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樹莓派的控制方法，第二篇樹莓派基本外設基礎篇

C++12-25

樹莓派的控制方法，第二篇樹莓派基本外設基礎篇

上篇補充：僅通過ssh登錄樹莓派

本篇主題：淺學樹莓派基本外設（自動開蓋垃圾桶）

?一、HC-SR04超聲波測距原理和代碼實現

超聲波測距demo：?

二、SG90舵機原理

什么是PWM：（來源于百度）

PWM驅動舵機的demo：

上篇補充：僅通過ssh登錄樹莓派

①一條這樣的線，一端連樹莓派網口，一端連電腦?

②電腦連接wifi（手機熱點也可），右鍵網絡圖標，打開“網絡和Internet”設置，點擊高級網絡設置里的“更改適配器選項”，，選擇正在使用的那個適配器（這里是WLAN）

③樹莓派開機，等待網口燈亮后。打開Advanced IP Scanner（可以掃描本機網段下所有設備IP的工具）?，或win+R，輸入cmd，打開命令提示符，輸入arp -a命令。找到MAC（物理地址）為B8:27:EB開頭的設備

樹莓派的控制方法，④復制獲得的IP，打開Xshell或putty等工具，登錄到樹莓派?

進入本篇主題：淺學樹莓派基本外設（自動開蓋垃圾桶）

模塊：HC-SR04超聲波模塊? ?SG90舵機

樹莓派的接口：

I/O：Input Ouput 對于主控芯片來說
? ? ? ? Input:人體紅外傳感器，煙霧傳感器，火焰傳感器，震動傳感器
????????Output：繼電器，蜂鳴器
PWM：電機調速，調整燈光明亮度
串口uart、SPI、IIS、其他特定硬件接口：flash
其他芯片：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????? ? ?Nanopi、S3c2410、2440、6410、Tiny210 、tiny4412（Linux）
海思方案，瑞芯微方案，移遠方案
C51，STM32,Arduino,WemosD1（沒有OS（Linux）純裸機開發）

?一、HC-SR04超聲波測距原理和代碼實現

原理：（常見于中學物理題，霍霍了多少孩紙）

GPIO4向 Trig?引腳發送一個 10us 的脈沖信號，開始發送超聲波，并把 Echo置為高電平，發射超聲波之后，與接收到傳回的超聲波之前，Echo這個響應引腳會一直呈現高電平，然后準備接收返回的超聲波。等到超聲波撞到障礙物彈回來并被模塊接收，Echo引腳置為低電平。
（有用的話：Echo持續高電平的時間就是超聲波往返路程的花費的時間，通過記錄時間，再利用路程=速度X時間?可算出路程（注意是往返路程），已知：超聲波速度340m/s）

PS：實際編寫代碼時，需注意時間是微秒級別，轉換單位時避免精度丟失?。

超聲波測距demo：?

#include<wiringPi.h>
#include<softPwm.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/time.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<error.h>
#define TRIG 4
#define ECHO 5
#define BEE  6
void init_hardware(){int retn;retn=wiringPiSetup();if(retn < 0){perror("init hardware");exit(-1);}
}
void init_pins(){pinMode(ECHO,INPUT);pinMode(TRIG,OUTPUT);
}
float measure_distance(){long  start_usec,stop_usec;struct timeval rawtime1,rawtime2;float distance;digitalWrite(TRIG,LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(TRIG,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(TRIG,LOW);//start send ultrasonic
//	printf("%d\n",digitalRead(ECHO));while(!(digitalRead(ECHO) == 1));gettimeofday(&rawtime1, NULL);while(!(digitalRead(ECHO) == 0));//lowgettimeofday(&rawtime2,NULL);start_usec = rawtime1.tv_sec * 1000000 + rawtime1.tv_usec;stop_usec = rawtime2.tv_sec * 1000000 + rawtime2.tv_usec;distance = (float)(stop_usec - start_usec)/1000000 * 34000 / 2;return distance;
}
int main(){float distance;init_hardware();init_pins();while(1){distance = measure_distance();printf("%0.2f cm\n",distance);delay(1000);}return 0;
}

