作者：jiujiang

    去年曾经写过舵机的驱动方式，文件见链接：https://www.shumeijiang.com/2020/05/06/舵机（伺服电机）驱动实验/;在那篇文章内我们采用的是外置的驱动文件，其原理还是利用的led的驱动方式；今天我们将切换另一种驱动方式，无需再每次使用时额外引入驱动程序，而是直接调用即可。

    调用之前，我们先认识一下今天的主角CircuitPython；CircuitPython是
初学者友好的Python开源版本，适用于称为微控制器的小型廉价计算机。微控制器是许多电子产品的大脑，包括用于构建业余项目和原型的各种开发板。

    CircuitPython是正在快速发展一种兼容标准Python的嵌入式系统编程语言，目前已支持树莓派(Raspberry Pi)、ARM Cortex-M0/M0+、 ARM Cortex-M4/M4F等；它具有统一的 Python核心API和收纳了越来越多的150多个与之配合使用的设备库和驱动程序；因此我们在驱动硬件设备时，可以直接通过命令调用它的内置驱动，从而不用再每次引入其他驱动程序。

    CircuitPython是由著名开源软件硬件商--Adafruit发起，得到全球开源社区的支持与维护，作为支持嵌入式计算机系统Python解释器的后起之秀，CircuitPython具备很多适合小体积、低功耗、有限资源系统的特征，尤其是在开放性和安全性方面。

    CircuitPython的大部分内建库完全兼容标准的Python3，因此这次调用我们也使用的是Python3。

#实验准备，开始之前需要安装依赖包，命令如下（直接执行即可）：

pip3 install --upgrade throttle  adafruit-circuitpython-motor adafruit-circuitpython-pca9685 inputs smbus RPi.GPIO pick board

#实验代码如下：

#coding:utf-8



'''

from JiuJiang

树莓酱的操作实例

https:://www.shumeijiang.com

'''



import time

from board import SCL, SDA

import busio



from adafruit_pca9685 import PCA9685

from adafruit_motor import servo



#引入i2c

i2c = busio.I2C(SCL, SDA)



#实例化 此处是0x41 驱动板地址修改过导致

pca = PCA9685(i2c, address=0x41)  #地址可以修改  默认0x40

pca.frequency = 50



for i in [0，1，2]:



    servo = servo.Servo(pca.channels[i]) #i是舵机在pca9685上的编号



    #设置脉冲宽度 500到2500是正常的 这个可以自己调整 不设置默认只到135度

    servo.set_pulse_width_range(min_pulse=500, max_pulse=2500)



    #先0度

    servo.angle = 0

    time.sleep(1)



    #再执行90度

    servo.angle = 90

    time.sleep(1)



    #再执行180度

    servo.angle = 180

    time.sleep(1)



    #再恢复90度

    servo.angle = 90

    time.sleep(1)



pca.deinit()

#注意：如果报错board模块的 SCL或者SDA找不到，可以将board文件替换一下，见下面的下载文件； 文件替换地址/home/pi/.local/lib/python3.7/site-packages；地址仅做参考，楼主是这个地址。

#其中关于脉冲宽度部分不同的舵机有不同的设置，具体可参考下图：

#实验效果：

#参考文章：https://circuitpython.readthedocs.io/projects/motor/en/latest/index.html#

    上一篇文章我们已经介绍过了如果获取手柄的按钮、摇杆、方向键等信息；这一篇文章我们将继续上一次的主题，尝试一下如何在获取手柄数据后，控制舵机跟随摇杆方向转动以及如何触发电机转动。

#先看组装效果：

    如上图，可见舵机和电机小风扇由同一块树莓派控制；外接同一块电源驱动；其中舵机由pca9685驱动板驱动；电机小风扇这次只是为了效果展示，所以直接由继电器控制电源开合（接通电源小风扇即可旋转）。

*舵机的接线示例可参考文章：舵机驱动实验；
*电机的接线以及更多的扩展，比如旋转方向控制，旋转速度控制等可参考文章：直流电机驱动实验；
*继电器的接线示例可参考文章：继电器实验；

#实验过程：
1、编写代码，然后保存为jiujiang.py;
2、连接手柄，可以通过蓝牙或者直接电线连，按上图接线，然后接通电源；
3、打开vnc，选择要执行的代码然后执行，执行效果见下图：

