使用树莓派制作智能小车

摘要: 开始我们的智能之旅吧

智能小车演示视频

该项目我会开源，欢迎感兴趣的各路人马收藏！

项目概述

平台--树莓派搭载轻量级Linux系统，树莓派官方会提供

开发语言：Python

理解树莓派GPIO引脚

控制电机的板子--L298N驱动板

树莓派控制GPIO引脚输出高低电平控制L298N驱动版

1.智能小车外观展示

由于制作的初衷是送给我一岁多的闺女当作玩具的，所以给小车起名字叫--洋洋，闺女属羊的，就用了谐音。

先来长洋洋的侧面照



再来张洋洋的正面照：

2.树莓派简介

展示完毕小车的整体样子后，我们开始我们的正文，该篇文章使用的是树莓派板子，所以DIY冲动的朋友可以到各大商城购买一块最新版的树莓派，铛铛铛铛：



树莓派长这个样子，具体的各个插槽及接口都是什么意思呢，详细讲解的话会使该篇文章显得拖沓，放在其它篇幅讲解，目前不懂没关系，不会影响到我们制作智能小车的，跟着我一步步的进入探索之旅吧。

3.智能小车底盘的制作

3.1车轮的选择

既然是小车，当然就得有车轱辘，车轱辘的选择真是太多了，到各大商城上搜索，五花八门，看的真是眼花缭乱。首先得根据个人喜好选择车轮的外围尺寸，有人习惯大轮子，看起来酷酷蛮拉风，当然大轮子重量上比较重，导致还要给它配上一副功率相对大的电机--马达。我就喜欢大一点的轮子，因为以后还要在此基础上添加很多的传感器，传感器可以帮助我们测距离，感应前方是否有人，周围环境的温度及湿度还有噪音的分贝等等，是不是迫不及待的想动手制作属于我们自己的玩具或者传感器站。

展示一下我的车轱辘：





外围尺寸：6.5CM

车轮宽度：2.6Cm

孔径（上面右图所示）：六边形（边长7mm， 对边到对边是12mm）

选择配套的六角联轴器链接车轮（圆柱内孔径：5mm）：







六角联轴器与车轮链接起来后的样子：



到此，车轱辘部分组装完成。

3.2电机的选择

上文也提到，想让小车自己动起来，那就少不了提供动能的电机，电机选择起来也不那么容易，首先不能太贵，其次最好跟六角联轴器配套，这样安装起来省很多麻烦。由于六角联轴器的孔径为5mm，选择电机时，我们首当其冲的就是电机对外突出的轴的直径为5mm，这样直接插入到六角联轴器孔中，再次用小螺丝（购买六角联轴器时会提供，并没有展示固定用的小螺丝）固定一下就完成电机与轮子的组装。

我选择的电机的轴径为4mm，第一次制作没有考虑那么多，不过有六角联轴器有固定螺丝，可以很好的把电机轴跟六角联轴器固定在一起。


3v -33转／分钟 6V - 133转／分钟 12V - 258转／分钟

现在我们不着急把电机跟车轮连在一起，因为还缺少一个电机的固定座。固定座的作用把电机固定在小车的透明亚克力板（俗称塑料板）。开始我们的电机固定座选择，商城中搜索“电机座”，寻找符合我们条件的电机座，与电机固定的孔径为 3mm，这个很重要，因为电机前端固定孔直径为3mm。真是注意的细节太多了，一环扣一环，环环相扣，而且在北京，基本没有DIY的五金店，DIY全都是南方的企业在做，而且北方并没有代理商，而且只能网上购买。制作过程中杜邦线（就是细细的电线，制作成两头方便插拔的）不够了，到一个大型的建材批发城，被人一脸鄙视加不屑的“轰”了出来，无奈。如果你嫌麻烦，或者动手能力差的话，那么就购买现成的玩具小车底盘（含有马达的那种更省事）。

3.3智能小车车体的制作

挑来挑去，选择了如下的电机座（每个小孔径直径3mm），不配备螺丝与螺帽，更没有垫片，说到垫片不得不说六角联轴器，也是没有配备垫片的，不知道一个小小的垫片能有多少钱。


