树莓派4B-Python-控制L298N

缺乏、安全感 2022-11-29 11:48 548阅读 0赞

### 树莓派4B-Python-控制L298N ###

*  L298N（迷你版）模块
 *  参数介绍
 *  工作原理
 *  与树莓派4B连接
 *  代码
 *   *  1.PWM控制方式：
     *  2.无线控制 / 远程控制方式：
     *  3.另一种无线控制 / 远程控制的方式：
     *  4.网页控制（局域网）：

本篇文章是用Python语言编写的程序通过树莓派4B控制L298N模块，最终实现让两个电机任意的正反转。

# L298N（迷你版）模块 #

本人使用的是这款L298N迷你型，虽然少了许多东西（如巨大的散热片等），但是功能还是一样的。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ2NDc2MTYz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

# 参数介绍 #

工作电压：2V~10V  
工作电流：单路工作电流为1.5A，峰值电流可达2.5A，待机电流小于0.1uA  
双H桥，可控制两个或四个电机（四个电机为两两并联）

该模块的原理图大概如下：  
![L298N原理图][L298N]

# 工作原理 #

L298N电机驱动模块搭载两个H桥集成电路，供电电压范围较大，范围在2V~10V之间，供电电压越高，给予控制的直流电机电压也越高，随之直流电机转动的速度也会越快；输入端分别是IN1、IN2、IN3、IN4，用于接收控制器发出的电信号；当输入端发出信号后，输出端就可以控制两组直流电机正反转。

以下为L298N的逻辑控制表和控制流程图。  
![逻辑][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ2NDc2MTYz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
![流程图][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ2NDc2MTYz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

# 与树莓派4B连接 #

![L298N接线图][L298N 1]  
红色：5V---- +  
蓝色：GND---- -  
黄色：GPIO19----IN1  
绿色：GPIO16----IN2  
橙色：GPIO26----IN3  
紫色：GPIO20----IN4![L298N连接图][L298N 2]

# 代码 #

## 1.PWM控制方式： ##

import time
    import RPi.GPIO as GPIO
    
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    IN1_PIN1 = 19
    IN2_PIN1 = 16
    IN1_PIN2 = 26
    IN2_PIN2 = 20
    
    GPIO.setup(IN1_PIN1, GPIO.OUT)
    p1 = GPIO.PWM(IN1_PIN1, 50)  # 这里的50是频率为50Hz
    p1.start(0)
    
    GPIO.setup(IN2_PIN1, GPIO.OUT)
    p2 = GPIO.PWM(IN2_PIN1, 50)
    p2.start(0)
    
    GPIO.setup(IN1_PIN2, GPIO.OUT)
    p3 = GPIO.PWM(IN1_PIN2, 50)
    p3.start(0)
    
    GPIO.setup(IN2_PIN2, GPIO.OUT)
    p4 = GPIO.PWM(IN2_PIN2, 50)
    p4.start(0)
    
    # 可以通过更改括号内的数值改变电机转动的速度，数值范围0~100
    def forward(time_sleep):
        p1.start(50)
        p2.start(0)
        p3.start(50)
        p4.start(0)
        time.sleep(time_sleep)
        
    def reverse(time_sleep):
        p1.start(0)
        p2.start(50)
        p3.start(0)
        p4.start(50)
        time.sleep(time_sleep)
    
    def left(time_sleep):
        p1.start(50)
        p2.start(0)
        p3.start(0)
        p4.start(0)
        time.sleep(time_sleep)
        
    def right(time_sleep):
        p1.start(0)
        p2.start(0)
        p3.start(50)
        p4.start(0)
        time.sleep(time_sleep)
        
    def left_0(time_sleep):
        p1.start(50)
        p2.start(0)
        p3.start(0)
        p4.start(50)
        time.sleep(time_sleep)
        
    def right_0(time_sleep):
        p1.start(0)
        p2.start(50)
        p3.start(50)
        p4.start(0)
        time.sleep(time_sleep)
    
    def stop(time_sleep):
        p1.start(0)
        p2.start(0)
        p3.start(0)
        p4.start(0)
        time.sleep(time_sleep)
    
    while True:
        cmd = str(input("按以下键后回车（w，前进;x，后退;s，停止）:"))
        direction = cmd
        if direction == "w" or "s" or "a" or "d" or "q" or "e":
            if direction == "w":  # 前进
                forward(1)
                stop(0.1)
            elif direction == "s":  # 后退
                reverse(1)
                stop(0.1)
            elif direction == "a":  # 单轮左转
                left(1)
                stop(0.1)
            elif direction == "d":  # 单轮右转
                right(1)
                stop(0.1)
            elif direction == "q":  # 双轮左转
                left_0(1)
                stop(0.1)
            elif direction == "e":  # 双轮右转
                right_0(1)
                stop(0.1)
                
            elif direction == "x":  # 停止移动
                stop(0.1)
            else:
                print("命令无法识别")
                break

