分类目录试试传感器

前段时间实验了ps2摇杆控制多舵机实验；今天尝试将ps2摇杆数据转换为四驱小车的方向控制。实验将分两部分，第一部分将叙述整个流程的概要；第二部分将具体去实现。

其中用到的知识点：
1、四驱小车驱动封装参考：https://www.shumeijiang.com/2021/09/23/四驱小车循迹实验-直流电机驱动封装；
2、PCF8591数模转换参考：https://www.shumeijiang.com/2022/10/30/pcf8591-da数模转换实验.html；
3、树莓派间socket通信参考：https://www.shumeijiang.com/2021/10/18/树莓派间通信-socket通信.html；
4、ps2摇杆数据获取参考：https://www.shumeijiang.com/2022/12/07/ps2摇杆传感器实验.html；
5、摄像头数据流参考：https://www.shumeijiang.com/2021/11/14/树莓派摄像头实验（一）.html。

实验思路：
1、用到两个树莓派，一个树莓派负责获取摇杆数据；另一个树莓派负责接收指令然后驱动小车行驶；
2、第一个树莓派获取到摇杆数据后，将数据发送给PCF8591数模转换板，转换为数字信号；3、第一个树莓派然将数字信号转换为对应的方向控制，然后通过socket通信将命令发给第二个树莓派；
4、负责执行的树莓派，接收到通信数据后，驱动小车执行对应的命令。

组装示例：

第二篇文章将具体实现如何控制小车行驶起来。

实验目的：通过实验获取摇杆传感器对应的方向以及数值。从而为摇杆应用提供支持。

    因为摇杆获取的是模拟信号，我们需要将模拟信号转换为数字信号；因此传感器需要配合PCF8591数模转换模块使用。

接线示例：

代码示例：

#!/usr/bin/env python

#coding:utf-8



'''

from JiuJiang

树莓酱的操作实例

https:://www.suhmeijiang.com

'''



import time      ##引入time库

import smbus     ##引入控制总线



address = 0x48    ##传感器地址

xAddress = 0x40   ##x轴使用的地址 对应的AIN0

yAddress = 0x41   ##y轴使用的地址 对应的AIN1

zAddress = 0x42   ##z轴使用的地址 对应的AIN2



bus = smbus.SMBus(1)   ##开启总线



##定义监测方法

def getStatus(n):

    if not n: return

    global address



    map = {'x':xAddress, 'y':yAddress, 'z':zAddress}

    if n not in map.keys():

        return False



    #发送一个控制字节到设备 表示要读取n通道的数据

    bus.write_byte(address, map[n])



    #空读一次 消费掉无效数据(重要)

    bus.read_byte(address)



    #返回某通道输入的模拟值A/D转换后的数字值

    return bus.read_byte(address)



##获取方位信息

def getDirection(n):

    if not n: return

    num = getStatus(n)

    num = int(num)



    mess = ''

    if n == 'x':

        if num > 150: mess = 'backward'

        if num < 125: mess = 'forward'



    if n == 'y':

        if num > 150: mess = 'left'

        if num < 125: mess = 'right'



    if n == 'z':

        if num == 0: mess = 'pressed'



    return mess

其中PCF8591数模转换模块参考：https://www.shumeijiang.com/2022/10/30/pcf8591-da数模转换实验.html。

实验目的：实验采用PCF8591数模转换板，实现数字信号（Digital signal）到模拟信号（Analog signal）以及模拟信号到数字信号之间的转换。其中数字信号可以理解为”有无“（高电平或低电平），模拟信号则可以理解为”多少“（可以显示信号量多少）。

#传感器如图：

各引脚说明：

此处用ps2摇杆传感器测试：
1、GND接树莓派GND；
2、+5V接树莓派5V；
3、VRX接PCF8591的AIN0；
4、VRY接PCF8591的AIN1；
5、SW接PCF8591的AIN3。

实验代码：

#!/usr/bin/env python

#coding:utf-8



'''

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'''



import time      ##引入time库

import smbus     ##引入控制总线



address = 0x48    ##传感器地址

xAddress = 0x40   ##x轴使用的地址 对应的AIN0

yAddress = 0x41   ##y轴使用的地址 对应的AIN1

zAddress = 0x42   ##z轴使用的地址 对应的AIN2



bus = smbus.SMBus(1)   ##开启总线



##定义监测方法

def getStatus(n):

    if not n: return

    global address



    map = {'x':xAddress, 'y':yAddress, 'z':zAddress}

    if n not in map.keys():

        return False



    #发送一个控制字节到设备 表示要读取n通道的数据

    bus.write_byte(address, map[n])



    #空读一次 消费掉无效数据(重要)

    bus.read_byte(address)



    #返回某通道输入的模拟值A/D转换后的数字值

    return bus.read_byte(address)



#获取数值

try:

    while True:

        xN = getStatus('x') #获取x轴

        yN = getStatus('y') #获取y轴

        zN = getStatus('z') #获取z轴



        print('x num is', xN)

        print('y num is', yN)

        print('z num is', zN)

        print("\n")



        time.sleep(0.3)



except KeyboardInterrupt:

    print('stop')

