python通过Arduino Uno来控制舵机转动

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mob64ca13fba42b 2024-12-06 14:18:42

文章标签 python java javascript linux js 文章分类 Python 后端开发

使用arduino控制舵机

GitHub最近发布了一篇博客文章，该文章显示了不同语言在这段时间内的发展情况。排名表示GitHub的公共和私有存储库中使用的语言（不包括fork），这被称为Linguist的库检测到。从中可以明显看出，JavaScript无疑在各个领域都赢得了竞争。尽管来自C，C ++和Java的竞争非常激烈，但编程语言已成为游戏编程，机器人技术和IoT设备的非常受欢迎的选择。当JavaScript开始为机器人提供动力时， NodeBots诞生了。

NodeBots是由Node.js控制的机器人。如果您有兴趣进一步了解它们，建议您阅读Patrick Catanzariti撰写的标题为NodeBots简介的文章。

在本教程中，我们将制作一个可以从浏览器控制的简单NodeBot。整个项目的源代码可在GitHub上找到。

设置硬件

我们将在该项目中使用以下硬件：

Arduino的
2马达
L298电机控制器
将Arduino连接到计算机的电线

Arduino是一个基于易于使用的硬件和软件的开源原型平台。它在全球成千上万的项目中使用。我们使用Arduino的原因是它处理廉价且易于扩展的跨平台（可在Windows，Linux和OS X上运行）。

我们将从组装硬件开始。连接的表示在下面给出。

python通过Arduino Uno来控制舵机转动_javascript

如果您在理解引脚号时遇到任何困难，请参考下面的示意图。

python通过Arduino Uno来控制舵机转动_python_02

我建议您根据需要选择电动机（例如，它必须承受的负载）。如果您使用额定电压更高的电动机，则可能必须使用外部电源，因为Arduino提供的电压可能不够。

连接完成后，我们必须确保StandardFirmata已安装在板上。 Firmata是用于从主机计算机上的软件与微控制器通信的通用协议。为此，请按照以下简单步骤操作：

下载Arduino IDE
通过USB插入Arduino或Arduino兼容微控制器
打开Arduino IDE，选择File> Examples> Firmata> StandardFirmata
点击“上传”按钮。

完成硬件连接并将StandardFirmata上传到Arduino之后，我们可以移至下一部分，在其中创建Web应用程序。

应用程序入门

首先从Web应用程序开始，让我们定义项目的软件依赖关系。为此，我们将创建一个如下所示的package.json文件：

{
  "name": "nodebot-sample",
  "dependencies": {
    "express": "^4.11.2",
    "johnny-five": "^0.8.53",
    "socket.io": "^1.3.3"
  }

创建文件后，在项目文件夹的根目录中运行npm install ，以便将安装所有依赖项。如果您不熟悉npm ，请阅读Peter Dierx撰写的标题为npm入门指南— Node Package Manager的文章。

服务器端代码

服务器代码依赖于Node.js和Express 。我们将在项目目录的根目录下创建一个名为index.js的文件。该文件将包含我们所有的服务器端逻辑。

var express = require('express');
var app = express();
var io = require('socket.io')(app.listen(8081));
var five = require('johnny-five');

app.use(express.static(__dirname + '/app'));

app.get('/', function (res) {
  	res.sendfile('/index.html');
});

var board = new five.Board({
  	repl:false
});

express()函数是Express模块导出的顶级函数。 express.static()负责将静态资产提供给客户端。 app.get使用回调函数将HTTP请求路由到指定的路径。 res对象代表快递应用在收到请求时发送的HTTP响应。 sendFile方法将文件从特定路径发送到浏览器。

我们正在利用Socket.IO来利用WebSockets和johnny-five的功能来帮助Arduino与服务器进行通信，从而维护客户端与服务器之间的实时连接。 johnny-five是一个基于Firmata协议的IoT和机器人编程框架。