## 2.无线控制 / 远程控制方式： ##

'''
    功能为使用键盘控制小车移动，并不用按回车键
    此程序必须在IDE上使用，并且要把有线/无线键盘接在树莓派上才可以使用，否则会出现列表索引超出范围的错误
    '''
    from gpiozero import Robot
    from evdev import InputDevice, list_devices, ecodes
    
    robot = Robot(left=(19, 16), right=(26, 20))
    
    #获取可用的输入设备的列表
    devices = [InputDevice(device) for device in list_devices()]
    
    #过滤掉所有不是键盘的东西。键盘被定义为任意键盘
    #键盘被被定义为任何具有密钥的设备，
    #并且专门具有密钥1..31(大概是esc，数字键，QWERTY的第一行加上一些)，哪个没有键0(保留)
    
    must_have = {
        i for i in range(1, 32)}
    must_not_have = {
        0}
    devices = [
        dev
        for dev in devices
        for keys in (set(dev.capabilities().get(ecodes.EV_KEY, [])),)
        if must_have.issubset(keys)
        and must_not_have.isdisjoint(keys)
        ]
    #选择第一个键盘
    
    keyboard = devices[0]  #发生Error:列表索引超出范围
    #原因：必须将键盘（有线或无线）连接到树莓派上，不能够用VNC和ssh连接的键盘
    
    #问题的解决：需要将有线/无线键盘的USB直接插在树莓派的USB接口上，并且使用命令行输入
    
    keypress_actions = {
        
        ecodes.KEY_UP:    robot.forward,  # 键盘上的方向键：上
        ecodes.KEY_DOWN:  robot.backward,  # 键盘上的方向键：下
        ecodes.KEY_LEFT:  robot.left,  # 键盘上的方向键：左
        ecodes.KEY_RIGHT: robot.right,  # 键盘上的方向键：右
        }
    """
    此处进行扩展：
    若想继续增加按键，可以添加：
    	ecodes.KEY_HOME:
        ecodes.KEY_END:
        ecodes.KEY_F1:
        ecodes.KEY_F2:
        ...
        ecodes.KEY_F12:
        但是F1~F12按键中有一两个按键会触发其他功能，好像是F8和F10吧，可以不使用这两个按键，以免触发其他功能（是指软件本身的功能，不是自己程序的功能）
    """
    for event in keyboard.read_loop():
        if event.type == ecodes.EV_KEY and event.code in keypress_actions:
            if event.value == 1:   #按键响应
                keypress_actions[event.code]()
                
            if event.value == 0:   #按键释放
                robot.stop()

## 3.另一种无线控制 / 远程控制的方式： ##

**比上一种更为方便**

'''
    KEY_UP  键盘方向键：上     0403 ↑ 
    KEY_DOWN 键盘方向键：下    0402 ↓ 
    KEY_LEFT 键盘方向键：右    0404 ← 
    KEY_RIGHT 键盘方向键：左   0405 →
    KEY_F1  键盘F1键：F1      0410 Function keys. 
    KEY_F(n) 键盘Fn键：F（n） (KEY_F0 (n)) formula for f
    
    L298N必须接5V，不然电机力度不够，转弯时不正常
    
    使用命令行才能运行，且可以使用vnc的键盘，连接到树莓派上的键盘也可以用，在ssh中可以控制，退出控制小车的程序按 Ctrl+C
    '''
    
    import curses
    from gpiozero import Robot
    
    robot = Robot(left=(19, 16), right=(26, 20))
    
    actions = {
        
        curses.KEY_UP:    robot.forward,
        curses.KEY_DOWN:  robot.backward,
        curses.KEY_LEFT:  robot.right,
        curses.KEY_RIGHT: robot.left,
        # 以下为按键的扩展
        #curses.KEY_HOME:
        #curses.KEY_END:
        #curses.KEY_F1:
        #curses.KEY_F2:
        # ...
        #curses.KEY_F12:
        }
    
    # 以下程序不明白也没关系，简单的说就是检测按键是否按下，会进行两次检测，按下后
    def main(window):
        next_key = None
        while True:
            curses.halfdelay(1)
            if next_key is None:
                key = window.getch()
            else:
                key = next_key
                next_key = None
            if key != -1:
                curses.halfdelay(3)
                action = actions.get(key)
                if action is not None:
                    action()
                next_key = key
                while next_key == key:
                    next_key = window.getch()
                robot.stop()
    
    curses.wrapper(main)

--------------------

\#\#2020.8.20

## 4.网页控制（局域网）： ##

1.以下是控制小车的程序，将程序文件命名为**index.py**：

#!/usr/bin/env python3
    from bottle import get,post,run,request,template
    import RPi.GPIO as GPIO
    import time
    
