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【RTOS】+ 基于云的远程小车控制

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4039|3
wlxn
 楼主 | 2020-6-15 11:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
RTOS, 控制, 小车控制, os
本帖最后由 wlxn 于 2020-6-16 11:18 编辑

发重了，不知道咋改，请看下面一贴

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wlxn
 楼主 | 2020-6-15 11:33 | 显示全部楼层
本帖最后由 wlxn 于 2020-7-2 22:46 编辑

龙芯板子+rt-thread实现web远程控制四轮小车
硬件方案硬件清单
  • 板子：龙芯机器人控制器（ls1c) / 龙芯派（ls2k1000）
  • 四轮小车套件：包括车体、四驱电机、电机驱动板（）、电池组、充电宝
  • 正点电子 ESP8266  WIFI模块 一个

IMG_20200614_165446-1.jpg
IMG_20200614_165426-1.jpg
154375ee8360b53cfb.png

小车套件（含电池组、电机控制器）


IMG_20200616_070902-1.jpg
龙芯机器人控制器（ls1c)
IMG_20200616_070743-1.jpg
串口wifi模块（es8266)


部署架构
327145ee83d3052dcd.png


软件方案
整个软件方案的架构分为3部分：
  • WEB服务端（运行在云端），主要提供手机上可访问的控制界面，并将手机端发出的控制动作转换成mqtt的消息发布出去，这个程序需要开发，本次采用python WEB框架flask开发，前端采用html5 技术开发。
  • mqtt服务器、（运行在云端），负责接收WEB服务端发送的消息，转发给板子上的控制程序，这个程序不用开发，直接安装开源的
  • 控制器程序 ，运行在板子上，负责监听mqtt服务发来的消息，根据不同的消息来控制电机的转动，实现前进、后退、左转、右转等控制动作，这个程序需要开发，将采用c语言开发，操作系统采用rt-thread4.0.3

此处将有示意图
实现步骤一、搭建云端环境
本次云服务器，我用的是我自已在腾讯云申请的云主机，云主机运行的操作系统如下：
  1. [root@VM_0_4_centos ~]# uname -a
  2. Linux VM_0_4_centos 3.10.0-862.el7.x86_64 #1 SMP Fri Apr 20 16:44:24 UTC 2018 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
复制代码
在上面安装了docker环境，并用docker 下载并运行了eclipse-mosquitto容器。服务端口为1883。命令如下
  1. $[root@VM_0_4_centos ~]# docker pull eclipse-mosquitto
  2. $[root@VM_0_4_centos ~]# docker run -d  -p 1883:1883  eclipse-mosquittop
  3. --查看是否正常启动
  4. $[root@VM_0_4_centos ~]# docker ps
  5. CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS                               NAMES
  6. b78bb919034d        eclipse-mosquitto   "/docker-entrypoin..."   3 seconds ago       Up 3 seconds        0.0.0.0:1883->1883/tcp              keen_goldstine
  7. --可以看到mqtt服务器已经正常运行了
复制代码
下载python镜象并启动容器，但需要安装flask框架及mqtt客户端插件，命令如下：
  1. [root@VM_0_4_centos ~]# docker pull python
  2. Using default tag: latest
  3. Trying to pull repository docker.io/library/python ...
  4. ... ...

  6. --因默认该环境没有flask及mqtt插件，所以需要进行一步安装，且为了保证下次重启可用，需要将镜象保存更新
  7. [root@VM_0_4_centos ~]# docker run -i -t python /bin/bash
  8. ... ...
  9. --进入容器后,安装flask
  10. root@b45cbfa11dfb:/# pip install flask
  11. ... ...
  12. -- 然后再安装flask-mqtt
  13. root@b45cbfa11dfb:/# pip install flask-mqtt

