树莓派+二自由度云台小车（三）--小车运动+简单的自动避障

小车与避障原理

一、小车运动模块

小车主要是分为动力模块和控制模块，动力模块由驱动板，直流电机加轮子以及外接供电的锂电池组成。控制模块就是树莓派了，连接驱动板对电机进行控制，实现对小车运动的控制。
==注意事项==：当小车不转的时候，一定要注意，驱动板和树莓派是否构成一个完整的回路（共地）。
其次是不同的直流电机和供电，会导致小车速度不同，然后会影响避障策略的设置，此时需要调整延时时间即可，若各位有比较好的意见，请在评论区留言，欢迎进行交流。
本文涉及的驱动板是L298n驱动板，长下面这个样子，有IN1–IN4共4个输入接口，对应OUT1–OUT4，ENA、ENB共两个使能接口，一个5V，一个12V和一个GND的电源接口，具体参数，有兴趣的可以下载看一下，由于无法直接放文件，所以可以点这里下载

二、避障原理

在了解避障决策之前，让我们先对障碍物类型进行一个分类，各位看官道友也可以根据自己的喜好对障碍物进行分类，然后设置不同的避障决策。

箭头代表了传感器的探测方向，本文正前方的箭头设置为红外传感器，左右的为超声波传感器。由于红外传感器只有一个，由于红外传感器设计的探测范围问题，容易出现侧前方出现障碍物，识别不准障碍物类型的情况，可适当添加传感器。
==建议：==使用同款传感器和T型板的话，建议对红外传感器的连接线进行一下改动，将母头改成公头。方便和T型板进行连接。
采用的是一种比较简单的避障决策，用一张图，可以用以下这张图来体现。

三、实现

从这里开始就要注意各个部件连接的接口号了，我们为方便统一管理，创建一个config.ini的配置文件，用于管理硬件连接的pin口编号。云台后续再进行添加管理。之后的连线，也主要都是通过看配置文件里面，就比较方便，不用一个个文件看。

[car]
# This is the parmaters that will control the car's wheels
# The number is the interface number if GPIO(GPIO.BCM)
#board 11 12 13 15
IN1 = 17
IN2 = 18
IN3 = 27
IN4 = 22

[ultrasonic]
#BCM 25 6 12 5
#control ultrasonic detection distance for obstacle avoidance
Trigger_l = 25
Trigger_r =6
Echo_l = 12
Echo_r = 5

[infrared]
#BCM  20 detected = 20CM
single_pin = 20

使用了配置文件之后，就需要import configparser。
然后读取配置文件。

config = configparser.ConfigParser()
config.read("config.ini")

（1）将传感器整合。

将各个障碍物类型进行分类后，设置几个传感器配合，对障碍物类型进行判别，同时可以传参给树莓派进行避障策略选择。创建名为sense.py。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# 传感器探测障碍物类型
import RPi.GPIO as GPIO
import time
import configparser
from infrared import Infrared
from ultrasonic import Ultrasonic

#Define the number of all the GPIO taht used for 4wd car
class Sense():
    
    def __init__(self):
        config = configparser.ConfigParser()
        config.read("config.ini")
        
        trigger_l=config.getint("ultrasonic","Trigger_l")
        trigger_r=config.getint("ultrasonic","Trigger_r")
        echo_l=config.getint("ultrasonic","Echo_l")
        echo_r=config.getint("ultrasonic","Echo_r")
        single_pin=config.getint("infrared","single_pin")
        
        self.Sonic_l = Ultrasonic(trigger_l,echo_l)
        self.Sonic_r = Ultrasonic(trigger_r,echo_r)
        self.Infrared = Infrared(single_pin)
    #get obstacles type   
    def detection(self):
        
        #NO Obstacles or 20cm safe distance  type 0
        if self.Infrared.check_distance() == "OK":
            return "Fgo"
        #Obstacles ahead
        #self.Infrared.check_distance() == "Warning"
        else :
            l_d = self.Sonic_l.get_distance()
            r_d = self.Sonic_r.get_distance()
        #Obstacles ahead&&right  =safe       type a
            if ((l_d>=30)and(r_d>=30)):
                return "Lgo"
        #Obstacles ahead&&right  R>L         type b
            elif ((l_d<=30)
                and(r_d>30)):
                return "Rgo"
        #Obstacles ahead&&right  L>R         type c
            elif ((l_d>30)
                and(r_d<=30)):
                return "Lgo"
        #Obstacles ahead&&right  L&R<safe         type d
            elif ((l_d<30)
                and(r_d<30)):
                return "Bgo"
    
    def ask_distance_l(self):
        return self.Sonic_l.get_distance()
        
    def ask_distance_r(self):
        return self.Sonic_r.get_distance()
    
if __name__ == '__main__':
    t = Sense()
    while True:
        s=t.detection()
        print(s)
        time.sleep(0.5)

