Pan-Tilt HAT 用户手册 产品概述本产品是基于树莓派的云台扩展板, 板载 PCA9685 芯片, 输出 PWM 控制云台转动 板载 TSL2581 环境光传感器, 通过检测光强辅助摄像头工作 通过 I2C 接口控制, 无需占用额外的引脚 提供完善的配套树莓派例程 (BCM2835 库,WiringPi 库, 以及 python 例程 ) 产品参数 工作电压 : 3.3V/5V 控制芯片 PCA9685 逻辑电压 : 3.3V 通信接口 : I2C 产品尺寸 : 56.6X65(mm) 1
目录 产品概述... 1 产品参数... 1 硬件说明... 3 控制器... 3 通信协议... 3 I2C 写数据时序... 3 I2C 读数据时序... 4 I2C 地址... 4 使用指南... 5 下载例程... 5 使用... 6 拷贝至树莓派... 6 安装必要的函数库... 8 组装... 10 运行测试代码... 12 MJPG-STREAMER 软件实时监控... 12 通过 BOTTLE 实现远程遥控... 15 常见问题... 18 2
硬件说明 控制器 本产品控制器为 PCA9685, 是一款基于 IIC 总线通信的 12 位精度 16 通道 PWM 波输出的芯片 并且板载 TSL2581 环境光传感器, 通过检测光强辅助摄像头工作, 同样通过 I2C 接口控制, 不会占用太多接口引脚资源 通信协议 从上的得知使用的是 I2C 通信,I2C 通信, 一条数据线, 一条时钟线 I2C 总线在传送 数据过程中共有三种类型信号 : 开始信号 结束信号和应答信号 开始信号 :SCL 为高电平时, SDA 由高电平向低电平跳变, 开始传送数据 结束信号 :SCL 为高电平时, SDA 由低电平向高电平跳变, 结束传送数据 应答信号 : 接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后, 向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲, 表示已收到数据 I2C 写数据时序 首先主机 ( 即树莓派, 后面统称为主机 ) 会发送一个开始信号, 然后将其 I2C 的 7 位地址与写操作位组合成 8 位的数据发送给从机 ( 即 TSL2581 传感器模块, 后面统称为从机 ), 从机接收到后会响应一个应答信号, 主机此时将命令寄存器地址发送给从机, 从机接收到发送响应信号, 此时主机发送命令寄存的值, 从机回应一个响应信号, 直到主机发送一个停止信号, 此次 I2C 写数据操作结束 3
I2C 读数据时序 首先主机会发送一个开始信号, 然后将其 I2C 的 7 位地址与写操作位组合成 8 位的数据发送给从机, 从机接收到后会响应一个应答信号, 主机此时将命令寄存器地址发送给从机, 从机接收到发送响应信号, 此时主机重新发送一个开始信号, 并且将其 7 位地址和读操作位组合成 8 位的数据发送给从机, 从机接收到信号后发送响应信号, 再将其寄存器中的值发送给主机, 主机端给予响应信号, 直到主机端发送停止信号, 此次通信结束 I2C 地址 PCA9685 I2C 地址 TSL2581 I2C 地址 PCA9685 数据手册第 7 页 TSL2581 数据手册第 13 页注 : 我们模块默认 PCA9685 的 I2C 地址引脚 A5=A4=A3=A2=A1=A0=0,PCA9685 的 I2C 地址为 0x40,TSL2581 的 I2C 地址引脚浮空 (Float),TSL2581 的 I2C 地址为 0x39 如果用户不使用树莓派驱动时候, 例如使用 STM32 的时候需要在低位补上 R/W 位 4
使用指南 下载例程 在官网上找到对应产品, 在产品资料打开下载路径, 在 wiki 中下载示例程序 : 得到解压包并解压, 得到如下文件 : 例程 : 包含云台舵机程序 Servo Driver 环境光强测量程序 Light Sensor 舵机安装前测试程 序 test 云台摄像头远程控制程序 web_python 其中云台舵机程序和环境光强测量程序分别有 BCM2835 WiringPi python 三种例程 ; 5