  15. -- 最后将当前容器保存为新的镜象,这样以后用这个镜象启动容器，即实现一个可用的开发环境。
  16. [root@VM_0_4_centos python]# docker ps -a
  17. CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS                       PORTS                               NAMES
  18. b45cbfa11dfb        python              "/bin/bash"              8 minutes ago       Exited (127) 7 seconds ago                                       jovial_mirzakhani
  19. ... ...
  20. [root@VM_0_4_centos python]# docker commit b45cbfa11dfb  flask_mqtt:v1
  21. sha256:00993b203a7db9becc53ff7a642664ee3bfed3ac36432878357ce245ada7dd0b
复制代码
二、开发云端程序开发web界面
为达到较好的移动端显示效果，并且由于我们这个项目非常的简单，也不必要用重量级的框架，只要容易实现方便的自适应终端屏幕就可以 了，因此我采用bootstrap+jquery 框架实现，源码mygui.html 如下：
  1. <!DOCTYPE html>
  2. <html>
  3.         <head>
  4.                 <meta charset="utf-8">
  5.                 <title>远程小车控制</title>
  6.                 <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  7.                 <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
  8.                 <link rel="stylesheet" >  
  9.                 <script src="https://cdn.staticfile.org/jquery/2.1.1/jquery.min.js"></script>
  10.                 <script src="https://cdn.staticfile.org/twitter-bootstrap/3.3.7/js/bootstrap.min.js"></script>
  11.         
  12.           <style >
  13.                   body {
  14.                           background-color: darkkhaki;
  15.                   }
  16.                   table {
  17.                           text-align: center;
  18.                           width:100%;
  19.                           height:100%;
  20.                           
  21.                   }
  22.                   
  23.                   td {
  24.                           text-align: center;
  25.                           margin: 5px 5px 5px 5px;
  26.                           padding:5px 5px 5px 5px;
  27.                   }
  28.           </style>
  29.         </head>
  30.         <body >
  31.                
  32.                 <div align="center">
  33.                         <h2 align="center">远程小车控制</h2>
  34.                         <hr>
  35.                
  36.                         <table  >
  37.                                 <tr><td></td><td ><button id="forward" type="button" class="btn btn-primary">前进</button></td><td></td></tr>
  38.                                 <tr><td><button id="left" type="button" class="btn btn-primary">左转</button></td><td><button id="stop" type="button" class="btn btn-primary">停车</button></td><td><button type="button" id="right" class="btn btn-primary">右转</button></td></tr>
  39.                                 <tr><td></td><td><button id="back" type="button" class="btn btn-primary">后退</button></td><td></td></tr>
  40.                         </table>
  41.                
  42.                 </div>
  43.                 <br><hr>
  44.            <div align="center">作者：11680838@qq.com</div>
  45.            
  46.            <script>
  47.                   
  48.                    function mysubmit(ops){
  49.                            $.get("http://www.iloveai.club:5000/drive?ops="+ops,function(data,status){
  50.                               if(console){
  51.                                     console.log("数据: " + data + "\n状态: " + status);
  52.                               }else{
  53.                                           alert("数据: " + data + "\n状态: " + status);
  54.                                           
  55.                                   }
  56.                                 });
  57.                    }
  58.                    $(document).ready(function(){
  59.                      $("#forward").click(function(){
  60.                       //alert("前进");
  61.                           mysubmit("forward") ;
  62.                      });
  63.                          $("#back").click(function(){
  64.                           //alert("后退");
  65.                           mysubmit("back") ;
  66.                          });
  67.                          $("#left").click(function(){
  68.                            // alert("左转");
  69.                            mysubmit("left") ;
  70.                          });
  71.                          $("#right").click(function(){
  72.                            // alert("右转");
  73.                            mysubmit("right") ;
  74.                          });
  75.                          $("#stop").click(function(){
  76.                             //alert("停车");
  77.                                 mysubmit("stop") ;
  78.                          });
  79.                    });
  80.            </script>
  81.         </body>
  82. </html>
复制代码
Screenshot_20200615_105523_com.tencent.mtt.jpg
手机端界面效果图
开发flask服务程序
myserver.py
  1. #!/bin/python3
  2. # fileName: myserver.py


