPIO.OUT)
        GPIO.setup(IN2,GPIO.OUT)
        GPIO.setup(IN3,GPIO.OUT)
        GPIO.setup(IN4,GPIO.OUT)

# 前进
def forward(tf):
        fd=os.open('piptest2',os.O_RDONLY)
        distance=os.read(fd,11)
        print(distance)
        os.close(fd)
        if(float(distance)>5.0):
            GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
            GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
            GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
            GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
            time.sleep(tf)
        GPIO.cleanup()

# 后退
def reverse(tf):
        GPIO.output(IN1,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN2,GPIO.HIGH)
        GPIO.output(IN3,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN4,GPIO.HIGH)
        time.sleep(tf)
        GPIO.cleanup()

# 左转弯
def left(tf):
        GPIO.output(IN1,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
        GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
        time.sleep(tf)
        GPIO.cleanup()

# 右转弯
def right(tf):
        GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
        GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN3,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
        time.sleep(tf)
        GPIO.cleanup()

class IndexHandler(tornado.web.RequestHandler):
        def get(self):
                self.render("index.html")
        def post(self):
                init()
                sleep_time = 0.1
                arg = self.get_argument('k')
                if(arg=='w'):
                        forward(sleep_time)
                elif(arg=='s'):
                        reverse(sleep_time)
                elif(arg=='a'):
                        left(sleep_time)
                elif(arg=='d'):
                        right(sleep_time)
                else:
                        return False
                self.write(arg)
if __name__ == '__main__':
        tornado.options.parse_command_line()
        app = tornado.web.Application(handlers=[(r"/",IndexHandler)])
        http_server = tornado.httpserver.HTTPServer(app)
        http_server.listen(options.port)
        tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()

csb2.py 文件

import time
import RPi.GPIO as GPIO
import Adafruit_SSD1306
import os
 
from PIL import Image
from PIL import ImageDraw
from PIL import ImageFont
 
import subprocess
 
#CSB_BEGIN
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
trig=19 #send-pin
echo=26 #receive-pin
GPIO.setup(trig,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
#GPIO.setup(trig,GPIO.OUT)
GPIO.setup(echo,GPIO.IN)
##CSB_END
 
RST = None     # on the PiOLED this pin isnt used
 
# 128x32 display with hardware I2C:
disp = Adafruit_SSD1306.SSD1306_128_32(rst=RST)
 
disp.begin()
 
disp.clear()
disp.display()
 
# Create blank image for drawing.
# Make sure to create image with mode '1' for 1-bit color.
width = disp.width
height = disp.height
image = Image.new('1', (width, height))
 
# Get drawing object to draw on image.
draw = ImageDraw.Draw(image)
 
# Draw a black filled box to clear the image.
draw.rectangle((0,0,width,height), outline=0, fill=0)
 
# Draw some shapes.
# First define some constants to allow easy resizing of shapes.
padding = -2
top = padding
bottom = height-padding
# Move left to right keeping track of the current x position for drawing shapes.
x = 0
 
font = ImageFont.load_default()
 
while True:
################################################
    #send
    GPIO.output(trig,True)
    time.sleep(0.00001) #1us
    GPIO.output(trig,False)
 
    #start recording
    while GPIO.input(echo)==0:
        pass
    start=time.time()
 
    #end recording
    while GPIO.input(echo)==1:
        pass
    end=time.time()
 
    #compute distance
    distance=round((end-start)*343/2*100,2)
#################################################
 
    draw.rectangle((0,0,width,height), outline=0, fill=0)
 
    draw.text((x, top), "distance: " + str(distance)+"cm",  font=font, fill=255)
 
#    print(distance)
    # Display image.
    disp.image(image)
    disp.display()
    time.sleep(.1)

    distance2='%f' %distance
    print(distance2)
    fd=os.open('piptest2',os.O_NONBLOCK|os.O_CREAT|os.O_RDWR)
    os.write(fd,distance2)
    os.close(fd)
 
GPIO.cleanup()

index.html 文件

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta charset="utf-8" />
    <title>毕业设计</title>
    <script src="http://libs.baidu.com/jquery/1.9.0/jquery.js"></script>
</head>
<body>
<script type="text/javascript">
    function go(k){
        $.post('/',{k:k},function(){});
    }
    $(function(){
        window.document.onkeydown = abc;
        function abc(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');
            }
        }
        var i = null;
        $('.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);
        });
    });
</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;}
	#video{width:800px;height:550px;padding:auto}
</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>
<div id="webcam"><noscript><img src="./?action=snapshot" /></noscript></div>
<iframe id="video" src="http://192.168.43.16:8080/javascript_simple.html" ></iframe>
</body>
</html>

