毕业论文--基于树莓派的Python小车研究与实现 (2)Word格式.doc

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树莓派（RaspberryPi）正是在这样的时代背景下应运而生的。

其搭载了ARM架构处理器，运算性能和智能手机相仿。

它最大的特点就是成本低廉，功耗小，接口较丰富，因此，其十分合适作为一些小型设备终端的芯片控制模块。

综述了树莓派的各项特点并加以利用，对树莓派GPIO接口进行硬件连接各个模块，利用Python语言进行程序设计，搭建完成了一个基于树莓派的可远程控制的Python小车项目。

并且，对小车完成后的其他扩展方向进行了讨论，对可能添加的功能进行列举。

[主题词]树莓派；

GPIO；

远程控制

BasedontheresearchandimplementationofRaspberriesPiPythoncar

[Abstract]Today,thesemiconductorindustryisincreasinglymature,wecangetpowerfulandinexpensivecomputingresourcesthroughanumberofwaysandmeans,weareexperiencingahugerevolutionininformationtechnology:

PCeraisbyanotherportableterminaldevicesmartphone,tablet,etc.regimechange.RaspberryPi（RaspberryPi）Itisinthisbackgroundcameintobeing.ItsequippedwithARMarchitectureprocessor,smartphonesandsimilarcomputingperformance.Itsbiggestfeatureisthelowcost,lowpowerconsumption,richinterfaces,soitisverysuitableasasmallnumberofchipcontrolmoduledeviceterminal.SummaryofthevariousfeaturesofraspberrypieandtakeadvantageoftheRaspberryPiGPIOinterfacehardwaretoconnectthevariousmodulesusingPythonprogramminglanguage,basedonacompletesetupRaspberryPicanberemote-controlledcarPythonproject.And,ontheotherpropagationdirectionafterthecompletionofthecarwerediscussed,maybeaddedtothelistoffunctions.

[KeyWords]RaspberryPi;

GPIO;

Theremotecontrol

目录

1.引言 1

1.1研究背景与意义 1

1.2研究内容 2

1.3论文整体结构 2

2．核心硬件模块与软件模块简介 3

2.1树莓派 3

2.2L298N电机驱动模块 3

2.3车架 4

2.4Python 5

2.5SSH协议 6

2.6GPIO 6

3.项目需求分析 8

3.1功能需求 8

3.1.1控制移动 8

3.1.2远程控制 8

3.2性能需求 9

3.2.1响应时间需求 9

3.2.2安全性需求 9

3.2.3可用性需求 9

3.2.4扩展性需求 9

3.3前期准备 9

4．各模块电路 11

4.1电机电路 11

4.2L298N模块电路 11

4.3树莓派电路 12

4.4整体连接电路 13

5．编码模块 14

5.1移动控制模块 14

5.2远程控制 16

5.2.1远程控制技术 16

5.2.2树莓派的远程控制技术 17

5.3超声波测距模块* 18

6．项目实现及扩展 20

6.1小车实现 20

6.1.1电机连接 20

6.1.2L298N模块连接 20

6.1.3树莓派连接 22

6.1.4完整连接 23

6.2项目相关扩展 24

6.2.1小车相关扩展 24

6.2.2树莓派相关扩展 25

7．总结 26

参考文献 27

声明 28

致谢 29

附录 30

译文 30

67

1.引言

1.1研究背景与意义

随着当今科技不断地进步，各种有益于人们生活方方面面的技术不断涌现，不断丰富我们的日常生活，不断为我们日常生活添加各种便利。

而各样小型的终端设备以更加轻便、便携的优势逐渐取代个人PC在人们心中的重要地位，“卡片电脑”的概念热度上升。

树莓派（RaspberryPi）主板可以说是个“微型”的奇迹，它和一张信用卡的大小差不多，却拥有非常强的计算能力。

它拥有多种接口模式，支持许多拓展功能。

并且，按照官方规定，树莓派把Python作为其最主要的程序设计语言之一。

而由于Python本身跨平台性，易于编写阅读的特点，使其更容易受大家接受。

总结得出结论，树莓派作为一块简单的开发板备受大家欢迎主要具备以下两大优势[1]：

1、软硬件优势：

树莓派之所以在全球范围内备受大家热捧,原因不仅在于支持Python、Java、C等丰富的语言进行开发,并且它所提供的Raspbian操作系统是移植超过1900个Linux软件包的十分强大的操作系统。

创始人Eben博士目前任树莓派的主芯片设计公司Boradcom的IC设计主管,可以很好的控制CPU及开发板的性价比和质量（Boradcom是全球领先的通信领域的半导体公司）。