  5. from flask import Flask,request
  6. import paho.mqtt.client as mqtt
  7. import time

  9. app = Flask(__name__)


  12. @app.route("/")

  14. def hello_world():
  15.         return 'hello world'

  17. @app.route("/drive")
  18. def drive():
  19.         ops = request.args['ops']
  20.         #print(ops)
  21.         sendMsg(ops)
  22.         return 'success'

  24. def sendMsg(ops):
  25.         print(ops)
  26.         HOST = 'www.iloveai.club'
  27.         PORT = 1883
  28.         client = mqtt.Client()
  29.         client.connect(HOST, PORT, 60)
  30.         client.loop_start()
  31.         client.publish("driver",ops,2)
  32.         client.loop_stop()
  33.         client.disconnect()
  34.         #client.loop_forever()



  38. if __name__ == '__main__':

  40.         app.run(host='0.0.0.0')
复制代码
云端子系统验证
用一个mqtt测试工具mqttfx，订阅我们发布的主题消息，然后用手机打开我们开发的web网页，分别点击前进、后退、左转、右转等按钮，然后查看mqtt测试工具是否接收到正确的信息。
IMG_20200613_224105-1.jpg

三、搭建rt-thread开发环境



下载、安装env编译环境下载、安装交叉编译环境下载rt-thread 源码
方法请参考rt-thread官网。
（略）



四、配置内核

1、配置添加AT组件支持
     首先在 env 中运行 menuconfig，在界面中找到 AT 组件，并勾选，如图所示。

   779955ee83f29a207f.png

       RT-Thread 配置 AT 主界面 进入 AT 配置界面后，具体配置项如图  所示。

    42085ee83f47d1acb.png
   RT-Thread 配置 AT 组件界面 添加 SAL组件，启用 SAL（Socket抽象层），路径如图 所示。
      82155ee83f61bcb40.png

启用 SAL（Socket 抽象层）配置图 将 SAL（Socket抽象层）配置为支持 AT指令，如图所示。
123925ee83f91b6ff8.png

2、配置添加ESP8266模夫支持
ESP8266模块是一个标准的 AT 设备，能够使用 RT-Thread 组件进行操作。 首先添加 IOT中的 AT DEVICE包支持，如图 所示。

572655ee8401419d64.png
然后配置 ESP8266，添加该模块，如图 所示

409435ee840435dd8b.png
然后选择ES8266这个设备，对使用的
989395ee8406209f15.png
394295ee8407f28d65.png



2、配置添加mqtt客户端支持
398845ee8896103b20.png



五、开发控制器程序
  1. /*
  2. 代码 mycontrol.c
  3. 负责从云端mqtt服务器订阅控制消息，根据不同消息来驱动gpio接口来驱动
  4. 小车电机不同的转动，实现前进、后退、左转和右转

  6. */

  8. #include <rtthread.h>
  9. #include <stdlib.h>
  10. #include <string.h>
  11. #include <stdint.h>
  12. #include <drivers/pin.h>
  13. #include "../drivers/drv_gpio.h"
  14. #include "paho_mqtt.h"

  16. #define DBG_ENABLE
  17. #define DBG_SECTION_NAME    "mqtt.sample"
  18. #define DBG_LEVEL           DBG_LOG
  19. #define DBG_COLOR
  20. #include <rtdbg.h>

  22. /* 定义gpio接口编号，对应电机驱动器的4个逻辑接线口*/
  23. #define IN4 (rt_uint8_t)49  //控制电机B
  24. #define IN3 (rt_uint8_t)51
  25. #define IN2 (rt_uint8_t)54 //控制电机A
  26. #define IN1 (rt_uint8_t)56

  28. /*定义mqtt服务器地址，端口等信息*/
  29. #define MQTT_URI                "tcp://www.iloveai.club:1883"
  30. #define MQTT_USERNAME           "admin"
  31. #define MQTT_PASSWORD           "admin"
  32. #define MQTT_SUBTOPIC           "driver"
  33. #define MQTT_PUBTOPIC           "/mqtt/test"
  34. #define MQTT_WILLMSG            "Goodbye!"

