Установка робота-фотографа на Raspberry Pi

Raspberry Pi – это востребованный одноплатный мини-компьютер, который можно адаптировать под решение множества бытовых задач. Он может работать на операционной системе Linux. В качестве эксперимента на нем был реализован любопытный проект создания подвижного робота с веб-камерой. Робот с функциями фото- и видеосъемки размещен на управляемой через web-интерфейс подвижной платформе.

По проекту для робота задаются следующие требования:
• возможность управления через Wi-Fi сигнал;
• способность передвижения платформы по команде;
• видеосъемка по ходу движения;
• съемка фото высокого качества;
• получение команд с основного компьютера, отправка на него видео и фото.

Базовым макетом для нашего кибер-фотографа является Raspirobot – специально разработанная для Raspberry Pi платформа, содержащая аппаратные компоненты, через которые реализуется перемещение и повороты конструкции. Специально для нее оптимизировано программное обеспечение, доработанное для управления камерой робота. С этой целью веб-интерфейс добавлены кнопки «фото» и «видео».
Этот робот создан в качестве примера использования интерфейса. Его возможности очень широки, с его помощью можно управлять любыми привычными предметами окружения. Таким образом на базе мини-компьютера можно создать пульт управления «умным» домом.
При разработке этого интерфейса использовался фрейморк WebIOPi – он позволяет даже не очень хорошо знакомому с php, nginx пользователю, не обладающему знанием прикладных программах, быстро отладить проект.

Итак, для воссоздания эксперимента необходимо:
• умение работать с python для создания алгоритма (уровень сложности программируемого алгоритма, соответственно, зависит от уровня знания);
• способность писать код в HTML для доработки веб-интерфейса;
• навык работы в javascript и в jquery;
• элементарный навык паяния, чтобы спаять специальную приводную плату.
Также придется вводить ряд команд из терминала, что может быть несколько сложно для неопытных пользователей Linux.

Что же такое WebIOPi?

Это – готовый продукт от Internet of Things для работы с портами ввода-вывода (GPIO) на Raspberry Pi. При помощи этого фреймворка можно управлять всеми портами как локально, так и удаленно – через обычный браузер или специальные программы, а также определять их состояние.
Какие именно он дает преимущества:
1. Дефолтная поддержка почти сорока устройств (ADC, DAC, различные датчики и т.п.);
2. Совместимость с python 2-й и 3-й версий;
3. Отличная адаптивность к потребностям пользователя;
4. Возможность защиты парой логин-пароль;
5. Многовариантность применения;
6. Сервер разработан на python-е;
7. Работа с SPI, 1-Wire, I 2C, GPIO, Serial;
8. CoAP c REST-архитектурой поддерживает IP Multicast;
9. Возможность работы с облачным сервисом.

Для инсталляции WebIOPi предустановите на мини-компьютере Python совместимой версии. В таком случае установка осуществляется через терминал:

$ wget http://webiopi.googlecode.com/files/WebIOPi-0.6.0.tar.gz
$ tar xvzf WebIOPi-0.6.0.tar.gz
$ cd WebIOPi-0.6.0
$ sudo ./setup.sh

После установки запускаем фреймворк с помощью командной строки:

$ sudo webiopi [-h] [-c config] [-l log] [-s script] [-d] [port]

Options:
-h, --help Display this help
-c, --config file Load config from file
-l, --log file Log to file
-s, --script file Load script from file
-d, --debug Enable DEBUG

Arguments:
port Port to bind the HTTP Server

Тут есть нюанс – если закрыть терминал, или сочетанием Ctrl+C прервать скрипт, доступ к портам и сервер потеряются. Чтобы этого избежать, стоит запускать фреймворк как сервис. Делаем это следующим образом:
Запуск –

$ sudo /etc/init.d/webiopi start

Отключение –

$ sudo /etc/init.d/webiopi stop

Возможен вариант настройки автозапуска WebIOPi при включении компьютера:

$ sudo update-rc.d webiopi defaults

Теперь проверим
Для проверки работоспособности пробуем в адресной строке браузера ввести http://[IPRasp]:8000 (только [IPRasp] заменяем на реальный IP-адрес вашего Raspberry) на своем основном компьютере. Для первичной авторизации вводим логин: webiopi и пароль: raspberry. Должна открыться стартовая страница WebIOPi, и вы получаете доступ к web-интерфейсу Pi.
Учтите, что не все браузеры корректно работают с кодом фреймворка, поэтому разработчик Internet of Things рекомендует использовать Google Chrome в новейшей доступной версии, либо Safari и Firefox. А вот при использовании обычного Explorer почти гарантированно возникнут проблемы.

Отображаться порты GPIO будут приблизительно таким образом:

Можно отрегулировать выходной показатель каждого порта и установить для них режим работы.

Итак, перейдем непосредственно к роботу WebCamBot

Для его изготовления доработан открытый проект подвижного робота с веб-камерой CamBot. Как говорилось выше, драйвера моторов размещались на плате Raspirobot, в которую добавлен импульсный регулятор. Для управления электромоторами, приводящими конструкцию в движение, будут задействованы четыре порта мини-компьютера.

