【NanoPi M2试用体验】我的"潘多拉魔盒" 8——智能车多功能遥控器开发项目结题报告

在第7讲“我的‘潘多拉魔盒’7—遥控器按键电平检测威廉希尔官方网站 设计中，重新改进了遥控器的威廉希尔官方网站 设计，解决了按键未按下时，对应引脚悬空导致的电平跳变问题。从而为本项目的结题做了关键的铺垫。

为了能够实现所开发的遥控器对小车的遥控，本节需要解决的问题有：

1）        NanoPi M2与Ardunio的无线通信问题；

2）        小车的控制流程设计及程序的开发；

3）        小车驱动电机控制。

由于本项目的重点在于小车遥控器的开发，对于小车的建立和控制原理本报告就不细讲，感兴趣的同学，有问题可以跟我直接联系。

图1 查看NanoPi M2可用的串口号

由图1可见，当前有四个串口可用，其中画红线的ttyAMA2就是UART3对应的串口，也即引脚8和引脚10。而其中一个数传是USB接口（见图2），所以可直接插在USB口上，此时再次查询可用串口发现多了一个ttyUSB0串口，也就是我所采用的插着无线数传的接口。

图2 无线数传模块

图3 插上带USB接口的无线数传后出现ttyUSB串口号

遥控器与NanoPi M2的接线在第5和第7讲中都有详细描述，这里不再赘述，可直接见图4。主要讲遥控器端的控制程序的软件实现。

图4  遥控器端连接实物图

这里采用的开发环境是Python2.7的IDE，采用这个的开发环境的好处是格式简约大方，调试方便(见图5和图6)，安装也很简单，采用如下指令：

安装IDE命令：sudoapt-get install idle

采用的开发语言当然也就是python了，之所以采用python主要是python的串口通信库很好用，也就是pyserial-3.0.1。不过，该库需要安装，安装方法如下：

使用apt-get工具安装：sudoapt-get install python-serial

当然也可以下载后安装，下载后安装方法如下：

1）  tar zxvf pyserial-3.0.1.tar.gz

2）  cd pyserial-3.0.1  

3）  python setup.py install

pyserial的下载地址如下，该库有详细的使用教程，虽然是英文的但简单易懂：

下载地址：https://pypi.python.org/pypi/pyserial/3.0.1

通信库使用手册连接：http://pythonhosted.org/pyserial/

图5 Python IDLE开发环境安装后在编程菜单下

图6 打开python2.7后进入开发环境界面

1）  导入串口通信库：importserial

2）  打开通信的串口及设置波特率：ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0',57600)

3）  判断是否打开正确：if(ser.isOpen()):print('Device open successfully!')

4）  定义所采用的引脚编码号，如forward_in= 92

5）  定义引脚的输入输出模式，如gpio.setup(forward_in,'in')

6）  初始化输出引脚为低电平，如gpio.set(forward_out,0)

7）  判断按下的是哪个按键，点亮对应的led灯，并发送对应的控制指令，这里程序设计时滤除了多按键同时按下的情况，因为原则上是不允许的，比如说若同时按下前进和后退键，则认为是操作不当，不予反应。控制主体程序如下：

while True:

                      #time.sleep(0.000001)

                      Fin =gpio.input(forward_in)

                      Rin =gpio.input(right_in)

                      Lin = gpio.input(left_in)

                      Bin = gpio.input(back_in)

                      if((Fin==1) and (Rin==0)and (Lin==0) and (Bin==0)):

                                gpio.set(forward_out,1)

                                gpio.set(right_out,0)

                                gpio.set(left_out,0)

                                gpio.set(back_out,0)

                                print("forward_in = " + str(Fin))

                                 command =ser.write('F')  # 发送前进指令

                      elif((Fin==0) and(Rin==1) and (Lin==0) and (Bin==0)):

                                 gpio.set(forward_out,0)

                                gpio.set(right_out,1)

                                gpio.set(left_out,0)

                                gpio.set(back_out,0)

                                print("right_in = " + str(Rin))

                                 command = ser.write('R')  # 发送右转指令

                      elif((Fin==0) and(Rin==0) and (Lin==1) and (Bin==0)):

                                gpio.set(forward_out,0)

                                gpio.set(right_out,0)

                                 gpio.set(left_out,1)

                                gpio.set(back_out,0)

                                print("left_in = " + str(Lin))

                                 command =ser.write('L')   # 发送左转指令

                      elif((Fin==0) and(Rin==0) and (Lin==0) and (Bin==1)):