  36. /* define MQTT client context */
  37. static MQTTClient client;
  38. static int is_started = 0;



  42. /* 根据str的值来驱动电机进行不同的转动组合，实现前进、后退、左转、右转*/
  43. void drive(char *str)
  44. {
  45.     // pin 初始化

  47.     hw_pin_init();
  48.    
  49.     // 把相应 gpio 设为输出模式
  50.     rt_pin_mode(IN4, PIN_MODE_OUTPUT);
  51.     rt_pin_mode(IN3, PIN_MODE_OUTPUT);
  52.     rt_pin_mode(IN2, PIN_MODE_OUTPUT);
  53.     rt_pin_mode(IN1, PIN_MODE_OUTPUT);  

  55.     if(strcmp(str,"forward") == 0){  //AB电机都正转

  57.         rt_pin_write(IN1,PIN_HIGH);
  58.         rt_pin_write(IN2,PIN_LOW);
  59.         rt_pin_write(IN3,PIN_HIGH);
  60.         rt_pin_write(IN4,PIN_LOW);

  62.     }else if(strcmp(str,"back") == 0){ //AB电机都倒转

  64.         rt_pin_write(IN1,PIN_LOW);
  65.         rt_pin_write(IN2,PIN_HIGH);
  66.         rt_pin_write(IN3,PIN_LOW);
  67.         rt_pin_write(IN4,PIN_HIGH);

  69.     }else if(strcmp(str,"left") == 0){ //A电机倒转，B电机正转
  70.        rt_pin_write(IN3,PIN_HIGH);
  71.         rt_pin_write(IN4,PIN_LOW);
  72.         rt_pin_write(IN1,PIN_LOW);
  73.         rt_pin_write(IN2,PIN_HIGH);

  75.     }else if(strcmp(str,"right") == 0){ //A电机正转，B电机倒转
  76.         rt_pin_write(IN1,PIN_HIGH);
  77.         rt_pin_write(IN2,PIN_LOW);
  78.         rt_pin_write(IN3,PIN_LOW);
  79.         rt_pin_write(IN4,PIN_HIGH);


  82.     }else if(strcmp(str,"stop") == 0){  //AB都不转

  84.         rt_pin_write(IN1,PIN_HIGH);
  85.         rt_pin_write(IN2,PIN_HIGH);
  86.         rt_pin_write(IN3,PIN_LOW);
  87.         rt_pin_write(IN4,PIN_LOW);

  89.     }



  93. }


  96. static void mqtt_sub_callback(MQTTClient *c, MessageData *msg_data)
  97. {
  98.     *((char *)msg_data->message->payload + msg_data->message->payloadlen) = '\0';
  99.     LOG_D("mqtt sub callback: %.*s %.*s",
  100.                msg_data->topicName->lenstring.len,
  101.                msg_data->topicName->lenstring.data,
  102.                msg_data->message->payloadlen,
  103.                (char *)msg_data->message->payload);
  104.    
  105.     drive((char *)msg_data->message->payload);
  106.    
  107. }

  109. //启动mqtt客户端
  110. static int mqtt_start(void)
  111. {
  112.     /* init condata param by using MQTTPacket_connectData_initializer */
  113.     MQTTPacket_connectData condata = MQTTPacket_connectData_initializer;
  114.     static char cid[20] = { 0 };

  116.    

