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<title>自动驾驶小车DIY教程 | 极客风 for-geeks.com</title>
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<h2 itemprop="name">
<a class="article-title" href="/2018-5-27-microcar.html">自动驾驶小车DIY教程</a>
</h2>
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<li><i class="fa fa-user"></i> Anonymous</li>
<li><i class="fa fa-calendar"></i>
<time datetime="2018-05-27T06:54:37.000Z" itemprop="datePublished">2018/05/27</time>
</li>
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<a href="http://mickeyouyou.coding.me/geek-home/2018-5-27-microcar.html#disqus_thread" class="article-comment-link">Comments</a>
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<a class="article-category-link" href="/categories/极客风/">极客风</a>
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<br>
</header>
<div class="article-entry" itemprop="articleBody">
<p>自动驾驶技术是2018年最前沿最热门的话题了， 就连今年各种各样的电视广告里都充满了自动驾驶的车型广告。 像刘雯做的那个凯迪拉克的广告， 号称真正放开双手。 像之前特斯拉提出的概念， 高速自动巡航。 还有奥迪新A8， 这些都已经出现在人们的生活中了， 正在飞速的改变生活。</p>
<p>除了已经上市的汽车， 还有比如百度Apollo，纵目科技等自动驾驶技术公司的合作量产车型也在慢慢的浮出水面， 最晚在2020年， 我国自己的L3自动驾驶车型也会落地量产， 改变国内消费者的生活方式。</p>
<p>目前看来， 大多数公司的自动驾驶技术路线还是 “传感器+高性能处理器+可线控的传统汽车”， 而并非”从头做一个完全的自动驾驶汽车“。 在前者的路线看来， 自动驾驶的技术是和传统汽车的技术剥离开的。 这也很符合新入汽车市场的科技公司的现状， 毕竟传统汽车的确是需要积累的。</p>
<p>所以， 抛开传统汽车， 自动驾驶的技术和机器人的技术看起来并没有太大的差别。 这也是为什么Apollo也用在物流车， 农业车上面， 也是为什么很多自动驾驶公司都使用ROS来做自动驾驶架构的原因。 ”微缩自动驾驶小车“这一系列教程就是以纯机器人的视角， 来从最底层开发一个能够自主完成部分自动驾驶功能的小型机器人。 从中设计了感知-决策-规划-控制-系统集成几个层面， 基本涵盖了机器人技术的主要框架， 是学习机器人的最好项目。</p>
<p>下面这个视频是国外一个大神做的小车， 我们来看看他都能完成哪些功能吧。</p>
<video id="video" controls preload="none">
<source id="mp4" src="http://www.raosiyue.com/wp-content/uploads/2018/08/Autounmous-RC-car.mp4" type="video/mp4">
</video>
<p>是不是很棒， 下面我们也开始制作自己的小车吧。</p>
<h2 id="自动驾驶小车-硬件搭建"><a href="#自动驾驶小车-硬件搭建" class="headerlink" title="自动驾驶小车-硬件搭建"></a>自动驾驶小车-硬件搭建</h2><ol>
<li><p><strong>第一步小车主体</strong><br>小车到手包含底盘与驱动板， 无需组装。<br><img src="/metronic/assets/pages/img/news/1.png" alt> </p>
<p>拆屏幕</p>
</li>
<li><p><strong>第二步摄像头安装</strong><br><img src="/metronic/assets/pages/img/news/2.png" alt><br>使用M2螺丝将摄像头固定在安装架上， 将排线从预留的缝隙穿出。</p>
<p><img src="/metronic/assets/pages/img/news/3.png" alt></p>
<p><img src="/metronic/assets/pages/img/news/4.png" alt><br>将安装架与支杆链接， 完成摄像头安装架的组装。</p>
</li>
<li><p><strong>超声波传感器安装</strong><br><img src="/metronic/assets/pages/img/news/5.png" alt><br>使用M1.5的螺丝螺母将超声波传感器固定在安装架上。<br><img src="/metronic/assets/pages/img/news/6.jpeg" alt><br>然后使用M3螺丝螺母将传感器架固定在小车正前方的安装孔。<br><img src="/metronic/assets/pages/img/news/7.jpeg" alt></p>
</li>
<li><p><strong>树莓派安装</strong></p>
</li>
</ol>
<p><img src="/metronic/assets/pages/img/news/8.png" alt></p>
<p>安装架的四个孔， 使用M2.5的铜柱与螺丝进行固定安装。 移动电源装底下， 树莓派装第二层。</p>
<p><img src="/metronic/assets/pages/img/news/9.png" alt></p>
