极客DIY | 如何用无线键盘控制树莓派小车

2018-10-09 90515人围观 ,发现 2 个不明物体 极客

*本文作者:xutiejun,本文属 FreeBuf 原创奖励计划,未经许可禁止转载。

网上有很多介绍树莓派小车的控制方案,但是搜索了一圈却发现没有无线键盘的控制方案。挑战未知,才更有趣。

0×01 所需材料

1.树莓派小车。(树莓派小车的安装不是本文重点,如果读者不熟悉小车的安装,请自行搜索。)

使用无线键盘控制树莓派小车

2.无线键盘。

keyboard.png

0×02 方案

在树莓派系统上搭建两个服务:键盘监听服务和小车转向控制服务。

键盘监听服务主要用于监听键盘的按键,并将按键发送给小车转向控制服务

小车转向控制服务主要用于驱动小车转向。

说明:本文中小车安装的是raspbian系统,是基于linux内核的debian系统。

按键与小车动作映射关系如下

按键事件 小车动作
方向键上按下 小车前进
方向键上抬起 小车停止
方向键下按下 小车后退
方向键下抬起 小车停止
方向键左按下 小车左转
方向键左抬起 小车停止
方向键右按下 小车右转
方向键右抬起 小车停止

0×03 键盘监听服务设计

首先确定键盘对应的event,可以输入如下命令查询。

cat /proc/bus/input/devices 

查询结果如下:

省略 … 

I: Bus=0003 Vendor=03f0 Product=034a Version=0110

N: Name=”Chicony HP Elite USB Keyboard”

P: Phys=usb-0000:00:14.0-5/input1

S: Sysfs=/devices/pci0000:00/0000:00:14.0/usb1/1-5/1-5:1.1/0003:03F0:034A.0003/input/input9

U: Uniq=

H: Handlers=kbd event6 

B: PROP=0

B: EV=1f

B: KEY=3f0003007f 0 0 483ffff17aff32d bf54444600000000 1 130f938b17c000 677bfad941dfed 9ed68000004400 10000002

B: REL=40

B: ABS=100000000

B: MSC=10

省略 … 

我的设备中键盘对应的是event6(注意:不同设备对应的event号是不同的)。

键盘监听核心代码:

#define KEYSTATUS_IS_UP   (0)   //键盘按键抬起

void *listenKeyboardThread(void *arg) {

    int keys_fd;
    char ret[2];
    struct input_event t;
    keys_fd = open("/dev/input/event6", O_RDWR);
    if (keys_fd <= 0)
    {
        printf("open /dev/input/event6 device error!\n");
        return 0;
    }

    while (1)
    {
        if (read(keys_fd, &t, sizeof (t)) == sizeof (t))
        {
            if (t.type == EV_KEY )
            {
//                printf("\r\nkey:%d %d %d \r\n", t.type, t.code, t.value);

                // 上键
                if ( KEY_UP==t.code&&KEYSTATUS_IS_UP!=t.value) {
                    // 前进
                    std::cout << "command: CARRUN FORWARD"<< std::endl;
        
                    DirectionReq *req = new DirectionReq();
                    req->setValue(DIRECTION_FORWARD);
                    ControlManager::instance()->postActionReq(req);
                }
                else if ( KEY_UP==t.code&&KEYSTATUS_IS_UP==t.value) {
                    // 停车
                    std::cout << "command: CARRUN STOP"<< std::endl;
        
                    StatusReq *req = new StatusReq();
                    ControlManager::instance()->postStatusReq(req);
                }

                // 下键
                if ( KEY_DOWN==t.code&&KEYSTATUS_IS_UP!=t.value) {
                    // 后退
                    std::cout << "command: CARRUN BACK"<< std::endl;
        
                    DirectionReq *req = new DirectionReq();
                    req->setValue(DIRECTION_BACK);
                    ControlManager::instance()->postActionReq(req);
                }
                else if ( KEY_DOWN==t.code&&KEYSTATUS_IS_UP==t.value) {
                    // 停车
                    std::cout << "command: CARRUN STOP"<< std::endl;
        
