【樹莓派+.NET MF打造視頻監控智能車】遙控篇

樹莓派是最近比較火熱的開源硬件，其設備只有信用卡大小，運行着Linux系統，專為學生編程教育而設計。我十多年的技術路線基本以學習微軟的技術為主，中間也曾試圖學習過linux，但是相對陡峭的學習曲線，只好讓我放棄了。最近幾年深入研究嵌入式系統，自然繞不過去linux學習這個坎。幸好有了樹莓派，一是讓人容易滋生學習的興趣；二是全球范圍內網友技術交流，便於問題的定位和解決；所以在學習的過程中，慢慢地解開了linux的神秘面紗，使得有機會一探linux設計架構之美。

以前用.NET Micro Framework系統做過一些智能車控制，但是功能相對簡單。這次有了樹莓派的加入，增加了Sony PS2遙控器、視頻監控和機械手，便變得很有意思了。下圖是設備連接的示意圖：

 

從上圖來看，功能還是相對比較復雜的，需要9路PWM，其中7路來自凌霄評估板（.NET Micro Framework開發板）3路控制機械手，余下的四路PWM和8個GPIO分別驅動四個馬達；另外2路PWM來自樹莓派，用來驅動攝像頭雲台（兩自由度，可以水平和垂直旋轉）；樹莓派引出一個GPIO，用來控制LED閃爍，攝像頭選取的是配套攝像頭；由於Sony PS2接收器和凌霄評估板連接，所以還需要把一些按鍵信息通過串口發給樹莓派，由樹莓派驅動攝像頭雲台。

下圖是組裝好的設備圖片：

 

為了讓大家有一個直觀的印象，先看一段演示視頻：

 

視頻鏈接：http://v.youku.com/v_show/id_XNjY2MTE1NjQ0.html

 由於需要介紹的內容相對較多，所以我們分四篇來講解視頻監控智能車的制作，分別為《遙控篇》：主要講解Sony PS2遙控器信號接收處理；《控制篇（.NET MF）》：主要講解用.NET MF如何驅動小車和控制機械手；《控制篇（樹莓派）》：主要講解如何用樹莓派驅動GPIO、PWM和串口通信；《視頻篇》：主要講解視頻服務的搭建，遠程視頻觀看及自啟動程序的配置。

本篇先介紹Sony PS2遙控器信號獲取。

A 遙控器說明

 

Sony PS2游戲機手柄有兩個搖桿，14個功能鍵（不包含模式鍵），非常適合我們控制復雜的系統，比如控制機械手、攝像頭雲台、小車行進及速度快慢。

目前網上購買一個這樣的游戲手柄大概40元左右的樣子，性價比還是非常高的。

B 設備接線

購買游戲手柄的時候已經包含了一個接收頭了。有些店家還額外提供兩種轉接頭，一種是SPI接口的，一種是串口的。SPI接口的其實就是進行了一個電平轉換（3V3=>5V）,沒有進行什么特別的處理。串口的轉接頭是中間加了一個AVR單片，可以主動把采集的按鍵信息，通過串口（TTL電平）發送出去。使用相對簡單，但是功能上有問題，一是程序似乎有bug，在操作PSB_PINK和PSB_BLUE按鍵的時候，其返值和其它按鍵不同（PSB_PINK僅抬起發鍵值，PSB_BLUE按下和抬起都發鍵值，其它鍵都是按下發鍵值）。另外搖桿的鍵值是必須按下L2或R2時，才發送對應搖桿的X/Y值，此外多個按鍵如果同時按下，是無法區分的。

所以我們選用SPI接口的（其實我們也可以直接把手柄接收頭和我們的凌霄系統進行連接，只是增加轉接板便於接線）。

 

凌霄評估板包含一個USB、一個TF卡槽和一路RS485接口，另外直接引出31個PIN（兩個標准.NET Gadgeteer接口和一個子板接口）。提供2路SPI、1路I2C、5個串口、16路PWM、12路AD、2路DA、若干GPIO（Pin腳會有復用）。

四個馬達，兩個驅動器供分別需要4個GPIO和2路PWM，為了便於連接，我們分別通過.NET Gadgeteer接口提供，所以遙控手柄接收器我們連接在子板接口上。

接線如下：

Mainboard.SubPort.Pin2 （5V）   --  電源（4.vcc，如果是直接連，則連接Pin1 3V3）

Mainboard.SubPort.Pin12（PA5）  --  att（6.ATT選取）

Mainboard.SubPort.Pin10（PA7）  --  cmd（2.命令）

Mainboard.SubPort.Pin8（PC7）   -- dat（1.資料）

Mainboard.SubPort.Pin14（PB3）  -- clk（7.時鍾）

Mainboard.SubPort.Pin3 （GND）  -- 地（GND）

    【注】中間的四個GPIO可以任意，只要在程序中指定就可以。

C 用戶驅動開發

雖然接口類似SPI，但是實際用SPI接口去通信，設置各種模式（A/B/C/D四種模式），通信都不正常（返回0xFF等系列值）。所以我們采用用戶驅動，用C++進行開發。