使用 拷贝至树莓派 可以采用复制到 SD 卡安装与 samba 服务两种方式将程序复制到树莓派 : 前者不需要网络, 后者需要网络 复制到 SD 卡方式 使用读卡器将 SD 卡插入电脑, 将会显示一个 40M 左右的 U 盘, 盘名叫 :boot. 将解压文件中 RaspberryPi 文件夹复制到 boot 根目录下 如下 : 然后弹出 U 盘, 将 SD 卡插入树莓派中, 插上 USB 上电, 查看 /boot 目录的文件 : ls /boot 执行如下命令将其复制到用户目录下, 并修改其用户权限 : sudo cp -r /boot/raspberrypi/./ 6
sudo chmod 777 -R RaspberryPi/ 进入目录, 查看文件 : 安装 samba 服务方式 Samba 是在 Linux 上实现 SMB 协议的一个免费软件, 由服务器及客户端程序构成, 是一种在局域网上共享文件和打印机的一种通信协议, 我们可以使用访问局域网设备的方式来复制文件 安装 samba: sudo apt-get install samba samba-common-bin 然后需要修改配置文件 :sudo vi /etc/samba/smb.conf 找到 193 行, 把 read only = yes 修改成 read only = no 然后重启 samba 服务 :sudo /etc/init.d/samba restart 添加默认用户 pi 到 samba:sudo smbpasswd -a pi 输入访问密码, 需要两次都要一样, 注意输入密码的时候是没有光标提示的 查看树莓派 IP 地址 : 7
这里使用的是有线, 如果使用的是无线连接, 那么将会在 wlan0 中查看 IP 地址 然后在 windows 下打开 -> 我的电脑, 在地址栏输入 IP, 并加 \pi 此时会弹出一个框, 用户名输入 pi, 密码输入之前设置的密码 即可访问树莓派了, 将解压文 件中 RaspberryPi 文件夹复制到根目录 : 安装必要的函数库需要安装必要的函数库 (wiringpi bcm2835 python 库 ), 否则以下的示例程序可能无法正常工作 安装方法详见 : 安装 BCM2835 库 : http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/ 进入 BCM2835 的官网下载并把安装包复制到树莓派上, 运行如下 : sudo tar zxvf bcm2835-1.xx.tar.gz cd bcm2835-1.xx sudo./configure make sudo make check sudo make install 8
其中 xx 代表的是下载的版本号, 例如我下载的 bcm2835-1.52 那么就应该执行 :sudo tar zxvf bcm2835-1.52.tar.gz 安装 wiringpi 库 : sudo apt-get install git sudo git clone git://git.drogon.net/wiringpi cd wiringpi sudo./build 安装 python 库 : sudo apt-get install python-pip sudo pip install RPi.GPIO sudo pip install spidev sudo apt-get install python-imaging sudo apt-get install python-smbus 打开树莓派 I2C 功能 sudo raspi-config 9
组装注意 : 先不要组装, 舵机初始角度不是在起始位置, 舵机旋转时可能会卡死, 所以建议在第一次使用时先不要组装云台, 先单独测试舵机转的角度, 防止舵机意外损坏 组装前调试 连接 棕色线 红色线 黄色 GND 5V 信号线 (S1/S0) 运行测试代码前一定注意倾斜舵机安装位置, 安装位置不好可能会导致舵机发热烧毁, 先 不组装舵机, 保证舵机可以旋转 360 不会有障碍, 连接硬件, 平移舵机连接 S1, 倾斜舵机连接 S0 然后打开程序文件夹中 test 文件夹 10
