怎樣利用Raspberry Pi的硬件和 Python語言來完成一個機器人制作

這期內容當中小編將會給大家帶來有關怎樣利用Raspberry Pi的硬件和 Python語言來完成一個機器人制作，文章內容豐富且以專業的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

我這個制作的主題就是利用Raspberry Pi的硬件和 Python語言來完成一個機器人制作，那下面就聽我娓娓到來吧！ 

硬件搭建篇 

在 這次制作中，我選擇了一款AS-4WD鋁合金的小車平臺，以小車平臺為基礎，在上面添加了7寸高清液晶顯示器、無線鍵盤、藍牙模塊以及電機驅動器等配件， 如圖1是羅列制作機器人所用的物料。整個樹莓派的小車系統分兩步來搭建，首先是搭建樹莓派的計算機系統，雖然是一個袖珍的計算機，但是“麻雀雖小，五臟俱 全”，除去樹莓派的主板外，還需準備一套標準通用的USB鍵盤鼠標，一個顯示器（在本文描述的是一個用于車載監控設備的7寸顯示器，通過RCA接口相 連），一塊電池用于整個系統供電，最后也是最關鍵的需要準備預裝了Debian系統的SD卡（對于SD卡要求讀寫最好在4MB/S以上、容量大于2GB， 當然容量更大速度越快更好）。在完成計算機系統搭建后，接下來是完成機器人系統的搭建，在原理上，主要利用樹莓派那兩排外置的針腳的GPIO功能控制外置 樹莓派專用的驅動器（Raspi Driver）來實現電機的使能、正反轉控制，以及利用UART功能與藍牙數傳模塊實現數據通信，這樣就能通過手機端的 藍牙遙控器對小車進行控制，如圖2是整體硬件搭建完后的靚圖，在圖3中給出了樹莓派機器人的硬件連線圖。

圖1 機器人所用物料

圖2-1 會行走的樹莓派電腦

圖3 樹莓派機器人的硬件連線圖

上手樹莓派之Python庫配置篇

在使用樹莓派時，也是我第一次接觸Python這門語言，通過對相關資料的學習，發現Python是門簡單易學的語言，如果有著C或者其他的計算機語言基礎，基本上半天就能上手編寫程序，在開始編寫小車控制程序前需要對我們的樹莓派計算機的相關Python的庫文件進行安裝設置，首先是GPIO，打開LX終端（LXTerminal），更新apt-get軟件安裝包列表（注意必須要在網絡連接正常情況下），然后執行安裝命令來安裝raspberry-gpio-python包，具體指令如下：

pi@raspberrypi  ~ $ sudo apt-get update

pi@raspberrypi  ~ $ sudo apt-get install python-rpi.gpio

在安裝完成Python的GPIO庫后，接下來是安裝Python的UART庫，和上述之前步驟相似，更新apt-get軟件安裝包列表，后安裝Python的串口通信模塊，具體指令如下：

pi@raspberrypi  ~ $ sudo apt-get update

pi@raspberrypi  ~ $ sudo apt-get install python-serial

通過上述兩個步驟，已經安裝好了Python與樹莓派外置硬件GPIO以及UART庫文件，在接下來的小車控制程序里就可以直接調用代碼了，在開始編寫控制程序前，需要對默認串口的一些參數進行更改，由于系統默認的串口功能用于輸出內核日志，相關的參數與我們的外界的串口設備有所不同，所以需要對其啟動配置文件進行更改，在LXTerminal通過鍵入“sudo nano /boot/cmdline.txt”進入/boot/cmdline.txt，用vi編輯器打開cmdline.txt文件，將

dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait

去掉

console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200

退出vi編輯器時，注意要對文件進行保存；同時需要對系統初始化文件進行編輯，在 LXTerminal中，鍵入“ sudo nano /etc/inittab”，然后找到以下片段內容

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line

T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

改為如下，注釋掉對“ttyAMA0”端口的參數即可，退出vi編輯器時，同樣需要注意要對文件進行保存

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line

#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

重啟樹莓派，該配置就可以生效了，完成了上述步驟，就可以進入下一章節，機器人調試進程。

上手樹莓派之Python GPIO調試篇

作為第一次上手樹莓派外置IO時可能有些不惑，如何利用在計算機上的語言來讓你的計算機的IO出現跳動呢！！其實并不復雜，只要打開系統桌面上的IDLE3編輯器，分4步走，

Step1：導入GPIO庫，在編輯行中鍵入“import RPi.GPIO as GPIO”，按“回車”鍵執行即可；

Step2：設定GPIO引腳使用標號模式，若是選擇板子上的標號，在編輯器中鍵入“GPIO.setmode(GPIO.BOARD)”若是使用芯片本身的標號模式，只要鍵入“GPIO.setmode(GPIO.BCM)”；