用戶驅動我已經寫過幾篇文章了，請網友自行參考《.NET Micro Framework之MDK C++二次開發》。

我們直接從Arduino相關驅動進行修改移植，包含兩個文件：ps2x_lib.h和ps2x_lib.cpp。

我們需要修改和GPIO操作、時鍾操作相關的部分。

在config_gamepad函數中我們添加GPIO初始化相關代碼

MF->CPU_GPIO_EnableOutputPin(att,FALSE);

MF->CPU_GPIO_EnableOutputPin(cmd,FALSE);

MF->CPU_GPIO_EnableInputPin(dat,FALSE,NULL,GPIO_INT_NONE,RESISTOR_PULLUP);

MF->CPU_GPIO_EnableOutputPin(clk,FALSE);

原GPIO操作代碼：

inline void  PS2X::CMD_SET(void) {

         *_cmd_lport_set |= _cmd_mask;

}

inline void  PS2X::CMD_CLR(void) {

         *_cmd_lport_clr |= _cmd_mask;

}

inline void  PS2X::ATT_SET(void) {

         *_att_lport_set |= _att_mask;

}

inline void PS2X::ATT_CLR(void) {

         *_att_lport_clr |= _att_mask;

}

inline bool PS2X::DAT_CHK(void) {

         return (*_dat_lport & _dat_mask)? true : false;

}

改為：

// On pic32, use the set/clr registers to make them atomic...

inline void  PS2X::CLK_SET(void) {

     MF->CPU_GPIO_SetPinState(SPI_CLK_Pin,TRUE);

}

inline void  PS2X::CLK_CLR(void) {

    MF->CPU_GPIO_SetPinState(SPI_CLK_Pin,FALSE);

}

inline void  PS2X::CMD_SET(void) {

         MF->CPU_GPIO_SetPinState(SPI_MO_Pin,TRUE);

}

inline void  PS2X::CMD_CLR(void) {

         MF->CPU_GPIO_SetPinState(SPI_MO_Pin,FALSE);

}

inline void  PS2X::ATT_SET(void) {

    MF->CPU_GPIO_SetPinState(SPI_CS_Pin,TRUE);

}

inline void PS2X::ATT_CLR(void) {

         MF->CPU_GPIO_SetPinState(SPI_CS_Pin,FALSE);

}

inline bool PS2X::DAT_CHK(void) {

         return MF->CPU_GPIO_GetPinState(SPI_MI_Pin);

}

 

定義幾個宏：

#define delayMicroseconds    MF->HAL_Time_Sleep_MicroSeconds_InterruptEnabled

#define millis()                   (MF->HAL_Time_CurrentTime()/1000)

#define delay(x)                      MF->HAL_Time_Sleep_MicroSeconds_InterruptEnabled(1000*x)

由於沒有map函數，需要我們自己實現：

int map(INT32 x, int in_min, int in_max, int out_min, int out_max)

{

  return(x -in_min)*(out_max -out_min)/(in_max -in_min)+out_min;

}

另外就是重定義一些變量類型了，這里就不詳述了。

 

下面說一下用戶驅動接口的編程：

我們通過GeneralStream_Open2_UserDriver接口傳遞一個32位整型數，傳入四個GPIO的值。

int GeneralStream_Open2_UserDriver(int config)

{

   //必須第一個執行

   InitUserDriver();

   //獲取系統函數的指針

   MF = (IGeneralStream_Function*)config;      

 

   //配置IO

   att = (UINT8)(MF->iParam1>>24 & 0xFF);

   cmd=  (UINT8)(MF->iParam1>>16 & 0xFF);

   dat=  (UINT8)(MF->iParam1>>8 & 0xFF);

   clk = (UINT8)(MF->iParam1>>0 & 0xFF);

   ……

}

這里我們用到一個.NET Micro Framework PAL底層特有的一個功能函數：HAL_COMPLETION。可以定時去執行一個函數，類似一種多線程機制（可以定義多個）。

我們定義一個20ms執行的掃描函數，用來掃描鍵值：

    hcHander = MF->HAL_COMPLETION_Initialize(ScanKey,NULL);

    MF->HAL_COMPLETION_EnqueueDelta(hcHander,20000);  //20ms執行一次 

完整的掃描函數代碼如下：

void ScanKey(void *arg)

{   

    if(error == 1 || type == 2)        

    {

           InitPS2();

           MF->HAL_COMPLETION_EnqueueDelta(hcHander,1000000);  //1s執行一次

      if(error == 1 || type == 2)return;

    }

 

         //讀狀態

    ps2x.read_gamepad(false, vibrate);