然后请确定, 倾斜舵机是安装在 S0 通道, 再运行 运行 sudo./main 如果没有这个文件那么先运行 make 注意 : 不要修改 test 里面任何文件 运行后面, 舵机全部旋转到 0 度 ( 舵机旋转角度为 0 到 180, 也就是旋转到初始位置 ), 然后切断电源组装, 注意不要旋转倾斜舵机, 然后倾斜舵机安装位置如下 组装视频参考 :http://www.waveshare.net/wiki/alphabot2-pizero-video 1 分 19 秒开始 A: 平移舵机 B: 倾斜舵机倾斜舵机初始位置一定要如图所示, 平行与底部, 箭头方向为倾斜舵机旋转方向 舵机旋转方向, 如图所示, 倾斜舵机 11
运行测试代码在 RaspberryPi 目录下, 云台舵机程序 Servo Driver 环境光强测量程序 Light Sensor, 进入对应的目录下运行 ; BCM2835: 执行如下指令 : cd bcm2835 sudo./main wiringpi: 执行如下指令 : cd wiringpi sudo./main python: 执行如下指令 : sudo python main.py 注 :BCM2835 wiringpi 运行如果显示找不到文件, 执行 make 即可 MJPG-STREAMER 软件实时监控 "MJPG-streamer", 是用于从摄像头采集图像, 把他们以流的形式通过基于 ip 的网络传输到浏览 器 a) 使用摄像头前必须运行 raspi-config 命令启用摄像头 : sudo raspi-config 选择 Enable Camera, 选择 YES 12
b) 如果是使用 CSI 接口的摄像头, 那么系统找不到 /dev/video0 的设备节点 需要在 /etc/modules 文件中添加一行 bcm2835-v4l2: sudo nano /etc/modules 加上 : bcm2835-v4l2 (bcm2835-v4l2 中的 l 为 L 的小写, 不是 1) c) 那么系统启动之后, 系统会加载这个文件中的模块名 重启系统 :sudo reboot ls /dev/video*: 下面发现 video0 设备节点 说明 : 如果执行了 a) b) c) 之后, 且确认操作和指令正确的情况下, 仍无法在 /dev 下 面发现 video0 设备, 可以执行 :rpi-update 13
d) 运行如下命令 sudo apt-get update sudo apt-get install libjpeg8-dev cmake cd mjpg-streamer-master sudo make clean all sudo./start.sh 在谷歌浏览器 ( 其他浏览器可能会无法显示 ) 地址栏内输入树莓派 ip 地址, 端口号 8080, 点 击 Stream 会实时显示摄像头拍摄的内容 如果你需要了解更多可以查看 :https://github.com/jacksonliam/mjpg-streamer 14
通过 BOTTLE 实现远程遥控 Bottle 是一个简单高效的遵循 WSGI 的微型 python Web 框架. 通过 Bottle 可以快速实现 web 控制 15
安装库 : sudo apt-get install python-bottle 通过 Bottle 实现云台转动 运行如下命令启动程序 : cd ~/Pan-Tilt HAT/web_Python sudo python main.py 在浏览器地址栏内输入树莓派 ip 地址, 端口号 8001, 会显示如下页面, 点击按键可以遥控小车 使用手机浏览器登陆 16
使用电脑网页登陆 : 17
常见问题 1. 环境光强检测程序输出 ID 为 0xf0 或者 0x00, 光强输出也为 0, 为什么? 答 : 可能是不正确的使用树莓派控制可能会导致 ( 详情看下面的 ), 如果重启后还是 不正常那么你尝试重启后输入命令 sudo i2cdetect -y 1 下会有两个地址 检查 I2C 是否更改过 I2C 地址或者没有打开 I2C 功能, 默认情况 39 为环境光传感器 I2C 地址,40 为 PWM 芯片 PCA9685 的 I2C 地址 2. 不正确的使用树莓派控制可能会导致? 答 : 如果运行 wiringpi 例程正常, 再运行 python 或者 BCM2835 可能会屏幕无法正常 刷新, 因为 bcm2835 库是树莓派 cpu 芯片的库函数, 底层是直接操作寄存器, 而 wiringpi 库和 python 的底层都是通过读写 linux 系统的设备文件操作设备, 可能导致 GPIO 口异 常, 重启树莓派可完美解决 18