执行Python3 jiujiang.py

执行效果：

注意：其中PCF8591模块是8位的数模转换芯片，所以其输出的数字量是2的8次方也就是256种；也就是0到255区间范围。然后这个区间将5V电压平均分为255份。
实验前，需要先打开树莓派I2c协议支持。

    以前曾用L298N改进板驱动直流电机，文章链接：https://www.shumeijiang.com/2020/05/04/直流电机驱动变速实验.html；现在尝试L298N驱动板如何接线以及如何使用。

    其中改进型和这个板子的明显区别在于，改进型将调速直接作用于高电平引脚输出即可；这个板子，在ENA和ENB上面作用；如果安装跳帽则表示固定速度，如果连接树莓派引脚，则可以通过PWM调速。

#接线示例

#代码示例

#!/usr/bin/env python

#coding:utf-8



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import RPi.GPIO as GPIO ##引入GPIO模块

import time    ##引入time库



motorA1 = 17   ##定义电机A的IN1引脚

motorA2 = 18   ##定义电机A的IN2引脚

enA = 21 #引脚21接ENA，调速电机A



GPIO.setmode(GPIO.BCM)  ##此处采用BCM编码

GPIO.setup(motorA1, GPIO.OUT)  ##设置引脚为输出模式

GPIO.setup(motorA2, GPIO.OUT)

GPIO.setup(enA, GPIO.OUT)



#enA决定速度

pwm = GPIO.PWM(enA, 80)

pwm.start(70)  ##初始化占空比 即单位时间高电平的时间占比



#设置正反方向

GPIO.output(motorA1, GPIO.HIGH) ##设置A1 引脚为高电平

GPIO.output(motorA2, GPIO.LOW)  ##设置A2 引脚为低电平 如此可控制电机A正转，反之电机A反转



##通过一定时间间隔设置占空比，可见电机间隔一定时间后会发生速度变化 其中0则电机停止转动

try:

    while True:

        pwm.ChangeDutyCycle(30)

        time.sleep(2)

        pwm.ChangeDutyCycle(70)

        time.sleep(2)

        pwm.ChangeDutyCycle(0)  ##电机停止转动

        time.sleep(2)  ##持续时间



except KeyboardInterrupt:

    pass

pwm.stop()

GPIO.cleanup()

#视频效果：

    旋转编码传感器是一种速度位移检测传感器；用来检测位置的变化以及位置的偏移变化量；它可以向左转动也可以向右转动，同时还可以按压进行复位这个三个动作方向。

其中传感器有五个引脚，功能分别如下：

接线示例：

检测原理：
（1）CLK口注册一个边缘检测事件，检测FALLING事件；
（2）当CLK事件命中时，表示旋转事件发生，这个时间检测旋转方向；
（3）检测DT引脚状态，当状态由1变0时为顺时针旋转，0变1时为逆时针旋转；
（4）检测SW引脚状态，默认为高电平，当为低电平时表示按钮按下，表示计数复位；

代码示例

#!/usr/bin/env python

#coding:utf-8



'''

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'''



import RPi.GPIO as GPIO  ##引入GPIO模块

import time              ##引入time库



clkPin = 17

dtPin = 18

swPin = 27



GPIO.setmode(GPIO.BCM)   ##此处采用的BCM编码

GPIO.setup(clkPin, GPIO.IN) ##设置为输入模式

GPIO.setup(dtPin, GPIO.IN)

GPIO.setup(swPin, GPIO.IN)



##定义变量初始值

start = False

reset = False

counter = 0



#检测旋转事件 电压下降为触发条件

GPIO.add_event_detect(clkPin, GPIO.FALLING, bouncetime=600)



try:

    while True:

        ##检测是否触发旋转动作

        clkStatus = GPIO.event_detected(clkPin)

        dtOldStatus = GPIO.input(dtPin)

        swStatus = GPIO.input(swPin)



        #开始旋转

        if clkStatus:

            print('start')

            dtNewStatus = GPIO.input(dtPin)

            start = True



        ##动作开始

        if start:

            ##1变0 顺时针旋转

            if dtOldStatus == 1 and dtNewStatus == 0:

                counter += 1

                print('顺时针旋转')



            ##0变1 逆时针旋转

            if dtOldStatus == 0 and dtNewStatus == 1:

                counter -= 1

                print('逆时针旋转')



        ##检测是否按下 重置数值

        if swStatus == 0:

            reset = True



        #重置

        if reset:

            counter = 0



        #步进数量

        print('步数:%d'%counter)

        time.sleep(0.2)

except KeyboardInterrupt:

    print('停止检测');



GPIO.cleanup()

实验效果：

    DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它可以输出当前测定的环境温度和湿度；其中温度测量范围是0~50度，湿度是20-90%RH；测量精度是温度+-2度，湿度是+-5%；接下来我们将尝试如何将这两部分信息打印出来。