                    StatusReq *req = new StatusReq();
                    ControlManager::instance()->postStatusReq(req);
                }

                // 左键
                if ( KEY_LEFT==t.code&&KEYSTATUS_IS_UP!=t.value) {
                    // 左转
                    std::cout << "command: CARRUN LEFT"<< std::endl;
        
                    DirectionReq *req = new DirectionReq();
                    req->setValue(DIRECTION_LEFT);
                    ControlManager::instance()->postActionReq(req);    
                }
                else if ( KEY_LEFT==t.code&&KEYSTATUS_IS_UP==t.value) {
                    // 停车
                    std::cout << "command: CARRUN STOP"<< std::endl;
        
                    StatusReq *req = new StatusReq();
                    ControlManager::instance()->postStatusReq(req);
                }

                // 右键
                if ( KEY_RIGHT==t.code&&KEYSTATUS_IS_UP!=t.value) {
                    // 右转
                    std::cout << "command: CARRUN RIGHT"<< std::endl;
        
                    DirectionReq *req = new DirectionReq();
                    req->setValue(DIRECTION_RIGHT);
                    ControlManager::instance()->postActionReq(req);    
                }
                else if ( KEY_RIGHT==t.code&&KEYSTATUS_IS_UP==t.value) {
                    // 停车
                    std::cout << "command: CARRUN STOP"<< std::endl;
        
                    StatusReq *req = new StatusReq();
                    ControlManager::instance()->postStatusReq(req);
                }

            }
        }
    }

    close(keys_fd);
}

0×04 小车转向控制服务设计

小车转向控制服务采用C++语言和python语言混合编程实现。

python语言程序只用于控制小车的动作:前进、后退、左转、右转、停止。

C++语言程序是整个控制系统的核心,用于控制小车动作的逻辑控制。

用python控制小车动作的代码如下:

 #!/usr/bin/Python
# -*- coding: UTF-8 -*-

#引入gpio的模块
import RPi.GPIO as GPIO
import time


#设置in1到in4接口
IN1 = 12
IN2 = 16
IN3 = 18
IN4 = 22

#初始化接口
def car_init():
    #设置GPIO模式
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

    GPIO.setup(IN1,GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN2,GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN3,GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN4,GPIO.OUT)

#前进的代码
def car_forward():
    GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
    time.sleep(0.15)
    GPIO.cleanup()

#后退
def car_back():
    GPIO.output(IN1,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN2,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN3,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN4,GPIO.HIGH)
    time.sleep(0.15)
    GPIO.cleanup()

#左转
def car_left():
    GPIO.output(IN1,False)
    GPIO.output(IN2,False)
    GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
    time.sleep(0.15)
    GPIO.cleanup()

#右转
def car_right():
    GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN3,False)
    GPIO.output(IN4,False)
    time.sleep(0.15)
    GPIO.cleanup()

#停止
def car_stop():
    GPIO.output(IN1,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN3,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
    GPIO.cleanup()

控制系统的代码就不粘贴了,只把设计过程中遇到的问题与大家分享下。

控制系统在设计过程中遇到这样一个问题:

如果按键一直按下,当按键抬起时小车不会立刻停止,而是过一下才会停止。

导致问题发生的原因:

由于按键一直按下会有大量的按键请求发送过来,而小车的动作响应要慢于键盘按键响应,会有大量的按键按下请求堆积在处理线程中,而按键抬起请求处于队列最末尾,是最后执行的,所以当按键抬起时小车才不会立刻停止。

修正方案:

按键抬起事件要最优先处理,处理完按键抬起事件后将堆积的按键按下队列清空。

0×05 结束

到此整个小车控制系统就介绍完了。

最后,整套代码已经发到了百度网盘上。

链接: https://pan.baidu.com/s/1sA8t9mCH_TJegjdE5ggXMg 提取码: w3s2

*本文作者:xutiejun,本文属 FreeBuf 原创奖励计划,未经许可禁止转载。

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