<p>摄像头排线的安装： 拔起排线座的卡口， 将排线平方进去， 接触头面向拍摄方向， 压紧卡口即可。</p>
<p><img src="/metronic/assets/pages/img/news/10.png" alt></p>
<p><strong>5. 接线</strong></p>
<p>整车唯一需要接线的是超声波传感器。 使用四根公对母的杜邦线， 将超声波传感器与底板的接口连接。</p>
<p><img src="/metronic/assets/pages/img/news/11.jpeg" alt></p>
<p>此端口就在开关旁， 链接方式：</p>
<figure class="highlight bash"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br><span class="line">6</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line"></span><br><span class="line">arduino： Sonar：</span><br><span class="line">GND GND</span><br><span class="line">+5v(vcc) Vcc</span><br><span class="line">D10 Trig</span><br><span class="line">D12 Echo</span><br></pre></td></tr></table></figure>
<p><img src="/metronic/assets/pages/img/news/12.jpeg" alt></p>
<p><strong>6. 总体装配</strong></p>
<p><img src="/metronic/assets/pages/img/news/13.jpeg" alt></p>
<p>树莓派与arduino的链接， 使用特殊的打印机USB线， 可以把线绕短藏入底盘中间。</p>
<p><img src="/metronic/assets/pages/img/news/14.jpeg" alt></p>
<h2 id="自动驾驶小车-软件环境搭建"><a href="#自动驾驶小车-软件环境搭建" class="headerlink" title="自动驾驶小车-软件环境搭建"></a>自动驾驶小车-软件环境搭建</h2><h3 id="Arduino部分开发环境搭建与固件烧录"><a href="#Arduino部分开发环境搭建与固件烧录" class="headerlink" title="Arduino部分开发环境搭建与固件烧录"></a>Arduino部分开发环境搭建与固件烧录</h3><p><strong>理论上不需要对arduino做任何开发， 但如果向细致了解的， 可以访问<a href="https://share.weiyun.com/f125009ccb63c5ed45ebf2c943529e20" target="_blank" rel="noopener">https://share.weiyun.com/f125009ccb63c5ed45ebf2c943529e20</a></strong></p>
<p><strong>里面有小车底盘的详细资料</strong></p>
<p><strong>一、 IDE与驱动的安装</strong></p>
<p>Arduino IDE 1.8.5下载 <a href="https://pan.baidu.com/s/1kUI1Pbh" target="_blank" rel="noopener">http://pan.baidu.com/s/1kUI1Pbh</a> </p>
<p>下载后根据使用的操作系统进行在PC进行安装即可。 建议使用windows进行安装。</p>
<p>安装的时候请记住你的安装目录。</p>
<p>然后安装驱动：</p>
<p>Found this to work on Win7 64bit<br>下载地址<a href="http://www.winchiphead.com/download/CH341/CH341SER.ZIP" target="_blank" rel="noopener">http://www.winchiphead.com/download/CH341/CH341SER.ZIP</a></p>
<p>安装前，先卸载老的驱动！ 安装的时候，不要插340的串口哦。</p>
<p><strong>二、 依赖库的下载与添加</strong></p>
<p><a href="http://www.raosiyue.com/wp-content/uploads/2018/08/Arduino_FreeRTOS_Library-master.zip" target="_blank" rel="noopener">Arduino_FreeRTOS_Library-master</a></p>
<p><a href="http://www.raosiyue.com/wp-content/uploads/2018/08/PinChangeInt-master.zip" target="_blank" rel="noopener">PinChangeInt-master</a></p>
<p>打开Arduino IDE, 点击项目、 加载库、 添加一个zip库， 分别添加这两个zip库。</p>
<p>至此arduino环境搭建完毕。</p>
<p><img src="/metronic/assets/pages/img/news/15.bmp" alt></p>
<p><strong>三、 固件的烧录</strong></p>
<p>使用IDE打开源码： chassie_contro_with_sonarl.ino</p>
<p><a href="http://www.raosiyue.com/wp-content/uploads/2018/08/chassie_control.rar" target="_blank" rel="noopener">chassie_control</a></p>
<p>选择对应主控板的端口</p>
<p><strong><img src="/metronic/assets/pages/img/news/16.jpeg" alt></strong></p>