因此,树莓派同时拥有CPU、操作系统、应用开发环境三个方面的背景优势。

此外,由于内置GPU支持1080P视频硬解码,OpenELEC和RASPBMC操作系统作为界面友好的系统被官方推荐给大众，因此，树莓派可以借助这些优势搭建成家庭媒体中心,成为网络电视机顶盒。

2、资源优势：

全球有数以百万计的开发者在为树莓派进行开发,有丰富的软硬件开发资源可供参考与借鉴。

软件巨头Oracle推出了基于树莓派和JavaFx的DukePad方案,并开设了互联网免费课程“DevelopJavaEmbeddedApplicationsUsingaRaspberryPi”（使用树莓派开发Java嵌入式应用）。

RaspiRobotBoard是一个典型的树莓派扩展板,可将树莓派扩展为机器人控制器,它有专门的Python库支持,支持对机器人的控制。

利用它的Python库实现一个简易的“漫步者机器人”只需三十几行代码。

考虑到这种种因素，本文研究与实现的应用方式是为大家提供一种树莓派进行编程扩展应用的思路，可以通过为其添加各种模块（在树莓派允许的功率范围内）以便实现更多的功能。

通过对树莓派的了解学习，启发自己的程序设计思路，锻炼动手能力。

1.2研究内容

本项目为基于树莓派的Python小车，小车以树莓派2代B型作为核心控制主体，通过为其连接各模块，编程实现通过远程个人PC控制小车移动。

本项目需要进行大量的硬件连接工作，需要使用杜邦线或导线对各个模块进行连接，而在连接处需要使用一些手段加以固定否则在小车移动过程中会发生脱落。

本项目大概需要进行的步骤如下：

1、需要利用树莓派本身自带的GPIO接口连接各部分组件，通过杜邦线完成连接，

2、利用L298N模块驱动电机转动。

3、驱动控制部分利用Python代码编写操控程序，

4、利用SSH协议，在Windows下利用PuTTY进行远程Shell控制。

1.3论文整体结构

论文的第一章描述了论文所研究项目的背景与意义，并对论文研究项目所开发的功能给出了简要描述。

第二章给出了项目研究时用到的核心硬件模块与核心软件设计模块的简要介绍。

第三章对项目开发所必须满足的条件进行了分析，描述了整个项目所需要进行的所有前期准备工作。

第四章从物理层次的角度阐述了各硬件模块间的相互连接关系及其相互作用。

第五章描述了整个项目代码部分的设计编写情况，描述了各部分是如何与硬件模块相关联。

第六章给出了项目的实现与项目成型后的成果展示。

第七章对论文所研究的项目进行了总结分析，并讨论了项目在未来的可扩展性。

2．核心硬件模块与软件模块简介

2.1树莓派

RaspberryPi，中文译名为树莓派，它是一块信用卡大小的卡片式“计算机”，它预装了Linux操作系统，搭载了ARM架构处理器，拥有丰富的接口，理论上具备了计算机的很多功能，玩法多样，在国际上深得业余爱好者及热心DIY的科技迷得喜爱。

树莓派以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100以太网接口，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口。

树莓派迄今发布过很多版本，主要分为两种型号A型和B型，区别主要在于B型具备有线网接口，而在今年2月份，发布3代B型。

本项目考虑到通用性以及一些其他因素，采用2代B型作为项目搭载主体[2]。

树莓派2代B型如图1：

图1树莓派2代B型示意图

2.2L298N电机驱动模块

L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。

是一种电机专用驱动装置。

L298N电机驱动模块具有以下性能特点[3]：

1、可实现电机正反转及调速

2、启动性能好，启动转矩大

3、工作电压可达到36V，4A

4、可同时驱动两台直流电机

5、适合应用于机器人设计及智能小车设计

L298N模块如图2：

图2L298N示意图

2.3车架

小车的车架作为整个小车各部件的模块搭载，考虑经济因素，采用某宝购买的亚力克板。

小车车架连接如图3：

图3小车车架图

2.4Python

Python是一种面向对象、解释型计算机程序设计语言，已经成为最受欢迎的程序设计语言之一。

2011年1月，它被TIOBE编程语言排行榜评为2010年度语言。

Python是完全面向对象的语言。

函数、模块、数字、字符串都是对象。

并且完全支持继承、重载、派生、多继承，有益于增强源代码的复用性。

由于Python语言的简洁、易读以及可扩展性，在国外用Python做科学计算的研究机构日益增多。

Python可以在基本功能上很好的取代C/C++，易于使用与学习。

在本项