首先，我们创建一个Board的新实例。一旦完成，所有逻辑将在开发板准备就绪后实现（这意味着在触发ready事件时）。在回调函数中，我们通过提供带有两个数字的数组来创建Motor的两个实例。具体来说， [3,12]和[11,13]代表与相应电机相连的Arduino的引脚。

board.on('ready', function () {
    var speed, commands, motors;
    motors = {
        a: new five.Motor([3, 12]),
        b: new five.Motor([11, 13])
    };

    commands = null;

    io.on('connection', function (socket) {
        socket.on('stop', function () {
            motors.a.stop();
            motors.b.stop();
        });

        socket.on('start', function () {
            speed = 255;
            motors.a.fwd(speed);
            motors.b.fwd(speed);
        });

        socket.on('reverse', function () {
            speed = 120;
            motors.a.rev(speed);
            motors.b.rev(speed);
        });

        socket.on('left', function () {
            var aSpeed = 220;
            var bSpeed = 50;
            motors.a.fwd(aSpeed);
            motors.b.rev(bSpeed);
        });

        socket.on('right', function () {
            var aSpeed = 50;
            var bSpeed = 220;
            motors.a.rev(aSpeed);
            motors.b.fwd(bSpeed);
        });
    });
});

电动机的速度由0到255之间的数字指定.stop()方法使电动机.stop()停止。还有一种替代方法.brake()强制电动机停止（而不是.brake()停车），但仅适用于带有专用制动销的电路板。 .fwd()和.rev()方法只是.forward()和.reverse()别名。它们都接受一个数字作为参数，范围从0到255，以控制速度。我们使用前进和后退速度的不同组合来获得电动机的不同运动。

python通过Arduino Uno来控制舵机转动_python_03

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为了完成我们的项目，我们必须实时检测用户何时在客户端选择了特定选项。这是Socket.IO发挥作用的地方。与客户端建立新连接后，将触发connection事件。每当客户端发出事件时， .on()方法就允许我们在服务器端侦听该事件并执行一些操作。

客户端代码

python通过Arduino Uno来控制舵机转动_java_04

客户端实施包括创建界面，用户可以在其中选择电动机的不同运动。我们首先在目录根目录下的app文件夹内创建一个index.html文件。在此页面中，我们包含Socket.IO的客户端版本。

<body>
   <div class="container">
       <i class="fa fa-angle-up" id="forward"></i>
       <i class="fa fa-angle-left" id="left"></i>
       <i class="fa fa-angle-down" id="reverse"></i>
       <i class="fa fa-angle-right" id="right"></i>
       <i class="fa stop" id="stop">STOP</i>
   </div>
   <script src="//cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/socket.io/1.3.6/socket.io.min.js"></script>
   <script src="app.js"></script>
</body>

Socket.IO公开了一个全局方法，该方法被添加到window对象上，该方法称为io() 。 socket.emit('right')会将事件名称为right的消息发送回服务器。一旦.emit()被调用客户端上，安装有回调socket.on('right')的服务器上被执行。

var socket = io();

function moveForward(){
    socket.emit('start');
}
function turnRight(){
    socket.emit('right');
}
function turnLeft(){
    socket.emit('left');
}
function moveReverse(){
    socket.emit('reverse');
}
function stop(){
    socket.emit('stop');
}

document.getElementById('forward').onclick = moveForward;
document.getElementById('right').onclick = turnRight;
document.getElementById('left').onclick = turnLeft;
document.getElementById('reverse').onclick = moveReverse;
document.getElementById('stop').onclick = stop;

在最后一个代码片段中，我们已经完成了代码。现在，您可以从浏览器控制电动机了。您甚至可以将keypress事件绑定到箭头键，并使用它们控制电机。

要启动服务器，请打开终端并在项目目录的根目录中运行node index.js 。现在，您可以在浏览器上访问位于127.0.0.1:8081的网页，并从那里开始控制电动机。如果Board not found问题，请确保Arduino与计算机之间的连接良好，并且您已将StandardFirmata从Arduino IDE正确上传到了Board。

这个项目是一个非常小的示例，说明您可以通过结合使用Node.js和Arduino来实现。您可以使用WebSockets的功能将从传感器（ MPU6050 ）接收的数据实时传输到浏览器。您可以基于此显示实时图形，并根据收到的读数控制电动机。在这里可以找到基于这些原理的类似实现，这是当前项目的扩展。如果您对该项目感兴趣，则一定要检查一下。