<p>点击→（上传）图标， 将固件烧写入Arduino主板。</p>
<p>*<em><img src="/metronic/assets/pages/img/news/17.jpeg" alt><br>*</em></p>
<p><strong>四、 烧录固件后的测试方法</strong></p>
<p>安装一个串口助手工具， <a href="http://www.darkwood.me/dl/spu/serial_port_utility_latest.exe" target="_blank" rel="noopener">http://www.darkwood.me/dl/spu/serial_port_utility_latest.exe</a></p>
<p>打开串口助手， 打开对应arduino的串口号， 配置如下， 输入图中发送栏的字符串（行末尾敲一下回车键）， 然后点击发送。</p>
<p>自动重发的周期不要小于50ms， 否则会出现问题。</p>
<p><img src="/metronic/assets/pages/img/news/18.png" alt></p>
<p>接收栏能够显示到车辆的信息， 修改发送的数值可以控制车辆运动。 第一个数字表示前进速度， 第二个表示转舵角度。</p>
<p>数据格式：</p>
<p>控制数据帧格式： RASPI:(xx.x 目标速度)(逗号)（xx.x 转向角）(换行符)</p>
<p>例如： RASPI:35.0,30</p>
<p>反馈数据帧格式： MCU:(电池电压)（逗号）（左轮速度）（逗号）（右轮速度）（逗号）（超声波测距值）(换行符)</p>
<p>例如： MCU：7.9,80.0,80.0,142.4</p>
<p>速度单位为： 脉冲数量/50ms</p>
<p>换算关系为 x脉冲/50ms = 0.01*x m/s</p>
<h3 id="树莓派端开发环境搭建与数据接口例程"><a href="#树莓派端开发环境搭建与数据接口例程" class="headerlink" title="树莓派端开发环境搭建与数据接口例程"></a>树莓派端开发环境搭建与数据接口例程</h3><p><strong>一、 树莓派raspbian操作系统安装</strong></p>
<p>该步骤需要准备： 1. 键盘鼠标 2. HDMI线与支持HDMI的显示器 3. 我们提供的SD卡</p>
<p>该步骤有大量详细的教程， 总结起来就是——将系统镜像烧录到SD卡——将sd卡插入树莓派， 给树莓派通电， 链接HDMI显示器与键盘鼠标——根据提示安装系统</p>
<p>官方网站提供的操作系统镜像与安装教程链接如下： （请安装raspbian with desktop）</p>
<p><a href="https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/" target="_blank" rel="noopener">https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/</a></p>
<p><a href="https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/README.md" target="_blank" rel="noopener">https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/README.md</a></p>
<p>根据链接的指导完SD卡烧录后， 将SD卡插入树莓派的SD卡槽， 链接HDMI显示器， 然后上电。 （有时候先上电的话有些显示器没反应）。 这时就是典型linux系统的安装界面了， 根据提示一步步安装， 配置可以链接的无线网等等。 （此时我要提醒， 如果大家安装raspbian并且在公司安装使用的话， 可能不能连接公司wifi， 这是操作系统的问题， 如果在公司建议使用网线连接到笔记本， 然后共享网络，或者是在家里用wifi）。</p>
<p>操作系统安装完毕后， 默认的用户名是pi， 密码是raspberry。 安全起见， 请大家修改密码， 以免被攻击。</p>
<figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">sudo passwd pi #修改 Pi 密码 </span><br><span class="line">sudo passwd root #设置 root 密码 </span><br><span class="line">su root #切换到 root 用户 </span><br><span class="line">su pi #切换到 pi 用户</span><br></pre></td></tr></table></figure>
<p>注意， raspbian默认是无法像ubuntu或windows一样通过选择wifi来连接Wifi的， 因此需要特殊配置：</p>
<p>编辑相关的配置文件：</p>
<figure class="highlight bash"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">sudo vim /etc/wpa\_supplicant/wpa\_supplicant.conf</span><br></pre></td></tr></table></figure>
<p>增加wifi配置如下：</p>
<p># 配置wifi<br>network={<br>ssid=”***_WiFi”<br>key_mgmt=WPA-EAP<br>eap=PEAP<br>identity=”USERNAME”<br>password=”PASSWORD”<br>}</p>
<p><strong>二、 树莓派ssh的启动</strong></p>
<p>安装完了， 这不就一个电脑么， 这连着显示屏， 鼠标键盘的怎么跑啊。 raspbian和linux一样有ssh远程登陆服务， 默认不开启。 此时先打开ssh功能：</p>
<ol>
<li>Enter <code>sudo raspi-config</code> in a terminal window</li>