第三步：给树莓派设置固定IP。可参考：https://www.jianshu.com/p/308fb22a7dab

输入以下命令打开配置文件：

sudo nano /etc/network/interfaces

修改为如下所示：

保存配置：ctrl + o

退出编辑：ctrl + x

第四步：树莓派上运行python脚本文件(我的文件名为car.py)。

sudo python ./car.py

第五步：局域网内(即电脑与树莓派连接的是同一个WiFi),电脑浏览器访问树莓派的IP地址（我的是192.168.43.16）。

这时候车子已经可以动起来了。

第六步：使用mjpg-streamer获取USB摄像头图像，参考自：https://blog.csdn.net/bobsweetie/article/details/50814849

项目工程：https://github.com/jacksonliam/mjpg-streamer

将工程下载后，传送到树莓派系统中解压：

unzip mjpg-streamer-master.zip

编译此工程需要用到cmake：

sudo apt-get install cmake

编译前，还需要安装支持库：

sudo apt-get install libjpeg8-dev

进入工程mjpg-streamer-experimental，进行完全编译：

make clean all

使能树莓派的摄像头（详略）

sudo raspi-config

新建文件run.sh ，文件内容如下（文件路径需作适当修改）：

cd  /home/pi/mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental
sudo ./mjpg_streamer -i "./input_uvc.so" -o "./output_http.so -w ./www"

第七步：设置脚本自启动。参考：https://blog.csdn.net/qq_36501027/article/details/80360504

方法二：

1、在/etc/init.d/路径下编写开机脚本

如：run.sh文件

#!/bin/bash

cd /works/smartdoor/

sudo ./smartdoor

2、更改脚本文件的权限

sudo chmod 775 run.sh

3、将该脚本添加到启动脚本中，执行以下指令 （完成）

sudo update-rc.d run.sh defaults 90

注：此处的数字90表示的是执行的优先级，越高表示执行的越晚

4、在启动脚本中移除该执行脚本

sudo update-rc.d -f run.sh remove

第八步：设计安卓APP。原创博文：https://blog.csdn.net/mm13420109325/article/details/88325148

第九步：增加OLED模块和超声波测距模块。

参考：http://shumeipai.nxez.com/2017/09/13/solve-the-raspberry-pi-drive-oled-problem.html

参考2：https://blog.csdn.net/ki1381/article/details/79291138

参考3：https://www.jianshu.com/p/61b3119ab3f5

参考4：http://www.cnblogs.com/maoguy/p/5678563.html

安装Adafruit_Python_SSD1306库

sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential python-dev python-pip
sudo pip install RPi.GPIO
sudo apt-get install python-imaging python-smbus
sudo apt-get install git
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_SSD1306.git
cd Adafruit_Python_SSD1306
sudo python setup.py install

进入例程目录examples，运行shapes.py例程。

（记录一下这个美好的时候：）

接下来是超声波模块的事了：

参考一：https://blog.csdn.net/qq_38880380/article/details/78970526

参考二：https://blog.csdn.net/a497785609/article/details/78001972

参考三（c语言的）：https://www.cnblogs.com/yuemo/p/8888342.html

参考四（分压电路）：https://www.jianshu.com/p/293415ae3e9c

超声波模块5V供电，信号输出引脚需分压电路。

超声波模块的测试代码如下：

import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
trig=17 #send-pin
echo=27 #receive-pin
GPIO.setup(trig,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(echo,GPIO.IN)
 
def Measure():
 
    #send
    GPIO.output(trig,True)
    time.sleep(0.00001) #1us
    GPIO.output(trig,False)
 
    #start recording
    while GPIO.input(echo)==0:
        pass
    start=time.time()
 
    #end recording
    while GPIO.input(echo)==1:
        pass
    end=time.time()
 
    #compute distance
    distance=round((end-start)*343/2*100,2)
    print("distance:{0}cm,{1}m".format(distance,distance/100))
    
while True:
    Measure()
    time.sleep(1)
    
GPIO.cleanup();

记录一下这个美好的时候吧：

此时，超声波模块和OLED模块都可以独立工作了，下一步就是整合了。

整合之后：

import time
import RPi.GPIO as GPIO
import Adafruit_SSD1306

from PIL import Image
from PIL import ImageDraw
from PIL import ImageFont

import subprocess

#CSB_BEGIN
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
trig=17 #send-pin
echo=27 #receive-pin
GPIO.setup(trig,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(echo,GPIO.IN)
##CSB_END

RST = None     # on the PiOLED this pin isnt used

# 128x32 display with hardware I2C:
disp = Adafruit_SSD1306.SSD1306_128_32(rst=RST)

disp.begin()

disp.clear()
disp.display()

# Create blank image for drawing.
# Make sure to create image with mode '1' for 1-bit color.
width = disp.width
height = disp.height
image = Image.new('1', (width, height))