                                gpio.set(forward_out,0)

                                gpio.set(right_out,0)

                                gpio.set(left_out,0)

                                 gpio.set(back_out,1)

                                print("back_in = " + str(Bin))

                                 command =ser.write('B')  # 发送后退指令

                      else:

                                gpio.set(forward_out,0)

                                gpio.set(right_out,0)

                                gpio.set(left_out,0)

                                gpio.set(back_out,0)

                                print("others operation" )

                                 command =ser.write('P') # 发送无效操作指令

8）  强制停止设置：exceptKeyboardInterrupt:  print("Qiut")

在进行通信之前，先进行了单遥控器的控制操作测试，已检验控制操作逻辑的正确性。从各个按键下的电平情况（图7-11）来看，没有出现电平跳动情况，控制操作响应较快，也比较稳定。

图7 无控状态下各引脚电平都为零

图8  按下前进按键引脚电平情况

图9 按下右转按键引脚电平情况

图10  按下左转按键引脚电平情况

图11  按下后退按键引脚电平情况

接收端采用的是Arduino的IDE开发环境，进行程序的开发，首先进行接收NanoPi M2发出的指令测试。接收端的测试程序如图12所示。

图12 Ardunio接收端界面及测试程序

将该程序下载到Ardunio板后，连接Ardunio与另一端无线数传模块（见图13）后，打开Ardunio的串口监视窗口，然后进行按键操作，可见效果如图14-16所示。

图13  无线数传接收端与Ardunio连接示意图

图14  无操作或多按键同时按下时接收到的是停车指令P

图15  接收到F前进和R右转指令

图16  接收到右转R—停P—左转L—停P—后退B指令

至此说明NanoPi M2和Ardunio已经通信成功，下一步只需判断所接收到的控制指令，控制小车即可。

         对于小车端的硬件连接需要注意的主要是供电方式，这里选择3s锂电池作为小车的动力电源，而9v方块电池作为Ardunio uno r3的供电电源。选择L298N作为小车的直流电机的控制驱动器，以及3DR的无线数传作为无线控制的信号接收设备。整体连接方案如图 17所示，实物连接如图18和19所示。

图 17 小车端硬件连接图

图18 实物连接图

图19  局部连接图

此时，遥控器端控制软硬件都已经准备好了，小车控制端的连接也已经完成，下来就需要根据接收到的指令完成对应的小车运动的控制。而控制小车的运动其实就是控制直流电机的驱动器L298N使其驱动电机的转向，L298N的控制逻辑如图20所示。

图20  L298N驱动电机的控制逻辑

1）  首先需要定义一个接受指令的字符变量：char command;

2）  然后定义接L298N控制引脚IN1,IN2,IN3,IN4的Ardunio引脚，这里选择Ardunio的6~9引脚与其对应；intpin_L1 = 6;  int pin_L2 = 7; int pin_R1 =8; int pin_R2 = 9;

3）  然后设置引脚的输入输出模式，如pinMode(pin_L1,OUTPUT);

4）  设置串口波特率，需要注意的是这个波特率要与NanoPi M2的遥控端一致，参考第3小节第（2）部分的遥控器控制流程中的第2）条，波特率的设置（57600）,因此，这里的波特率只能设置为57600，即Serial.begin(57600);

5）  定义小车的运动模式函数，分别为Foreward()、Turnleft()、Turnright()、Backward()和Stop();

6）  进入循环控制主体，读取command，判断是什么指令，从而运行对应的函数即可，该部分程序见图21。

图21  小车控制主循环部分程序

遥控效果展示是一个比较头疼的问题，因为发烧友的平台没法投放视频，我只能把录制的视频上传到优酷上，大家可以点开链接去优酷上观看。

视频展示优酷链接：http://v.youku.com/v_show/id_XMTYwMTk0MTE4OA==.html

这里先给大家展示两图片:

图22  遥控器控制小车运动

图23  遥控小车

至此，我的用NanoPi M2制作遥控器控制小车项目就结束了，所制作的遥控器能够完美的遥控我的小车，解决了遥控器制作过程的控制键威廉希尔官方网站 设计和无线串口通信等关键技术，对于NanoPi M2 GPIO方面的开发有了较深的了解，我的试用就告一段落，特此申请结项。

如果后续还有进一步的改进和其它好玩的开发，也会继续给大家分享，还请大家对我的试用过程有什么问题的地方不吝赐教，一起探讨进步。