         UINT8 button = 0;

         for(int i=0;i<16;i++)

         {

            if(ps2x.NewButtonState(Buttons[i]))

            {

                button = ps2x.Button(Buttons[i]);

                      //MF->debug_printf("%s:%d\r\n",ButtonNames[i],button);

                      //MF->lcd_printf("%s:%d             \r\n",ButtonNames[i],button);

                      if(button) ButtonState |= 1<<i;

                      else  ButtonState &= ~(1<<i);

                      //觸發事件

                MF->Notice_GenerateEvent(UserDriver_Hander,(byte)i<<16 | button );

            }

    } 

         UINT8 lx=ps2x.Analog(PSS_LX);

    UINT8 ly=ps2x.Analog(PSS_LY);

    UINT8 rx=ps2x.Analog(PSS_RX);

    UINT8 ry=ps2x.Analog(PSS_RY);

         ButtonAnalog = lx<<24 | ly<<16 | rx<<8 | ry;

         if(frist!=1)

         {

             if(lx!=olx || ly!=oly)

                   {

                       //MF->lcd_printf("lx:%d ly:%d     \r\n",lx,ly);

                       //觸發事件

                 MF->Notice_GenerateEvent(UserDriver_Hander,(byte)16<<16 | lx<<8 | ly );

                   }

                   if(rx!=orx || ry!=ory)

                   {

                       //MF->lcd_printf("rx:%d ry:%d     \r\n",rx,ry);

                            //觸發事件

                 MF->Notice_GenerateEvent(UserDriver_Hander,(byte)17<<16 | rx<<8 | ry );

                   }

         }

         olx=lx;oly=ly;orx=rx;ory=ry;frist=0;

    MF->HAL_COMPLETION_EnqueueDelta(hcHander,20000);       //20ms執行一次

}

為了便於同時獲取鍵值和搖桿值，我們還封裝了一個接口，代碼如下：

int GeneralStream_IOControl2_UserDriver(int code,int parameter)

{ 

   //獲取當前按鍵狀態 

   if(code == 0) return ButtonState;

   else if(code == 1) return ButtonAnalog;

   return -1;

}

以上代碼編譯成bin文件，通過YFAccessFlash直接部署到設備中即可。

 

下面我們介紹一下，用戶C#代碼

我們先做一個簡單的封裝：

public PS2(Cpu.Pin clk,Cpu.Pin cmd,Cpu.Pin att,Cpu.Pin dat )

     {

            gs = new GeneralStream();

            if (gs.Open("UserDriver", (int)((int)clk << 24 | (int)cmd << 16 | (int)att << 8 | (int)dat)) <= 0)

            {

                throw  new Exception("Open UserDriver failed!");

            }

            gs.Notice += new GeneralStreamEventHandler(gs_Notice); 

     }

 

     void gs_Notice(uint hander, uint data, DateTime timestamp)

     {

            //Debug.Print(hander.ToString() + " - " + data.ToString());

            if (hander == 1)

            {

                Key key = (Key)(data >> 16 & 0xFF);

                int state = 0,x=0,y=0;

                if (key == Key.LRocker || key == Key.RRocker)

                {

                    x = (int)(data >> 8 & 0xFF);

                    y = (int)(data & 0xFF);

                }

                else

                {

                    state = (int)(data & 0xFF);

                }

                if (Click != null) Click(this, new ButtonArgs(key, state, x, y));

            }

}

 

    public class Program

    {

        public static void Main()

        {

            PS2 ps2 = new PS2(Mainboard.SubPort.Pin12, Mainboard.SubPort.Pin10, Mainboard.SubPort.Pin8, Mainboard.SubPort.Pin14

);

            ps2.Click += new PS2.ClickHandle(ps2_Click);

            Thread.Sleep(Timeout.Infinite);

        }

 

        static void ps2_Click(object sender, PS2.ButtonArgs e)

        {

            Debug.Print(e.ToString());

        }      

    }

 

D用戶應用程序功能測試

接上設備，把以上的程序運行，操作游戲機手柄，我們就可以看到按鍵信息了。

 

文章導航：

1、【樹莓派+.NET MF打造視頻監控智能車】遙控篇

2、【樹莓派+.NET MF打造視頻監控智能車】控制篇(.NET MF)

3、【樹莓派+.NET MF打造視頻監控智能車】控制篇(樹莓派)

4、【樹莓派+.NET MF打造視頻監控智能車】視頻篇

小結：

1、 有了用戶驅動C/C++二次開發接口，很容易移植相關C/C++代碼。

2、 .NET Micro Framework的封裝性能，讓用戶程序僅關注業務邏輯即可，顯得非常的簡單易用。

3、 VS2010/VS2012可以在線調試.NET Micro Framework（加斷點、單步執行等等），便於問題診斷和調試。