4、摆动摇杆或者按动按键，查看vnc画面是否有数值出现（有数据为正常）；
5、按动R2键，可见电机小风扇转动；
6、摆动右侧摇杆，向右摆动可见舵机顺时针转动，当摇杆复位时，舵机也复位90度；当向左摆动摇杆可见舵机逆时针转动；舵机最大最小转动度数代码设置为170度和10度；这个可以自行调整。

#效果如下：

#注：其中舵机驱动部分我们采用了新的驱动方式，去掉了繁琐的驱动文件，采用CircuitPython的舵机驱动程序；这部分下一篇文章我们会详细介绍和实验。

    上一篇文章：树莓派和手柄-蓝牙连接，我们已经完成手柄的蓝牙连接；这篇文章我们将继续实验，尝试如何获取手柄的各个按钮、摇杆的操作数据，然后通过这些数据，方便后续的其他实验。

    实验前需要先安装Pygame，（Pygame是一个免费的开源python编程语言库，用于制作游戏等多媒体应用程序。）我们这次会用到Pygame的joystick模块，从joystick的中文含义（操纵杆）可知，它是用于与操纵杆、游戏手柄和轨迹球交互的Pygame模块。

    由上图我们先设定了一些名称，方便跟代码对应；其中摇杆分左右两个；按钮除了右边圈内的四个，还包含share键，options键，ps键以及L1、L2和R1、R2；方向键为左边圈内上下左右四按键。

#程序执行（程序文档可参考：https://www.pygame.org/docs/ref/joystick.html）

由于在多次尝试ssh登录情况下，效果无法达到预期，所以这次直接通过vnc在树莓派桌面执行程序（预估是权限问题）。vnc相关可参考文章：树莓派安装vnc。

#程序代码：

#coding:utf-8



import pygame

import time



#定义显示颜色

BLACK = pygame.Color('black')

WHITE = pygame.Color('white')



#信息输出类

class TextPrint():

    def __init__(self):

        self.reset()

        self.font = pygame.font.Font(None, 20)



    def tprint(self, screen, textString):

        textBitmap = self.font.render(textString, True, BLACK)

        screen.blit(textBitmap, (self.x, self.y))

        self.y += self.line_height



    def reset(self):

        self.x = 10

        self.y = 10

        self.line_height = 15



    def indent(self):

        self.x += 10



    def unindent(self):

        self.x -= 10



pygame.init()

screen = pygame.display.set_mode((500, 700))

pygame.display.set_caption("My Game")

done = False

clock = pygame.time.Clock()



#初始化joystick

pygame.joystick.init()

textPrint = TextPrint()



#主程序

while not done:

    for event in pygame.event.get():

        if event.type == pygame.QUIT:

            done = True #停止

        elif event.type == pygame.JOYBUTTONDOWN:

            print('joystick button pressed!')

        elif event.type == pygame.JOYBUTTONUP:

            print('joystick button released!')





    #绘图

    screen.fill(WHITE)

    textPrint.reset()



    #获取摇杆数量

    joystick_count = pygame.joystick.get_count()



    #数量信息输出

    textPrint.tprint(screen, "number of joysticks: {}".format(joystick_count))

    textPrint.indent()



    #逐个遍历按钮和摇杆

    for i in range(joystick_count):

        joystick = pygame.joystick.Joystick(i)  #创建对象

        joystick.init()



        try:

            jid = joystick.get_instance_id()

        except AttributeError:

            jid = joystick.get_id

        textPrint.tprint(screen, "Joystick {}".format(jid))

        textPrint.indent()



        #获取名称

        name = joystick.get_name()

        textPrint.tprint(screen, "Joystick name: {}".format(name))



        try:

            guid = joystick.get_guid()

        except AttributeError:

            pass

        else:

            textPrint.tprint(screen, "GUID: {}".format(guid))



        #获取操作杆轴数

        axes = joystick.get_numaxes()

        textPrint.tprint(screen, "Number of axes:{}".format(axes))



        #获取每个轴的数值

        for i in range(axes):

            axis = joystick.get_axis(i) #获取每个轴当前的位置 数字表示 取件-1到1之间 0表示居中

            textPrint.tprint(screen, "Axis {} value is:{:>6.3f}".format(i, axis))

        textPrint.unindent()