    # L298N引脚接GPIO
    IN1 = 19
    IN2 = 16
    IN3 = 26
    IN4 = 20
    
    def init():
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        GPIO.setup(IN1,GPIO.OUT)
        GPIO.setup(IN2,GPIO.OUT)
        GPIO.setup(IN3,GPIO.OUT)
        GPIO.setup(IN4,GPIO.OUT)
    # 前进
    def forward(tf):
        GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
        GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
        GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
        time.sleep(tf)
        GPIO.cleanup()
    # 后退
    def down(tf):
        GPIO.output(IN1,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN2,GPIO.HIGH)
        GPIO.output(IN3,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN4,GPIO.HIGH)
        time.sleep(tf)
        GPIO.cleanup()
    # 左转弯
    def left(tf):
        GPIO.output(IN1,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN2,GPIO.HIGH)
        GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
        GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
        time.sleep(tf)
        GPIO.cleanup()
    # 右转弯
    def right(tf):
        GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
        GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN3,GPIO.LOW)
        GPIO.output(IN4,GPIO.HIGH)
        time.sleep(tf)
        GPIO.cleanup()
    # 停止
    def stop():
        GPIO.output(IN1,False)
        GPIO.output(IN2,False)
        GPIO.output(IN3,False)
        GPIO.output(IN4,False)
        GPIO.cleanup()
    @get("/")
    def index():
        return template("index")
    @post("/cmd")
    def cmd():
        print("按下了按钮: "+request.body.read().decode())
        init()
        sleep_time = 1
        arg = request.body.read().decode()
        if(arg=='up'):
            forward(sleep_time)
        elif(arg=='down'):
            down(sleep_time)
        elif(arg=='left'):
            left(sleep_time)
        elif(arg=='right'):
            right(sleep_time)
        elif(arg=='stop'):
            stop()   
        else:
            return False
        #return "OK"
    run(host="0.0.0.0",port="8080")

--------------------

2.以下为连接web的程序，命名为**main.py**：

#!/usr/bin/env python3
    from bottle import get,post,run,request,template
    @get("/")
    def index():
        return template("index")
    @post("/cmd")
    def cmd():
        print("按下了按钮: "+request.body.read().decode())
        #return "OK"
    run(host="0.0.0.0",port="8080")

--------------------

3.接下来就是html文件了，命名为index.html：

<!DOCTYPE html>
    <html lang="zh">
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
        <title>树莓派遥控小车</title>
        <link href="http://cdn.bootcss.com/bootstrap/3.3.5/css/bootstrap.min.css" rel="stylesheet" media="screen">
        <script src="http://code.jquery.com/jquery.js"></script>
        <style type="text/css">
            #up {
         
                margin-left: 55px;
                margin-bottom: 3px;
            }
            #down {
         
                margin-top: 3px;
                margin-left: 55px;
            }
        </style>
        <script>
            $(function(){
         
                $("button").click(function(){
         
                    $.post("/cmd",this.id,function(data,status){
         });
                });
            });
        </script>
    </head>
    <body>
    <div id="container" class="container">
        <div>
            <button id="up" class="btn btn-lg btn-primary glyphicon glyphicon-circle-arrow-up"></button>
        </div>
        <div>
            <button id='left' class="btn btn-lg btn-primary glyphicon glyphicon-circle-arrow-left"></button>
            <button id='stop' class="btn btn-lg btn-primary glyphicon glyphicon-stop"></button>
            <button id='right' class="btn btn-lg btn-primary glyphicon glyphicon-circle-arrow-right"></button>
        </div>
        <div>
            <button id='down' class="btn btn-lg btn-primary glyphicon glyphicon-circle-arrow-down"></button>
        </div>
    </div>
    <script src="http://cdn.bootcss.com/bootstrap/3.3.5/js/bootstrap.min.js"></script>
    </body>
    </html>

说明一下，先将树莓派与电脑 / 手机连接在同一个局域网内（比如同一个WiFi下，或者用手机开热点让电脑和树莓派连接上），树莓派上需要先运行index.py程序（本人是用Thonny软件打开的），底下就会显示接收或发出的控制动作命令。然后再用电脑 / 手机**输入类似的网址**就可以控制小车移动了：

http://192.168.43.165:8080/

192.168.43.165------这是你树莓派连接网络用的地址  
8080--------------------这是在index.py和main.py中设置的

在第一次连接时会非常慢，多试几次会成功的（应该也是可以直接双击打开index.html进入的），就会得到如下图所示网页界面（这是在树莓派内直接双击打开index.html得到的）。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ2NDc2MTYz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
[程序参考出处][Link 1]

\#\#2020.8.28  
希望以上代码对大家有所帮助！  
已经加入网页（局域网）控制小车的代码

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ2NDc2MTYz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221124/a626ab30f0c947d3817814a2bcfe39f1.png
[L298N]: /images/20221124/c741b5db2b184dcf88d397cdc3a512b9.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ2NDc2MTYz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221124/610e7e6b8bc342a2a8d77d04d97c44fb.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ2NDc2MTYz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221124/0f42d8314feb43be99820c515cd0a365.png
[L298N 1]: /images/20221124/64ca10a47d0146fabac8bb5d1f029477.png
[L298N 2]: /images/20221124/7578c53a8c9943acab21f9063eda51db.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ2NDc2MTYz_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]: /images/20221124/9b98b8eeb04747708dda9f30cb62ffcc.png
[Link 1]: http://www.sunnyos.com/article-show-56.html