Step3：設定對應GPIO的模式，若是使用其輸出功能“GPIO.setup(pin_number,GPIO.OUT)”,使用輸入功能只要將GPIO.OUT修改為GPIO.IN即可；

Step4：在輸出模式下，使對應管腳的電平置高或者置低，在輸入模式下只要讀取相應管腳的電平即可。如果你對上述4個步驟有了理解，那就嘗試一下，我在此對RasPi Driver上熄滅LED1以及點亮LED2操作為例說明，給出試驗代碼以及試驗實際的照片（如圖4），如果你也能實現上述操作，那就恭喜你，已經掌握了在樹莓派上對GPIO的使用。

import RPi.GPIO as GPIO

#### gpio init

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(7,GPIO.OUT) #LED2

GPIO.setup(8,GPIO.OUT) #LED1

GPIO.output(7,GPIO.LOW) #LED2 ON

GPIO.output(8,GPIO.HIGH)#LED1 OFF

 圖4 試驗截圖

上手樹莓派之Python UART調試篇

對于樹莓派的UART功能的實現其實方法和步驟與上面的GPIO 的使用類似，也是分作4步走：

Step1：導入串口庫，鍵入“import serial”；

Step2：初始化串口，在此設置于外部藍牙配套的參數，BUAD=9600，timeout = 0.5，相應的鍵入“ser = serial.Serial('/dev/ttyAMA0', 9600, timeout = 0.5)”；

Step3：打開使能串口，“if ser.isOpen() == False:ser.open()”；

import serial

import time

ser = serial.Serial('/dev/ttyAMA0', 9600, timeout = 0.5)

while True:

if ser.isOpen() == False:

ser.open()

print ser.read()

 ser.write('A')

time.sleep(1)

Step4：當讀取數據時使用“ser.read() ”，當發送數據時使用“ser.write(數據)”。在這里我通過IDLE3編輯了一個Python的程序Serial_test.py，然后直接在LXTerminal鍵入“sudo python Serial_test.py”（注意，由于默認狀態下是利用賬戶名：pi進行操作，所以需要將文件放置在/home/pi目錄下，才能直接執行，無需），然后手機藍牙遙控器（如圖5）與藍牙透傳模塊相連接，成功通訊后，既可以通過手機遙控器的按鍵按鈕發送相應字符在串口上看見對應字符打印至屏幕。在此我給出了測試的源程序（如下）,通過電腦端的藍牙虛擬出串口與樹莓派外接的藍牙透明串口模塊連接，進行數據傳遞，電腦端的串口助手發送字母“B”，同時收到樹莓派發送來的字母“A”并顯示在調試的接收窗口,樹莓派端收到由電腦端發送來的字母“B”，并打印出來，通過此現象既可以證明樹莓派的UART功能測試正常，如下附實驗的屏幕截圖6。

圖5 手機藍牙遙控器

圖6 測試照片 

上手樹莓派之機器人控制篇

對于AS-4WD小車的控制而言就比較簡單了，在本制作中用到了RasPi專用的電機驅動板，板載以L293為核心的電機驅動電路，以及通過兩組每組2個IO來實現電機的正反轉、以及使能。

通過上述的管腳布置可以清晰的看出，樹莓派外置硬件與RasPi Driver的連接關系，通過GPIO4以及GPIO17控制其中一路電機的轉向以及使能（高電平有效），利用GPIO8來對正反轉進行狀態指示，同理可見GPIO25用于另一路的正反轉控制、GPIO10為使能、GPIO7狀態指示；同時利用板上外置的UART接口與藍牙串口模塊連接，具體方法不在贅述。

 對于整個程序框架相對以前的單片機版的遙控小車而言是比較簡單的，主要分功能模塊初始化設置、循環判斷遙控值以及輸出對應功能運動值，詳見系統控制原理框圖8。導入庫文件，對GPIO和串口配置，具體參數和上述一致，不在贅述；完成上述設置后，就是整個控制小車的程序了，讀取串口緩沖區的值，隨后完成循環判斷由手機藍牙遙控器發送的字符數據“A”、“B”、“C”、“D”，對應相應的運動動作（注意：在對應相應的動作時，可能由于驅動板電機的接線原因高低電平不對應預設動作，可以靈活適當調整接線或者軟件修改電平）。

圖8 系統控制原理框圖

上述就是小編為大家分享的怎樣利用Raspberry Pi的硬件和 Python語言來完成一個機器人制作了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道。