        #获取手柄按钮数据

        buttons = joystick.get_numbuttons()

        textPrint.tprint(screen, "Number of buttons:{}".format(buttons))

        textPrint.indent()



        #获取每个按钮状态

        for i in range(buttons):

            button = joystick.get_button(i) #获取当前按钮状态 按压True 否False

            textPrint.tprint(screen, "button {:>2} value {}".format(i, button))

        textPrint.unindent()

        #获取方向键状态

        hats = joystick.get_numhats()  #获取数量

        textPrint.tprint(screen, "Number of hats:{}".format(hats))

        textPrint.indent()



        #获取每个按键的值

        for i in range(hats):

            hat = joystick.get_hat(i)

            textPrint.tprint(screen, "Hat {} value: {}".format(i, str(hat)))

        textPrint.unindent()

        textPrint.unindent()



    pygame.display.flip()

    clock.tick(20)



pygame.quit()

#执行效果

图片可能不清晰，也可以看如下图表，是对应的按钮和摇杆以及方向键的操作类型和值范围；

    生活中经常能看到遥控汽车，遥控飞机，遥控机器狗等依赖手柄遥控的玩具；今天这个实验就来说说树莓派如何无线连接手柄的；由于目前手中有一个ps4手柄，因此就以它为例。

#实验过程：

1、开始连接前，需要将ps4手柄由休眠模式置于蓝牙配对模式；先按住share键，然后再按住ps键，当手柄灯光出现明暗闪烁时，即进入蓝牙配对模式；

2、打开命令行终端，ssh连接树莓派； (比如：ssh pi@192.168.x.xxx)

3、打开蓝牙工具，执行命令： sudo bluetoothctl

4、进入交互页面后，分别执行：
 (1) agent on
 (2) default-agent
 (3) scan on

5、第四步执行搜索设备后，可以看到如下画面：

6、如上图可见，红框内“Wireless Controller”即为我们要连接的ps4手柄；复制设备地址：“90:89:5F:1C:88:F8”；

7、复制设备地址后执行连接：connect 90:89:5F:1C:88:F8

8、提示“connection successful”即为连接成功；这个时候也能看到ps4手柄灯光常亮；

9、为了每次都能自动连接，我们需要让树莓派记住这个地址，执行：
   trust 90:89:5f:1c:88:f8  
（如果这个时候被刷屏看不到地址，可以新开终端执行cat /proc/bus/input/devices，就可以看到设备信息，其中Uniq即为地址）；

10、如果执行cat /proc/bus/input/devices，没有看到信息，则说明没有连接成功；

11、连接成功后，我们来测试一下按钮按动后系统接收的数值变化效果，新窗口执行命令：
   sudo jstest /dev/input/js0，就可以看到如下效果；

12、如果报错“jstest module not found ***”，则需要先安装jstest命令，
    sudo apt-get install jstest-gtk

13、退出蓝牙工具操作页面执行 “quit”即可；移除设备则执行命令 
    remove  ******  （对应的设备地址） 即可。

    由上一篇实验，我们初步解决了步进电机定位的问题；文章可见：https://www.shumeijiang.com/2021/07/25/步进电机定位问题解决尝试；今天我们将在上一篇文章的基础上，由定位衍生出寻找的策略；意思就是在已知的四个点A、B、C、D，分别灵活定义为我们需要存储的物品，然后定义名称；当我们需要的时候，再输入名称程序便可轻松帮我们找寻到物品所在的位置。
    我们定义A点，即正上角（存放“瓜子”）的位置为输出口。

#先看组装效果：

    从安装效果可见，分别在上一篇实验的基础上，将A、B、C、D点四个点分别替换为四个可储物可转动的半封闭容器；然后里面分别存放了“瓜子”，“小毛刷”，“螺丝刀”，“转换头”；当然里面的物品可自定义，也可以为空。
    接下来我们要实现的效果是，我们输入一个物品，比如“螺丝刀”，由于定义A点位输出口，所以程序应该驱动步进电机转动“螺丝刀”到输出口；等我们拿到东西后，步进电机再驱动恢复到初始化状态。
    “此处的输入可以是文字输入，也可以应用我们前面用到的语音识别，也可以是其他传感器触发”。

#实现思路：
1、程序运行，接收输入（命令行/语音输入/传感器触发等）;
2、读取物品位置映射；
3、物品的位置地址计算步长N；
4、获取步长N，驱动步进电机执行；
5、输出口停顿等待物品输出；
6、步进电机反转步长N，恢复初试状态。

