存档8月 2021

    以前的实验我们实验过了单个pca9685驱动板，同时驱动多个舵机的实验；但是有些情况下，可能一个板子无法满足我们的驱动需求；我们知道一个板子最大可驱动16个舵机，但是如果我们想同时驱动 17个舵机，这个时候就遇到问题；本篇文章就实验一下如何解决这个问题。

    为了解决这个问题，先得解决地址冲突问题；因为板子默认地址都是0x40，那么我们无法辨别哪个是哪个板子，这个时候就需要修改板子的地址；如下图：

 地址修改后，连接树莓派，执行如下命令：

i2cdetect -y 1

    可见下图，由于树莓派连接了两个pca9685驱动板，所以可见两个地址，分别为0x40和修改地址后的0x41；

#解决地址冲突后，接下来看一下树莓派如何同时接多块板子，见下图：

    由上图可见，由于板子默认没有焊接尾部扩展针脚，因此需要我们先焊接针脚；然后用杜邦线连接第二个板子；电源部分两者共用即可。

 #实验代码：

#coding:utf-8



'''

from JiuJiang

树莓酱的操作实例

http:://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)



#控制第一块板子

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

pca.frequency = 50



print("执行第一块板子")



for i in [0]:



    servo_o = 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_o.set_pulse_width_range(min_pulse=500, max_pulse=2500)



    #先0度

    servo_o.angle = 0

    time.sleep(1)



    #再执行90度

    servo_o.angle = 90

    time.sleep(1)



    #再执行180度

    servo_o.angle = 180

    time.sleep(1)



    #再恢复90度

    servo_o.angle = 90

    time.sleep(1)



pca.deinit()



#控制第二块板子

pca = PCA9685(i2c, address=0x41)

pca.frequency = 50



print("执行第二块板子")



for i in [0, 1]:

    servo_o = 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_o.set_pulse_width_range(min_pulse=500, max_pulse=2500)



    #先0度

    servo_o.angle = 0

    time.sleep(1)



    #再执行90度

    servo_o.angle = 90

    time.sleep(1)



    #再执行180度

    servo_o.angle = 180

    time.sleep(1)



    #再恢复90度

    servo_o.angle = 90

    time.sleep(1)



pca.deinit()

#实验效果，可见三个舵机依次转动，如下图：

    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