【樹莓派+.NET MF打造視頻監(jiān)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，運行著linux系統(tǒng)，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(tǒng)，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(wǎng)友技術交流，便于問題的定位和解決；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(tǒng)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(jiān)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(fā)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，用來驅動攝像頭云臺（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；由于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(fā)給樹莓派，由樹莓派驅動攝像頭云臺。

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

由于需要介紹的內容相對較多，所以我們分四篇來講解視頻監(jiān)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(tǒng)，比如控制機械手、攝像頭云臺、小車行進及速度快慢。

目前網(wǎng)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(jīng)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(fā)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(fā)鍵值，PSB_BLUE按下和抬起都發(fā)鍵值，其它鍵都是按下發(fā)鍵值）。另外搖桿的鍵值是必須按下L2或R2時，才發(fā)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(qū)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(tǒng)進行連接，只是增加轉接板便于接線）。

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（兩個標準.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，為了便于連接，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.時鐘）

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(fā)

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(fā)。

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

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、時鐘操作相關的部分。

在config_gamepad函數(shù)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)

由于沒有map函數(shù)，需要我們自己實現(xiàn)：

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(shù)，傳入四個GPIO的值。

int GeneralStream_Open2_UserDriver(int config){   //必須第一個執(zhí)行   InitUserDriver();   //獲取系統(tǒng)函數(shù)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(shù)：HAL_COMPLETION。可以定時去執(zhí)行一個函數(shù)，類似一種多線程機制（可以定義多個）。

我們定義一個20ms執(zhí)行的掃描函數(shù)，用來掃描鍵值：

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

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

完整的掃描函數(shù)代碼如下：

void ScanKey(void *arg){       if(error == 1 || type == 2)            {           InitPS2();           MF->HAL_COMPLETION_EnqueueDelta(hcHander,1000000);  //1s執(zhí)行一次      if(error == 1 || type == 2)return;    }          //讀狀態(tài)    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_
為了便于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(tài)    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)