# Get drawing object to draw on image.
draw = ImageDraw.Draw(image)

# Draw a black filled box to clear the image.
draw.rectangle((0,0,width,height), outline=0, fill=0)

# Draw some shapes.
# First define some constants to allow easy resizing of shapes.
padding = -2
top = padding
bottom = height-padding
# Move left to right keeping track of the current x position for drawing shapes.
x = 0

font = ImageFont.load_default()


while True:
################################################
    #send
    GPIO.output(trig,True)
    time.sleep(0.00001) #1us
    GPIO.output(trig,False)
 
    #start recording
    while GPIO.input(echo)==0:
        pass
    start=time.time()
 
    #end recording
    while GPIO.input(echo)==1:
        pass
    end=time.time()
 
    #compute distance
    distance=round((end-start)*343/2*100,2)
#################################################

    draw.rectangle((0,0,width,height), outline=0, fill=0)

    draw.text((x, top), "distance: " + str(distance)+"cm",  font=font, fill=255)

    # Display image.
    disp.image(image)
    disp.display()
    time.sleep(.1)

GPIO.cleanup()

到了这个时候，就可以开始做外网访问了。

参考1：https://www.jianshu.com/p/98a71bc3b690

参考2：https://www.linuxidc.com/Linux/2017-11/148192.htm

参考3（ssh反向）：https://blog.csdn.net/little_bobo/article/details/78810137

参考4（frp可实现！！！）：https://blog.csdn.net/weixin_40535588/article/details/89296894

github：https://github.com/fatedier/frp

首先，阿里云新买了一个服务器（学生价九块五每月）

新建个用户：

安装一下git:

sudo apt-get update
sudo apt-get install git

服务器和树莓派都安装frp(错误操作...):

git clone https://github.com/fatedier/frp

或者（正确操作!!!）：

服务器安装frp

wget https://github.com/fatedier/frp/releases/download/v0.20.0/frp_0.20.0_linux_amd64.tar.gz
tar -zxvf frp_0.20.0_linux_amd64.tar.gz

树莓派安装frp

wget https://github.com/fatedier/frp/releases/download/v0.20.0/frp_0.20.0_linux_arm.tar.gz
tar -zxvf frp_0.20.0_linux_arm.tar.gz

安装好之后，

树莓派修改frpc.ini

[common]
server_addr =云服务器IP  # frps所在的服务器的 IP
server_port = 7000                 # frp与服务器绑定进行通信的端口

[ssh]
type = tcp
local_ip = 192.168.43.16        # Pi所在局域网IP
local_port = 22                       # 本地端口
remote_port = 6000               # ssh远程访问端口

[web]
type = http
local_port = 8080                   # web 服务对应的端口——mjpg-streamer所需端口
custom_domains = 云服务器IP   # frps所在的服务器的 IP

服务器修改frps.ini

[common]
bind_port = 7000         # frp与客户端绑定进行通信的端口
auto_token = frp7
vhost_http_port = 9000   # http 访问端口

配置文件修改完成后，运行frp

服务器上：

./frps -c ./frps.ini

树莓派上：

  ./frpc -c ./frpc.ini

出错：

参考一：https://blog.csdn.net/jianghao_ava/article/details/81097980

出了无法解决的奇怪错误，需要重装系统从头来过。。。。

去系统官网下载镜像：

https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/

安装好后发现，镜像默认是关闭SSH服务的，解决方法（根目录下新建文件夹ssh）：http://shumeipai.nxez.com/2017/02/27/raspbian-ssh-connection-refused.html

默认的用户名: pi
默认的密码是: raspberry

开启VNC，参考：https://www.jianshu.com/p/b73f358849de

临时开启VNC：vncserver

开机自启动脚本，参考：https://www.jianshu.com/p/86adb6d5347b

最终run.sh文件改成如下：

#!/bin/bash
sudo /home/pi/myDesign/mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental/mjpg_streamer -i "/home/pi/myDesign/mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental/input_uvc.so" -o "/home/pi/myDesign/mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental/output_http.so -w /home/pi/myDesign/mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental/www" &
sudo python /home/pi/myDesign/car.py &

改动如下：

#!/bin/bash
sudo /home/pi/myDesign/mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental/mjpg_streamer -i "/home/pi/myDesign/mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental/input_uvc.so" -o "/home/pi/myDesign/mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental/output_http.so -w /home/pi/myDesign/mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental/www" &
sudo /home/pi/myDesign/frp_0.20.0_linux_arm/frpc -c /home/pi/myDesign/frp_0.20.0_linux_arm/frpc.ini &
sudo python /home/pi/myDesign/csb2.py &
sudo python /home/pi/myDesign/car.py &

添加到 /etc/rc.local 文件中：

此时实现了开机自启动，浏览器访问对应的ip后界面如下：

界面图

外网访问完成，参考：https://blog.csdn.net/weixin_40535588/article/details/89296894

通信创客
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转载自blog.csdn.net/mm13420109325/article/details/88413446
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