# Left motor GPIOs
LEFT_GO_PIN = 17 #PWM сигнал скорости
LEFT_DIR_PIN = 4 #направление движения

# Right motor GPIOs
RIGHT_GO_PIN = 10 #PWM
RIGHT_DIR_PIN = 25 #направление движения

Камера может работать в одном из режимов: транслировать текущий видеопоток с низким качеством и снимать фото с высоким качеством. Режим можно поменять с помощью скриптов: stream.sh, stream_stop.sh, photo.sh.

Для фотографирования:

#!/bin/sh
fswebcam -d /dev/video0 -p MJPEG -r 640x480 --jpeg 95 --shadow --title "cambot" --subtitle "Front camera" --info "" --save /usr/share/webiopi/htdocs/app/Raspirobot/ph.jpg -q

Для включения камеры:

#!/bin/sh

STREAMER=mjpg_streamer
DEVICE=/dev/video0
RESOLUTION=160x120 #320x240
FRAMERATE=25
HTTP_PORT=8001
# check for existing webcam device
if [ ! -e "/dev/video0" ]; then
echo "stream.sh: Error - NO /dev/video0 device" 2>&1 | logger
exit 2
fi
PLUGINPATH=/home/pi/mjpg-streamer-r63
"$PLUGINPATH/$STREAMER" -i "$PLUGINPATH/input_uvc.so -n -d $DEVICE -r $RESOLUTION -f $FRAMERATE" -o "$PLUGINPATH/output_http.so -n -p $HTTP_PORT" -b

Для отключения камеры:

#!/bin/sh
kill -9 `pidof mjpg_streamer`

Упрощенный веб-интерфейс
Процесс написания web-интерфейса оптимизирован – достаточно лишь с помощью возможностей javascript создать кнопки управления, активизирующие макросы, ранее прописанные для Raspberry на Python. Эти кнопки через jQuery необходимо внести в HTML код веб-страницы.

1. Механизм такой:

button = webiopi().createButton("bt_up", "/\", go_forward, stop); // создание кнопки с id bt_up, текстом /\, вызывающей функцию go_forward
$("#up").append(button); // добавление кнопки в div с id=up

2. Сама функция вызывает макрос go_forward:

function go_forward() { webiopi().callMacro("go_forward"); }

3. Прописываем также возможность управления с клавиатуры:

$(document).keydown(function(e)
{
switch(e.which)
{
case 37:turn_left(); break; //key Arroy left
case 38:go_forward(); break; // key Arroy up
case 39:turn_right(); break; //key Arroy right
case 40:go_backward(); break; //key Arroy down
case 32:stop(); break; //key Space
case 75:camera(); break;. .//key K
case 80:photo(); break; // key P
}
});

4. После выполнения компьютером макроса фото и потоковое видео загружаются в HTML:

function camera() { $("#vid").html('');
webiopi().callMacro("camera");
$("#vid").html('<img width="320" height="240"
src="http://raspberrypi.local:8001/?action=stream">'); }
function photo() { $("#ph").html('');
webiopi().callMacro("photo");
$("#ph").html('<img src="Raspirobot/ph.jpg">'); }

Конфигурация

Для настройки WebIOPi нужно открыть файл по пути /etc/webiopi/. В файле будет несколько блоков, нас интересует два из них:

1. Содержащий описание макросов:

[SCRIPTS]
# Load custom scripts syntax :
# name = sourcefile
# each sourcefile may have setup, loop and destroy functions and macros
cambot =/usr/share/webiopi/htdocs/app/Raspirobot/cambot.py =/usr/share/webiopi/htdocs/app/Raspirobot/cambot.py

В него необходимо внести строку типа «name = sourcefile» с прописанными макросами в скрипте python.

2. Содержащий настройки сервера:

[HTTP]
# HTTP Server configuration
enabled = true
port = 8000

# File containing sha256(base64("user:password"))
# Use webiopi-passwd command to generate it
passwd-file = /etc/webiopi/passwd

# Use doc-root to change default HTML and resource files location
#doc-root = /home/pi/webiopi/examples/scripts/macros

# Use welcome-file to change the default "Welcome" file
#welcome-file = index.html

В нем можно изменить конфигурацию сервера.

Необходимые скрипты

Чтобы написать упомянутый скрипт с макросами, вводим необходимые при включении и отключении сервера функции setup и destroy. В них будет определяться состояние портов GPIO и режим работы.
Чтобы эти опции стали доступны в веб-интерфейсе, перед ними ставим указатель @webiopi.macro. В частности, для функции, приводящей робота в движение, описание будет выглядеть так:

@webiopi.macro
def go_forward():
left_forward()
right_forward()

А для управления камерой будет использоваться команда call, активирующая скрипт:

def camera_start():
return_code = call("/usr/share/webiopi/htdocs/app/Raspirobot/stream.sh", shell=True)

В итоге у вас получится интерфейс следующего вида:

Отладка

В случае, если не открывается страница приложения, наверняка в коде спряталась ошибка. Облегчить ее поиск можно с помощью написанного скрипта и посмотреть, какие получились ошибки/предупреждения. Также рекомендуем проверить файл в каталоге /var/log/webiopi.
В случае, когда страница отображается корректно, но нет отклика на кнопки управления, очевидно проблема в javascript.
Источник

11.01.2020 в 14:30, Просмотров: 1558
Опубликовал: ak167

фото, робототехника

ID: 61