<li>Select <code>Interfacing Options</code></li>
<li>Navigate to and select <code>SSH</code></li>
<li>Choose <code>Yes</code></li>
<li>Select <code>Ok</code></li>
<li>Choose <code>Finish</code></li>
</ol>
<p><code>同理， camera默认也不开启， 请顺手开启camera：</code></p>
<ol>
<li>Enter <code>sudo raspi-config</code> in a terminal window</li>
<li>Select <code>Interfacing Options</code></li>
<li>Navigate to and select <code>camera</code></li>
<li>Choose <code>Yes</code></li>
<li>Select <code>Ok</code></li>
<li>Choose <code>Finish</code></li>
</ol>
<p>安装ssh工具（虽然本身自带）与开机自启动ssh服务的设置方法如下：</p>
<p><a href="https://blog.csdn.net/qq813480700/article/details/71597808" target="_blank" rel="noopener">https://blog.csdn.net/qq813480700/article/details/71597808</a></p>
<p>这篇博客讲解了如何开启ssh服务并开机启动， 这样一来， 只要知道ip地址， 就可以远程ssh链接树莓派了。</p>
<p>在终端使用ifconfig查看一下地址， 然后用xshell或者putty链接一下， 就可以远程登陆并使用树莓派了。 如果是在某路由器下， 也可以直接查看路由器来查获树莓派的ip地址。</p>
<p>当然， 除此之外也可以设定静态ip地址， 这样就不用每次都查ip了。</p>
<p><strong>三、 树莓派vnc的安装与启动</strong></p>
<p>ssh不就是个命令行么？ 我们可是要做图像分析的啊， 这怎么显示图像啊？ 这时候安装一下vnc就能解决这个问题。</p>
<p><a href="http://shumeipai.nxez.com/2013/09/04/login-rpi-with-vnc.html?variant=zh-cn" target="_blank" rel="noopener">http://shumeipai.nxez.com/2013/09/04/login-rpi-with-vnc.html?variant=zh-cn</a></p>
<p>这篇文章详细讲述了如何远程连接树莓派的桌面， 直接在pc上访问树莓派的图形界面。</p>
<p><strong>四、 树莓派opencv环境搭建</strong></p>
<p>当然， 有可能你的计划里压根没有opencv， 但我还是加上这部分了。 安装这个常用工具的用处还是蛮多的， 毕竟图像也要有窗口显示不是么。</p>
<p>网上的教程挺多的， 方法也各种各样。 我个人用的是源码安装的方法， 编译比较慢。 还有些其他教程， 虽然看起来很简单，但是万一出了问题就不好解决了。 我还是比较推崇源码安装。</p>
<p>第一步： 去opencv官网下载源码压缩包</p>
<p>第二步： 解压在某文件夹下</p>
<p>第三步： </p>
<figure class="highlight bash"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">mkdir build</span><br><span class="line"><span class="built_in">cd</span> build</span><br><span class="line">cmake ..</span><br><span class="line">make -j4</span><br><span class="line">make install</span><br></pre></td></tr></table></figure>
<p>到这步应该是结束了。 命令行中输入python进入python命令行， 输入import cv2， 如果没有报错， 则说明安装成功。 （/usr/local/bin/python/sitepacage 目录下有cv2.so即宣告安装成功）</p>
<p>其他方法： <a href="https://blog.csdn.net/u014397533/article/details/50910531" target="_blank" rel="noopener">https://blog.csdn.net/u014397533/article/details/50910531</a></p>
<p>当然， 有的同学习惯于搭建一个独立工作空间， 如果你比较熟悉可以忽略此步骤。</p>
<p><strong>五、 树莓派camera的配置</strong></p>
<p>树莓派的picamera， 需要开启一下。</p>
<p>sudo raspi-config</p>
<p>选择 interfacing option</p>
<p>选择 camera</p>
<p>enable yes</p>
<p>现在树莓派的camera可以工作了， 先测试一下这个camera吧。</p>
<p>raspistill -o test_cam.jpg</p>
<p>查看一下当前文件夹， 是否多了一张叫test_cam的照片呢？ 如果有， 那说明一切正常。</p>
<p>下面测试一下opencv， picamera， 以及python是否一切正常。</p>
<p>编辑一段python脚本如下：</p>