电机固定座（¥4.5）一个小小的铁片竟然值这个价格，如果你有条件的话很容易制作出来的，不必花这冤枉钱，我没有电钻，没办法钻孔。

既然没有配备螺丝，那我们还要购买3mm的螺丝及3mm的螺帽，我也是第一次知道购买螺丝只是螺丝并没有螺帽，螺帽还得花钱购买。我第一次买回来后，傻眼了并么有螺帽，抓狂～～～这样网购的事情来来回回还几次，真是隔行如隔山啊，不亲身体验事情的原本，根本没有身临其境的感受。

3mm的螺丝，3mm的螺帽，3mm的垫片。一切就绪，开始组装。等等，哪里不对劲，安装在哪里呢，还缺少一个亚克力板（俗称塑料板）作为小车的载体。开始选择小车板吧，根据自己的喜好，我选择了：透明200*300*3mm规格的板子。

我购买的板子是没有钻孔的，需要自己想办法钻孔，这里推荐你购买已经钻过孔的小车板子，注意一点的是孔的直径大小为3mm，需要固定电机座，孔之间的距离跟电机座上面的孔距离一直，否则也是没有用的。

钻孔的过程是极其手疼的，因为我没有电钻。所以对于喜欢DIY的朋友来说，一把电钻是必不可少的工具。

四个电机座固定在小车板上后，开始把车轮子固定在车上，由于我们制作的是两后驱动小车，所以把电机固定在后面的电机座上，把车轮固定在电机轴上。这样后面车轮固定了，前面两个车轮如何固定呢？

我的做法不是最好的，因为之前选车轮子时决定了我现在必须按照如下步骤安装车轮子：

首先我们需要两个轴承，两根直径5mm长度8cm的两根小钢棍当作小车的前轴（我们称之为A，B轴，方便下文描述），与左右车轮相连接。

想办法把两个轴承通过电机座固定在小车板上，因为车轮上安装轴承有相当大的困难，我试图寻找解决方案，结果放弃了。

然后再分别把A，B轴固定在两个轴承上，固定好以后。就可以分别在A，B轴上安装车轮了，安装起来相对简单。

到此，智能小车的底盘制作完成。来个全景图：

4.链接电机和控制器

控制器的选择：

我们制作的两驱智能小车，使用的直流电机370。

电机规格：3V -33转／分钟 6V - 133转／分钟 12V - 258转／分钟

电机驱动器：L298N双H桥直流电机驱动器



4.1为L298N控制器供电

L298N控制器工作电压为5V。

有两种方式为L298N供电

1.通过板载5V输出使能接口提供稳定的5V电压（通过一个稳压芯片提供稳定的5V电压），使能帽不要拔出来，而且通过12V输入接口提供12V电压，电压不能大于12V电压，否则会烧毁稳压芯片，看着流泪吧！此时5V输入接口的功能改变为：对外提供5V电压。切记不能再对L298N提供电压，否则也会烧毁稳压芯片。

链接说明：12V输入接口通过一个开关（此时为断开状态）连接电源的"+"极，电源地（GND）链接电源的"-"极。

2.通过5V输入接口提供5V的电压，此时板载5V输出使能脚帽要拔出来。

链接说明：5V输入接口连接树莓派的2号引脚，电源地（GND）链接树莓派的6号引脚

从另一个角度说明"板载5V输出使能"：

对板载5V输出使能讲解一下：当通过12V输入接口提供12V的电压时，板载5V输出使能接口通过稳压芯片可以给板子提供稳定的5V电压是板子开始工作，这时5V输入接口变成了输出5V电压，一定不要通过5V输入接口提供5V的电压，否则，会烧毁稳压芯片的，切记！切记！切记！当提供的电压大于12V情况，必须拔掉板载5V输出使能帽，通过外部电源通过5V输入提供5V的电压。

理解了板载5V输出使能接口，5V输入接口的功能，接下来我们开始连线。

我们选择提供12V电压的电源为L298N供电，注意两点：

1.板载5V输出使能 为控制器供电

2.通过控制器5V输入接口为树莓派供电（当使L298N为树莓派供电时，树莓派切记不要连接外部电源）

链接说明：

电源的正极出来后接一个开关（断开状态）， 电源地（GND）链接电源的负极--这一步放在最后链接，等链接完成后再供电

5V输入接口链接树莓派 2号引脚， 树莓派6（GND）号引脚链接电源地（GND）

单片极IO输入链接树莓派的 19， 23， 22， 26号引脚

链接过程可以借助面包版

链接完成后，检查两遍线路，没问题后接通开关，查看指示灯的状态是否正确。

开始编程：

电机驱动器的工作原理

A通道使能（ENA）	ENA = 1	ENA = 1	ENA = 1	ENA = 0
IN1	1	0	0	任意
IN2	0	1	0	任意
效果	电机正传	电机反转	电机停止	电机停止