二、SG90舵機原理

原理：不同于HC-SR04超聲波模塊，SG90舵機的控制信號是PWM信號，利用其占空比的變化，改變舵機轉動的角度。如下圖（來源于百度）

通過控制線發送一個PWM信號可以控制舵機轉動到一個角度，這個PWM信號必須周期性發送，否則舵機就會轉到一個任意的角度。通常，控制舵電機的PWM信號周期為20ms（50HZ），寬度在0.5ms-2.5ms之間(對應最小角度和最大角度)。
以0-180度的舵機為例，，我已經知道了舵機的pwm周期為20ms，然后是這樣的
0.5ms--------------0度；
1.0ms------------45度；
1.5ms------------90度；
2.0ms-----------135度；
2.5ms-----------180度；
這里舵機的實現與wemos?D1有所不同，通過查詢眾多文章（大部分用Python實現）

C寫的主要了解到的方式有三種：①硬件PWM；②軟件PWM；③高低電平模擬。

什么是PWM：（來源于百度）

????????樹莓派或者是其他單片機一個引腳只能輸出兩個特定的電平——高電平和低電平。在樹莓派上大多的GPIO都是高電平3.3V，低電平0V。但如果想要輸出3.3~0V之間的電壓怎么辦呢？比如輸出一個2V？樹莓派（以及stm32，C51之類的）是沒有辦法直接設置引腳的電平來達到輸出2V的電平值。那么就要使用PWM來輸出介于低電平和高電平之間的電壓。

????????那么PWM是怎么做到的呢？很簡單：我們不能直接輸出2V，那我們換一種方式——通過給引腳一個周期脈沖，然后看這個脈沖的高電平部分占整個脈沖的比例，從而計算這個輸出的電平。舉個栗子?：比如我給出一個周期為20s的周期脈沖，然后讓其中的高電平為12s，這樣的話輸出的電平就是(12/20)*3.3V≈2V，那么2V就輸出了?。

　　也就是說，PWM是根據周期脈沖中高電平所占的比例來確定GPIO輸出的電壓的。這里，高電平所占周期脈沖的周期的比例稱為占空比。

在wiringPi中提供的關于硬件PWM的通用GPIO函數有：

函數①：? void pinMode (int pin, int mode)

參數解釋：pin：配置的引腳????????mode:指定引腳的IO模式（PWM_OUTPUT為PWM輸出模式）

注意：只有wiringPi 引腳編號下的1腳（BCM下的18腳）支持PWM輸出

函數②：?void pwmWrite (int pin, int value)

?參數解釋：pin：引腳???????????????value：寫入到PWM寄存器的值，范圍在0~1024之間。

?注意：pin只能是wiringPi 引腳編號下的1腳（BCM下的18腳）

（可以利用PWM做LED的呼吸燈實驗）

在wiringPi中提供的關于軟件PWM的通用GPIO函數有：?

PWM驅動舵機的demo：

#include<stdio.h>
#include<wiringPi.h>
#include<softPwm.h>
#define SERVO 7
void init_(){wiringPiSetup();pinMode(SERVO,PWM_OUTPUT);
}int main(){init_();while(1){softPwmCreate(SERVO,20,200);softPwmWrite(SERVO,10);delay(1000);softPwmWrite(SERVO,25);delay(1000);}return 0;
}

在做開蓋垃圾桶過程中的問題：

①供電不足可以會導致程序運行時死機，或者模塊工作不正常，建議使用穩定電源供電（充電寶、符合規格的充電適配器等），樹莓派供電正常時，紅燈常亮。

②查找資料時，有說法樹莓派PWM不穩定，會導致舵機抖動的問題（其中有建議使用pigpio庫可解決，附網址：pigpio libraryhttp://abyz.me.uk/rpi/pigpio/cif.html#gpioInitialise