（2）小车的运动代码

此时小车这边的基本控制代码如下：
创建一个carCtrl.py
然后里面的有一些注释，没有删，各位将就着看。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# 小车的控制代码
import RPi.GPIO as GPIO
import time
import configparser
from sense import Sense
#Define the number of all the GPIO taht used for 4wd car
class CAR():
    
    delay_tl = 0.45
    delay_tr = 0.5
    delay_30 = 0.4
    
    def __init__(self):
        config = configparser.ConfigParser()
        config.read("config.ini")
        self.IN1=config.getint("car","IN1")
        self.IN2=config.getint("car","IN2")
        self.IN3=config.getint("car","IN3")
        self.IN4=config.getint("car","IN4")
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        GPIO.setwarnings(False)  #avoid GPIO warning
        GPIO.setup(self.IN1,GPIO.OUT)
        GPIO.setup(self.IN2,GPIO.OUT)
        GPIO.setup(self.IN3,GPIO.OUT)
        GPIO.setup(self.IN4,GPIO.OUT)
        self.reset()
        
        self.sense = Sense()
        
    def reset(self):
        #Rest all the GPIO as LOW
        GPIO.output(self.IN1,False)
        GPIO.output(self.IN2,False)
        GPIO.output(self.IN3,False)
        GPIO.output(self.IN4,False)
        
    def __forward(self):
 #       self.reset()
        GPIO.output(self.IN1,True)
        GPIO.output(self.IN2,False)
        GPIO.output(self.IN3,True)
        GPIO.output(self.IN4,False)
    
    def __backward(self):
 #       self.reset()
        GPIO.output(self.IN1,False)
        GPIO.output(self.IN2,True)
        GPIO.output(self.IN3,False)
        GPIO.output(self.IN4,True)
    
    def __turnright(self):
 #       self.reset()
        GPIO.output(self.IN1,True)
        GPIO.output(self.IN2,False)
        GPIO.output(self.IN3,False)
        GPIO.output(self.IN4,True)
    
    def __turnleft(self):
 #       self.reset()
        GPIO.output(self.IN1,False)
        GPIO.output(self.IN2,True)
        GPIO.output(self.IN3,True)
        GPIO.output(self.IN4,False)
        
    def __stop(self):
        self.reset()
        
    def CarMove(self,direction,loop):
        if direction == 'F':
            self.__forward()
        elif direction == 'B':
            self.__backward()
        elif direction == 'R':
            self.__turnright()
        elif direction == 'L':
            self.__turnleft()
        elif direction == 'Auto':
            self.autorun(loop)
        elif direction == 'S':
            self.__stop()
        elif direction == 'E':
            GPIO.cleanup()
            exit()
#        else:
#            print("The input error! please input:F,B,L,R,S")
    
#下面的代码都是用于避障的函数，里面所有的loop都是之后要用到的。    
    #the methods is used to strategy and run
    def backx(self,loop):
        while loop:
            self.__backward()
            time.sleep(0.2)
            self.reset()
            l_d = self.sense.ask_distance_l()
            r_d = self.sense.ask_distance_r()
            if r_d > 30:
                #get a safe distance
                self.__backward()
                time.sleep(0.2)
                #turn right 90
                self.__turnright()
                time.sleep(self.delay_tr)
                #advance 30cm
                self.__forward()
                time.sleep(self.delay_30)
                #turn left 90
                self.__turnleft()
                time.sleep(self.delay_tl)
                break
            if l_d > 30:
                #get a safe distance
                self.__backward()
                time.sleep(0.2)
                #turn left 90
                self.__turnleft()
                time.sleep(self.delay_tl)
                #advance 30cm
                self.__forward()
                time.sleep(self.delay_30)
                #turn right 90
                self.__turnright()
                time.sleep(self.delay_tr)
                break
    def Lgox(self,loop):
        while loop:
            self.__forward()
            time.sleep(0.2)
            r_d = self.sense.ask_distance_r()
            if r_d > 30:
                #advance 15cm
                self.__forward()
                time.sleep(0.2)
                #turn right 90
                self.__turnright()
                time.sleep(self.delay_tr)
                break
            
    def Rgox(self,loop):
        while loop:
            self.__forward()
            time.sleep(0.2)
            l_d = self.sense.ask_distance_l()
            if l_d > 30:
                #advance 15cm
                self.__forward()
                time.sleep(0.2)
                #turn left 90
                self.__turnleft()
                time.sleep(self.delay_tl)
                break
            
     #run and strategy
    def autorun(self,loop):
#        self.sense = Sense()
 #       while True:
            #get obstacle type
        self.reset()
        strategy = self.sense.detection()
        
        if strategy == "Fgo":
            self.__forward()
            time.sleep(0.05)
            
        elif strategy == "Bgo":
            self.backx(loop)
            
        elif strategy == "Lgo":
            self.__backward()
            time.sleep(0.1)
            #turn left 90
            self.__turnleft()
            time.sleep(self.delay_tl)
            #return original direction
            self.Lgox(loop)
        
        elif strategy == "Rgo":
            self.__backward()
            time.sleep(0.1)
            #turn left 90
            self.__turnright()
            time.sleep(self.delay_tr)
            #return original direction
            self.Rgox(loop)

#通过调整占空比来改变小车速度，行自行发挥    
'''def changeSpeed():
    leftpwm = GPIO.PWM(ENA,50)
    leftpwm = stop()
    leftpwm = start(100)
    leftpwm = ChangeDutyCycle(50)
    print('changeSpeed'+50)    
   '''

'''
#control test

  #  changeSpeed()
    RaspCar=CAR()
    RaspCar.autorun()
#turn angle test
'''
if __name__=='__main__':
    RaspCar=CAR()
    while(True):
        direction = input("Please input direction:")
        print(direction)
        RaspCar.CarMove(direction,True)
        time.sleep(0.5)
        direction = "S"
        RaspCar.CarMove(direction,True)

在测试的时候，请注意loop在这里是无用的，在后面是会用到的，不然不好退出自动避障切换成手动操作。