#视频效果如下：

#关键代码

    有关步进电机前面我们已经做过实验，主要是执行给定的步数；然后步进电机按照设置的频率执行；这部分可见文章：步进电机驱动实验；但是有时候我们会遇到一些场景，比如我们希望步进电机在指定的旋转位置停止；这时候如果只是计算设置频率的步数会容易出现不精确的现象；因此我们想到一个方案，在需要停止的地方加上一个传感器作为检测反馈；就像我们常用的倒车雷达当有障碍物时变会及时提醒我们，然后我们做出减速设置刹车的决定。

    在本实验，这个充当检测反馈的传感器就是U型光电传感器；关于U型光电传感器的使用方法可以见前面的实验：U型光电传感器实验，以及U型光电传感器测速实验；实验用到的3D打印件，以及接线示例见下图：

    具体的接线部分可分别查看文章：步进电机驱动实验以及U型光电传感器实验；其中供电部分我们采用的是家用的6节5号电池；这部分可自由搭配，大于5V即可；同时接线的时候如果有GND，建议先接GND，防止带电操作损坏传感器；

#实验效果

    由第一张图注解可以看到，转盘我们定义了4个点，4个点不是固定的可以随意定义多个点；但是需要注意每个点后面需要有一个触发板，用于U型光电传感器的感知；我们默认A点位初试点，然后定义比如从A点到B点为一个步长，A点到C点为两个步长，然后以此类推；最后达到我们输入指定的步长然后步进电机能够精准停止在指定的点上的效果。先看效果图：

    由于视频压缩厉害，可能看不清输入的信息；第一个输入是2，就是执行2个步长；可见步进电机开始转动，每经过一个位置点就能看到背面光亮从亮到灭的过程，这就是U型光电传感器被触发了一次，我们记做一个步长；当步长等于我们录入的指令时，步进电机停止准确停止在C点；待停顿一秒后，然后又恢复到初试位置A点；等待下次执行。接下来看一下代码实现；

#coding:utf-8



'''

from JiuJiang

树莓酱的操作实例

https:://www.shumeijiang.com

'''

import sys

import RPi.GPIO as GPIO ##引入GPIO模块

import time    ##引入time库

from classes.motorAct import motorAct  #引入动作类

GPIO.setwarnings(False)



#u型光电传感器

uPin = 17

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(uPin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN) #初始化u型光电低电压



#动作实例化

motor = motorAct()



#定义多步操作

def walk(step, direction):

    if not step:

        return ;

    if not direction:

        direction = 'forward'



    run = 0

    roundStep = 600 #圈长 大于一圈的长度

    for i in range(0, roundStep):

        tect = GPIO.event_detected(uPin)

        status = GPIO.input(uPin)



        #发现事件且处于高电平

        if tect == 1 and status == GPIO.HIGH:

            run += 1

        if direction == 'backward':

            motor.oneStepBack(0.003)

        elif direction == 'forward':

            motor.oneStep(0.003)



        #检测停止条件

        if run >= step:

            motor.stopMoving()

            break



        time.sleep(0.005)  ##每步间的间隔

        #print("第%d步" % i)

    return run



#执行步进

if __name__ == '__main__':

    try:

        step = raw_input("走几步")

        step = int(step)



        #最大步长

        max_step = 4

        if step > max_step:

            print('bad step')

            sys.exit()



        #注册一个电平RISING事件 设置防抖时间

        GPIO.add_event_detect(uPin, GPIO.RISING, bouncetime=1000)



        #动作执行

        ret = walk(step, 'forward')  ##正向走对应步数

        time.sleep(1)

        walk(step, 'backward') ##反向走对应的步数

    except KeyboardInterrupt:

        pass



    GPIO.cleanup()

    其中U型光电检测涉及到传感器抖动问题的解决，这部分可以参考文章：树莓派之传感器防抖，GPIO边缘检测函数等；由上面的代码可以看到，我们先注册一个U型光电传感器的RISING事件，即电压升高事件，然后接收要执行的步长进行执行，当检测U型光电被触发的次数等于步长时则停止；停止1秒后，再恢复原点；当然也可以不恢复原点，但是需要记录执行后的原点位置，这样下次执行时才知道要执行到某一点是从哪里开始。