  118.     if (is_started)
  119.     {
  120.         LOG_D("mqtt client is already connected.");
  121.         return -1;
  122.     }
  123.     /* config MQTT context param */
  124.     {
  125.         client.isconnected = 0;
  126.         client.uri = MQTT_URI;

  128.         /* generate the random client ID */
  129.         rt_snprintf(cid, sizeof(cid), "rtthread%d", rt_tick_get());
  130.         /* config connect param */
  131.         memcpy(&client.condata, &condata, sizeof(condata));
  132.         client.condata.clientID.cstring = cid;
  133.         client.condata.keepAliveInterval = 30;
  134.         client.condata.cleansession = 1;
  135.         client.condata.username.cstring = MQTT_USERNAME;
  136.         client.condata.password.cstring = MQTT_PASSWORD;

  138.         /* config MQTT will param. */
  139.         client.condata.willFlag = 1;
  140.         client.condata.will.qos = 1;
  141.         client.condata.will.retained = 0;
  142.         client.condata.will.topicName.cstring = MQTT_PUBTOPIC;
  143.         client.condata.will.message.cstring = MQTT_WILLMSG;

  145.         /* malloc buffer. */
  146.         client.buf_size = client.readbuf_size = 1024;
  147.         client.buf = rt_calloc(1, client.buf_size);
  148.         client.readbuf = rt_calloc(1, client.readbuf_size);
  149.         if (!(client.buf && client.readbuf))
  150.         {
  151.             LOG_D("no memory for MQTT client buffer!");
  152.             return -1;
  153.         }

  155.       
  156.         /* set subscribe table and event callback */
  157.         client.messageHandlers[0].topicFilter = rt_strdup(MQTT_SUBTOPIC);
  158.         client.messageHandlers[0].callback = mqtt_sub_callback;
  159.         client.messageHandlers[0].qos = QOS1;

  161.       
  162.     }

  164.     /* run mqtt client */
  165.     paho_mqtt_start(&client);
  166.     is_started = 1;

  168.     return 0;
  169. }




  174. void mycontrol(void)
  175. {
  176.    
  177.     mqtt_start();
  178. }

  180. /* 导出到 msh 命令列表中 */
  181. MSH_CMD_EXPORT(mycontrol, mycontrol);
复制代码



六、联调测试
略

成果展示

照片:
微信图片_20200618093627.jpg
所有部件的“全家福”
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组装起来的样子，绿板是龙芯板，前面是WIFI模块。上面一大块大家伙是充电宝。
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这是前视图，可以看到电机驱动模块在中间夹层，还有电池组（看不到）

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将写做好的内核下载、运行，并启动mycontrol程序


视频
最后的效果演示视频请看下面链接：
https://www.bilibili.com/video/BV1rZ4y1H7iR
总结
1、本次开发最大的难度在于龙芯板子的驱动不全，在研究内核 与驱动开发时，最大的不足就是对硬件组成原理的不熟悉。这一方面需要进一步深入学习
2、这一次幸亏我有龙芯1c的板子，其rt-thread移值的较好，为了保证完成方案，在龙芯2k驱动开发遇到极大困难时，我及时用1c板子先行把整个方案的其它部分完成并测试成功。
3、特别感谢群里bigmagic flygoat等几个网友的帮助，没有他们的指点，我是完不成这个作业的。最后感谢主办方，龙芯公司给提供的这次学习机会

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微信图片_20200618093614.jpg

源码.zip

3.41 KB, 下载次数: 9

龙芯板子+rt-thread实现web远程控制四轮小车.zip

1.01 MB, 下载次数: 7

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ly87802541
| 2020-6-17 23:13 | 显示全部楼层
nice job！

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zeshoufx
| 2020-6-30 08:31 | 显示全部楼层
wlxn 发表于 2020-6-15 11:33
龙芯板子+rt-thread实现web远程控制四轮小车硬件方案硬件清单
  • 板子：龙芯机器人控制器（ls1c) / 龙芯派 ...

    • 谢谢分享，，，，，，，，，

    使用特权

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