接线示例：

其中：
（1）-接GND；
（2）+接VCC，范围是3.3v~5v，此处接3.3v；
（3）out为信号线，接自定义Pin脚，此处接Pin18；

采集程序部分，采用的是github已有的程序，测试精确度还是不错；程序获取地址：

sudo git clone https://github.com/szazo/DHT11_Python.git

如果地址不可访问，文章最后有可用下载包。

代码下载后，可见example.py，文件，此处我们复制一下文件然后进行简单修改；

cp example.py jiujiang.py

修改jiujiang.py文件如下：

#!usr/bin/env python

#coding:utf-8



'''

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树莓酱的操作实例

https:://www.suhmeijiang.com

'''



import RPi.GPIO as GPIO

import dht11

import time

import datetime



GPIO.setwarnings(False)

GPIO.setmode(GPIO.BCM)



# 设置使用的 pin 18引脚

instance = dht11.DHT11(pin=18)



try:

    while True:

        result = instance.read()

        if result.is_valid():

            print("\n");

            print("最后采集时间: " + str(datetime.datetime.now()))



            print("当前温度: %-3.1f C" % result.temperature)

            print("当前湿度: %-3.1f %%" % result.humidity)



        time.sleep(2) #测量频率 2秒/次



except KeyboardInterrupt:

    print("停止采集")

    GPIO.cleanup()

执行代码，效果如下图，测量结果如果一开始不准确，可以等待一下数据刷新的结果；

从上图可见，测量结果温度还是很准确的，湿度有差异，但是也在合理误差范围。

    很久前曾入手一个红外夜视摄像头，最近倒腾出来准备试一下；尝试如何拍照然后手机查看，还有实时摄像然后手机浏览。

首先连接摄像头，推荐关机连接，防止损坏摄像头；连接效果如下：

然后打开树莓派Camera设置，执行以下命令：（当然也可以页面设置）

sudo raspi-config

命令执行后，选择5 Interfacing Options，然后Enter键选择；

然后选择第一个Camera选项，按Enter键选择，然后选择"是"，重启系统完成。

（一）拍照，执行如下命令

raspistill -o show.jpg -rot 0 -w 1024 -h 768 -t 5000   -v

其中raspistill是摄像头拍照命令，具体参数如下：

命令执行后，可见当前目录产生一个show.jpg图片，为了查看图片内容，我们可以参考上次文章，https://www.shumeijiang.com/2021/10/30/手机连接树莓派实验/；
（1）手机ssh登录树莓派；
（2）进入相片所在目录；
（3）点击图片下载，然后在下载目录点击图片查看；
（4）效果如下图；

（二）实时摄像，执行raspivid命令，此命令是树莓派摄像命令；

raspivid -o - -t 0 -w 640 -h 360 -fps 25|cvlc -vvv stream:///dev/stdin --sout '#standard{access=http,mux=ts,dst=:8989}' :demux=h264

注意：如果执行上面命令报错cvlc命令没有找到，则需要执行sudo apt install vlc安装即可。

其中dst是输出端口，具体的参数含义可以网上查询；执行后，数据流产生了，但是我们没有存储，这个时候就需要一个能实时查看图像流的软件，可以用VLC、KMPlayer；此处我们用KMPlayer，效果如下图；（App Store下载）

    输入树莓派的静态IP加上命令启动时的端口号，然后点击打开，可以看到摄像头的实时视频，不过测试时发现有些延迟严重，下篇文章就实验PiCamera。

    在三维空间中，我们定义分别在三个方向存在X轴，Y轴以及X轴，当物体转动时，欧拉角用来表示围绕三个轴转动的三个角度；可以用矩阵来表示；这篇文章将实验mpu6050陀螺仪如何获取欧拉角。
    其中围绕X轴旋转定义为Pitch（俯仰角）；围绕Y轴旋转定义为Yaw（偏航角）；围绕Z轴旋转定义为Roll（翻滚角）。

    首先建立空间坐标系，根据右手坐标系法则，右手手心面向我们，然后食指向上，中指指向我们，这时候，大拇指指向为X轴，食指指向Y轴，中指指向Z轴；如下图:

借用网络图片可看到三个角度运动方向：

自制一个飞机小模型，分别展示三个动作如下：

下面将实验mpu6050陀螺仪传感器，分别执行俯仰，翻滚，偏航动作，然后获取对应的角度。

获取陀螺仪数据，我们使用现成的模块，安装需要执行以下命令：

pip install mpu6050-raspberrypi

其他安装可参考文章：https://www.shumeijiang.com/2021/10/23/陀螺仪模块实验-准备/。

实验过程：

    上面动图可见，先执行左右翻滚，可见roll数值在变化；执行前后俯仰时，pitch数值在变化；执行左右偏航时，yaw数值变化。

程序部分可参考文章： https://blog.csdn.net/weixin_38956024/article/details/94898531；

算法部分参考：https://blog.csdn.net/weixin_38956024/article/details/94757023。