3D打印件stl文件，可以通过发送邮件lee.chuke@foxmail.com获取。

    前几篇文章介绍了，如何利用Respeaker读取语音，然后又如何通过BaiduApi获取语音文字，以及长文本如何切词获取所需的命令关键字；接下来这篇文章将做个简单的实验，实现如果通过语音控制电灯的开关（其他的实验后续会继续探索）。
    首先来看一下实验效果，如下效果：

    由上可看到，我们对着Respeaker说“天太热了开灯”（突然想起来天热貌似和开灯没啥关系），可见发送baidu分析，然后获得长文本“天太热了开灯”；接着分词切出"开灯"命令；由于这个命令是可执行命令，所以提示写入命令；然后可见另一个树莓派控制的led灯开始闪烁。当然这个时候我们可以控制很多东西，比如天热了开风扇等。
    见下图，第一行为识别文本，第三行是切词效果，由于开灯是关键词，所以命中了可执行命令，触发命令写入。具体的命令写入可参考：mongo操作。

{ "_id" : 8, "status" : 1, "subject" : "电灯", "act_dely" : 0, "act" : "开灯", "add_time" : "2021-07-21 08:52:58" }

其中status标示是否已执行，subject为执行主体，act_dely是否延迟执行，act是执行动作，add_time是命令写入时间。

#接下来我们阐述一下具体的实验过程，需要用到的材料以及接线如下图：

具体的接线可参考文章：继电器实验； 

接线完成后，如何获取的命令如何传递的可以参考文章：多个树莓派之间通信；

实验的具体思路和流程如下：

• 语音通过传感器捕获；
• 发送语音流然后Api解析；
• 长文本获取；
• 文本筛选切词；
• 切词后获取关键命令；
• 命令捕获格式化存储；
• 执行端远程通信并捕获命令；
• 命令校验报错或执行；
• 命令执行后销毁；
• 完成。

具体实现代码，先看语音命令识别写入部分：

接下来是执行端代码：

其中命令获取采用的是crontab，每5秒检测一次，因此最大会出现5秒的延迟。

#check led task

* * * * * cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

* * * * * sleep 5;  cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

* * * * * sleep 10; cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

* * * * * sleep 15; cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

* * * * * sleep 20; cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

* * * * * sleep 25; cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

* * * * * sleep 30; cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

* * * * * sleep 35; cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

* * * * * sleep 40; cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

* * * * * sleep 45; cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

* * * * * sleep 50; cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

* * * * * sleep 55; cd /home/pi/shumeijiang/act/led && /usr/bin/python led.py

    通过前面两篇树莓派语音识别文章的介绍与学习，我们此时应该已初步可以实现语音的解析和翻译，并在我们的屏幕上打印出来；但是会发现一些问题就是一些解析出来的词容易混淆，如“就酱”和“九江”，“游戏”和“有戏”等等，发言相似的词还是会出现识别的不准确，这个问题可以通过百度的语音训练来提升精准度，文档地址；这个不作为这次讨论的重点，本篇文章着重解决的场景是一段长语音识别文本如何获取想要的关键词，比如“等下一个班车”，那么解析的关键字可以是“等下，一个，班车”，但实际我们可能想要的是“等，下一个，班车”。

切词我们用到的是Python的一个好用的中文分词第三方库，因为是第三方所以需要我们自己先安装一下：

pip install jieba

如果你用的是Python3 则需要执行：（如果不清楚当前Python版本可以执行python -V查看）

pip3 install jieba

安装好后，我们先看一下效果，继续拿“等下一个班车”做实验：

    第一张图是切词的代码，可以看到我们输入的文本是“等下一个班车”，我们预期的是“下一个”；第二张图是返回的切词结果，原本返回的是list结构，为了直观我们修改为了逗号分隔的字符串，从字符串可见，“下一个”被切分的太细了，成了两个词“下”和“一个”；这个对于后续的判断可能会出现误导；倒不是说切词不对，只是没有符合我们的预期而已；

    为了解决上面的问题，jieba还提供了另一个方法，可以通过我们自定义需要的词来切分；还是以上面的例子为例；

    从上面的新的切分结果来看，已经能达到我们预期的结果，当然add_word这个函数可以多次添加同时执行，以满足我们同时需要切分多个词的需求。

下面的表格是jieba模块常用函数的讲解：