因为我们使用RPi.GPIO库，只需用下列命令向树莓派引脚发送高低电平就可控制电机的旋转。

GPIO.setup(PinNumber, GPIO.OUTPUT)

GPIO.out(PinNumber, GPIO.HIGH)

GPIO.out(PinNumber, GPIO.LOW)

我们可以一个交互式Python脚本修改电机控制器的输入信号，对电机进行控制。

链接好电机和电源以后，为了测试不同命令的执行效果，把智能小车的后轮抬高，防止在地上乱跑。只有在修复了代码中的Bug以后（不要太乐观，错误总是伴随着你粗心和兴奋而来）才能进行下一个环节，在不同的环境下测试效果。现在的工作相当于在生产车间对车辆进行改造。

IN1 - 19脚

IN2 - 23脚

IN3 - 24脚

IN4 - 26脚

把后轮抬高离开地面，创建一个Python脚本，名为car.py:

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setwarinings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

gpio_in1 = 19
gpio_in2 = 23

gpio_in3 = 24
gpio_in4 = 26

GPIO.setup(gpio_in1, GPIO.OUT)
GPIO.setup(gpio_in2, GPIO.OUT)

GPIO.setup(gpio_in3, GPIO.OUT)
GPIO.setup(gpio_in4, GPIO.OUT)

def lForward():
GPIO.output(gpio_in1, GPIO.LOW)
GPIO.output(gpio_in1, GPIO.HIGH)

def rForward():
GPIO.output(gpio_in3, GPIO.HIGH)
GPIO.output(gpio_in4, GPIO.LOW)

def rBackground():
GPIO.output(gpio_in3, GPIO.LOW)
GPIO.output(gpio_in4, GPIO.HIGH)

def lBackground():
GPIO.output(gpio_in1, GPIO.HIGH)
GPIO.output(gpio_in2, GPIO.LOW)

def lStop():
GPIO.output(gpio_in1, GPIO.LOW)
GPIO.output(gpio_in2, GPIO.LOW)

def rStop():
GPIO.output(gpio_in3, GPIO.LOW)
GPIO.output(gpio_in4, GPIO.LOW)

def allStop():
lStop()
rStop()

lForward()
rForward()
time.sleep(2)
lBackground()
rBackground()
time.sleep(2)
allStop()

保存后，用下面命令运行car.py查看运行效果：

sudo python3 car.py

如果正确无误，车轮会向前旋转2秒，暂停，再向后旋转两秒，然后停止旋转，试试其他的值，熟悉小车的状态。

接下来编写一个脚本controlcar.py，使用字符菜单来控制智能小车的行走轨迹。

import  car

if __name__ == "__main__":
try:
while True:
print("W to car forward")
print("X to car background")
print("A to car turnLeft")
print("D to car turnRight")
print("S to car stop")
print("Q to exit")

user_choice = input("Choice:")
if user_choice == "W" or user_choice == "w":
car.forward()
time.sleep(5)
elif user_choice == "X" or user_choice == "x":
car.background()
time.sleep(5)
elif user_choice == "A" or user_choice == "a":
car.turnLeft()
time.sleep(5)
elif user_choice == "D" or user_choice == "d":
car.turnRight()
time.sleep(5)
elif user_choice == "S" or user_choice == "s":
car.allStop()
elif user_choice == "Q" or user_choice == "q":
GPIO.cleanup()
break
else:
print("Enter Error!!!")
catch(ValueError):
GPIO.cleanup()
print("valueError")

保存，用下列命令执行脚本controlcar.py

sudo pyhton3 controllcar.py

可以得到如图所示的命令窗口：

W to car forward
X to car background
A to car turnLeft
D to car turnRight
S to car stop
Q to exit
Choice:

对电机驱动器L298N操作不清楚的，可到这里查看具体使用：http://www.mz6.net/news/android/7222.html