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树莓派WIFI小车java版（三）小车java控制程序（续1）

seth.yang 发表于 2015-7-1 16:33:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
由于帖子字数实在太多，只能拆出来发贴，接连

-- 接上一节内容 (http://www.shumeipai.net/thread-26817-1-1.html)
直流电机控制
直流电机是通过L298N控制板进行控制的。一块L298N控制板可以同时控制2路直流电机，其中，每路直流电机需要3根脚进行控制，一根使用PWM信号控制电机的转速，2路数字信号控制电机的转动状态，请参见下表
wire-4.png
了解L298N的控制方式后，控制代码比较简单。
  1. package org.dreamwork.smart.car.server.component;
  2. public class Motor {
  3.     private GpioPinDigitalOutput pin0, pin1;
  4.     private PWM pwm;
  5.     private int speed = 3;

  7.     public static final int MAX_SPEED = 5, MIN_SPEED = 0;

  9.     public Motor (GpioPinDigitalOutput pin0, GpioPinDigitalOutput pin1, PWM pwm) {
  10.         this.pin0 = pin0;
  11.         this.pin1 = pin1;
  12.         this.pwm = pwm;
  13.     }

  15.     public int getSpeed () {
  16.         return speed;
  17.     }

  19.     public void setSpeed (int speed) {
  20.         if (speed < MIN_SPEED) speed = MIN_SPEED;
  21.         if (speed > MAX_SPEED) speed = MAX_SPEED;
  22.         this.speed = speed;
  23.                 // 将速度映射为PWM占空比
  24.         pwm.setValue (.2f * speed);
  25.     }

  27.     public void forward () {
  28.         pin0.high ();
  29.         pin1.low ();
  30.     }

  32.     public void backward () {
  33.         pin0.low ();
  34.         pin1.high ();
  35.     }

  37.     public void stop () {
  38.         pin0.low ();
  39.         pin1.low ();
  40.     }

  42.     public void dispose () {
  43.         pin0.low ();
  44.         pin1.low ();
  45.         pwm.setValue (0);
  46.     }
  47. }
复制代码


增加转向灯
这部分对于小车运动控制来说，不是必须的，但可以增加趣味性，同时更加接近现实情况：当车辆转弯时转向灯同时闪烁，指示车辆转弯的方向。
这部分的代码相当简单，就是控制一个LED灯的闪烁，唯一不同的事，采用线程，使得LED的闪烁不影响主线程（小车控制命令接收线程）
  1. package org.dreamwork.smart.car.server.component;

  3. import com.pi4j.io.gpio.GpioPinDigitalOutput;
  4. import org.apache.log4j.Logger;
  5. import org.dreamwork.smart.car.server.util.GpioHelper;
  6. import org.dreamwork.smart.car.server.util.PausableThread;

  8. /**
  9. * Created by seth.yang on 2015/6/8.
  10. */
  11. public class BlinkLED extends PausableThread {
  12.     private GpioPinDigitalOutput pin;

  14.     public BlinkLED (int pinIndex) {
  15.         super (true);
  16.         pin = GpioHelper.getDigitalOutputPin (pinIndex);
  17.     }

  19.     public boolean isBlinking () {
  20.         return !paused;
  21.     }

  23.     public void blink () {
  24.         proceed ();
  25.     }

  27.     @Override
  28.     protected void doWork () {
  29.         try {
  30.             pin.high ();
  31.             sleep (300);
  32.             pin.low ();
  33.             sleep (300);
  34.         } catch (Exception ex) {
  35.                         // process exception
  36.         }
  37.     }
  38. }
复制代码

摄像头
这个和java关系不大，和GPIO也没关系。通过java调用mjpg-streamer就行了。

拼装小车控制程序

小车动作控制部分介绍完了，可以将这些代码拼装成一台完整的小车了。
我们的小车需要：
l 两路舵机，用于控制摄像头的转动
l 四路直流电机（实际上我只用了两路，记得吗，我将左右两侧的2个电机并联了）
l 四路转向灯（实际上是也是两路，同上）
l 一路照明LED灯（好吧，上面的介绍中没有，但这不影响整体代码）
  1. package org.dreamwork.smart.car.server.component;

  3. import com.pi4j.io.gpio.GpioController;
  4. import com.pi4j.io.gpio.GpioFactory;
  5. import com.pi4j.io.gpio.GpioPinDigitalOutput;
  6. import org.apache.log4j.Logger;
  7. import org.dreamwork.smart.car.server.util.Config;
  8. import org.dreamwork.smart.car.server.util.GpioHelper;
  9. import org.dreamwork.smart.car.server.util.Rotate;

  11. import java.io.*;

  13. public class Car implements ServoListener {
  14.     private static final int
  15.             DIR_FORWARD = 1, DIR_BACKWARD = -1, DIR_STOP = 0,
  16.             DIR_TURN_LEFT = -2, DIR_TURN_RIGHT = 2;

  18.         /**
  19.          * 小车当前运动状态（前进，后退或停止）
  20.          */
  21.     private int dir = DIR_STOP;
  22.         /**
  23.          * 小车上一次的运动状态
  24.          */
  25.     private Integer backup_dir = null;
  26.         /**
  27.          * 小车转动状态（左转，右转，停止)
  28.          */
  29.     private Rotate rotate;
  30.         /**
  31.          * 两路转向灯
  32.          */
  33.     private BlinkLED leftLed, rightLed;
  34.         /**
  35.          * 两路舵机
  36.          */
  37.     private Servo servo0, servo1;
  38.         /**
  39.          * 两路直流电机
  40.          */
  41.     private Motor left_front, right_front;
  42.         /**
  43.          * 摄像头
  44.          */
  45.     private Camera camera;
  46.         /**
  47.          * 配置文件
  48.          */
  49.     private Config config;
  50.         /**
  51.          * 前灯
  52.          */
  53.     private GpioPinDigitalOutput led;

  55.     private GpioController gpio;
  56.     private boolean shutdown = false;

  58.     public Car (Config config) throws IOException, InterruptedException {
  59.         this.config = config;
  60.         setup ();
  61.     }

  63.         /**
  64.          * 初始化
  65.          */
  66.     private void setup () throws IOException, InterruptedException {
  67.                 ... // 读取配置文件，初始化各个部件
  68.     }

  70.         /**
  71.          * 使指定的LED灯闪烁
  72.          */
  73.     private void toggleBlinkLed (BlinkLED led) {
  74.                 ...
  75.     }

  77.         /**
  78.          * 重置小车的各个状态
  79.          */
  80.     public void reset () throws InterruptedException {
  81.         stop ();
  82.         servo0.reset ();
  83.         servo1.reset ();
  84.         camera.close ();
  85.     }

  87.         /**
  88.          * 销毁小车的各个部件，释放资源
  89.          */
  90.     public void dispose () throws InterruptedException {
  91.                 ...
  92.     }

  94.     public void toggleLeftBlink () {
  95.         ...
  96.     }

  98.     public void toggleRightBlink () {
  99.         ...
  100.     }

  102.     public void forward () throws InterruptedException {
  103.                 ...
  104.     }

  106.     public void backward () throws InterruptedException {
  107.                 ...
  108.     }

  110.     public void stop () throws InterruptedException {
  111.                 ...
  112.     }

  114.     public void toggleServoLeft () {
  115.                 ...
  116.     }

  118.     public void toggleServoRight () {
  119.                 ...
  120.     }

  122.     public void toggleServoUp () {
  123.                 ...
  124.     }

  126.     public void toggleServoDown () {
  127.                 ...
  128.     }

  130.     public void toggleTurnLeft () throws InterruptedException {
  131.                 ...
  132.     }

  134.     public void toggleTurnRight () throws InterruptedException {
  135.                 ...
  136.     }

  138.     public void toggleLED () {
  139.         led.toggle ();
  140.     }

  142.     public void toggleCamera () throws IOException {
  143.         if (!camera.isOpened ())
  144.             camera.open ();
  145.         else
  146.             camera.close ();
  147.     }

  149.     public void servoLeft () {
  150.         servo0.increase ();
  151.     }

  153.     public void servoRight () {
  154.         servo0.decrease ();
  155.     }

  157.     public void stopHorizontalRotate () {
  158.         servo0.stopRotate ();
  159.     }

  161.     public void servoUp () {
  162.         servo1.decrease ();
  163.     }

  165.     public void servoDown () {
  166.         servo1.increase ();
  167.     }

  169.     public void stopVerticalRotate () {
  170.         servo1.stopRotate ();
  171.     }

  173.     public boolean isRotateUp () {
  174.         return rotate.isRotateUp ();
  175.     }

  177.     public boolean isRotateLeft () {
  178.         return rotate.isRotateLeft ();
  179.     }

  181.     public boolean isRotateDown () {
  182.         return rotate.isRotateDown ();
  183.     }

  185.     public boolean isRotateRight () {
  186.         return rotate.isRotateRight ();
  187.     }
  188. }
复制代码
代码较长，抱歉没有更多的注释，不过我想看方法名应该差不多就能理解方法是干什么的了
值得一提的是控制转向。我们的小车是四驱的，并没有转向轮，那么如何转向呢？答案是差速转向：当左右两侧轮子的转速不同时，小车就不再沿直线运动了。
设小车左轮的速度为VL,右轮的转速为VR，那么理论上：
n 当VL = VR时，转弯半径为无穷大（直线）
n 当VL > VR>0时，小车右转，转弯半径 > 轴距
n 当VL > VR=0时，小车右转，转弯半径 = 轴距
n 当 VR = -VL时，小车右转，转弯半径 = 0
反之左转
我们的转弯代码取其中一种（我取的是一侧速率为0的方式，这取决于电机的减速比和轮胎的抓地力，如果电机减速比较小或轮胎抓地力较小，建议取VR = -VL，进行原地转弯）
  1. ...
  2. // 一侧速率为0的转弯方式
  3. private void turnLeft () throws InterruptedException {
  4.         left_front.setSpeed (5);
  5.         right_front.setSpeed (5);
  6.         if (dir == DIR_BACKWARD) {
  7.                 left_forward ();
  8.                 right_pause ();
  9.         
  10.         } else {
  11.                 left_pause ();
  12.                 right_forward ();
  13.         }
  14.         leftLed.blink ();
  15. }

  17. // 原地转弯的方式
  18. private void turnLeft () throws InterruptedException {
  19.         left_forward ();
  20.     right_backward ();
  21.         leftLed.blink ();
  22. }
  23. ...
复制代码


指令
我们需要指令，来和小车的动作一一对应，枚举它就行了

  1. package org.dreamwork.smart.car.server.io;

  3. public enum Command {
  4.     DISPOSE (-2, false),
  5.     QUIT (-1, false),

  7.     STOP ( 0, false),
  8.     FORWARD (1, false),
  9.     BACKWARD (2, false),
  10.     TURN_LEFT (3, false),
  11.     TURN_RIGHT (4, false),

  13.     TOGGLE_LED (5, false),
  14.     TOGGLE_CAMERA (6, false),
  15.     TOGGLE_LEFT_BLINK (7, false),
  16.     TOGGLE_RIGHT_BLINK (8, false),

  18.     STOP_VERTICAL_SERVO (9, false),
  19.     STOP_HORIZONTAL_SERVO (10, false),

  21.     SPEED (11, false),
  22.     SERVO_UP (12, false),
  23.     SERVO_RIGHT (13, false),
  24.     SERVO_DOWN (14, false),
  25.     SERVO_LEFT (15, false),

  27.     LEFT_FORWARD (101, false),
  28.     LEFT_BACKWARD (102, false),
  29.     LEFT_PAUSE (103, false),
  30.     RIGHT_FORWARD (104, false),
  31.     RIGHT_BACKWARD (105, false),
  32.     RIGHT_PAUSE (106, false),

  34.     RESET (501, false)
  35.     ;

  37.     public final int code;
  38.     public final boolean hasReturn;

  40.     private Command (int code, boolean hasReturn) {
  41.         this.code = code;
  42.         this.hasReturn = hasReturn;
  43.     }
  44. }
复制代码


-- 还是写不下所有内容，只能再次拆楼。预告剩余内容包含：

  • 网络监听部分
  • 基于swing的测试前端
  • 成品效果图和视频


不要走开哦




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