<figure class="highlight python"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br><span class="line">6</span><br><span class="line">7</span><br><span class="line">8</span><br><span class="line">9</span><br><span class="line">10</span><br><span class="line">11</span><br><span class="line">12</span><br><span class="line">13</span><br><span class="line">14</span><br><span class="line">15</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line"><span class="comment"># import the necessary packages</span></span><br><span class="line"><span class="keyword">from</span> picamera.array <span class="keyword">import</span> PiRGBArray</span><br><span class="line"></span><br><span class="line"><span class="keyword">from</span> picamera <span class="keyword">import</span> PiCamera</span><br><span class="line"></span><br><span class="line"><span class="keyword">import</span> time <span class="keyword">import</span> cv2 <span class="comment"># initialize the camera and grab a reference to the raw camera capture</span></span><br><span class="line">camera = PiCamera() camera.resolution \= (<span class="number">640</span>, <span class="number">480</span>) camera.framerate \= <span class="number">32</span> camera.hflip \= <span class="literal">True</span> camera.vflip \= <span class="literal">True</span> rawCapture \= PiRGBArray(camera, size=(<span class="number">640</span>, <span class="number">480</span>)) <span class="comment"># allow the camera to warmup</span></span><br><span class="line">time.sleep(<span class="number">0.1</span>) <span class="comment"># capture frames from the camera</span></span><br><span class="line"><span class="keyword">for</span> frame <span class="keyword">in</span> camera.capture\_continuous(rawCapture, format=<span class="string">"bgr"</span>, use\_video\_port=<span class="literal">True</span>): <span class="comment"># grab the raw NumPy array representing the image, then initialize the timestamp</span></span><br><span class="line"> <span class="comment"># and occupied/unoccupied text</span></span><br><span class="line"> image = frame.array <span class="comment"># show the frame</span></span><br><span class="line"> cv2.imshow(<span class="string">"Frame"</span>, image) key \= cv2.waitKey(<span class="number">1</span>) & <span class="number">0xFF</span></span><br><span class="line"> <span class="comment"># clear the stream in preparation for the next frame</span></span><br><span class="line"> rawCapture.truncate(<span class="number">0</span>) <span class="comment"># if the \`q\` key was pressed, break from the loop</span></span><br><span class="line"> <span class="keyword">if</span> key == ord(<span class="string">"q"</span>): <span class="keyword">break</span></span><br></pre></td></tr></table></figure>
<p>来自于以下链接。</p>
<p><a href="http://www.mamicode.com/info-detail-2024781.html" target="_blank" rel="noopener">http://www.mamicode.com/info-detail-2024781.html</a></p>
<p>运行后该脚本能实时显示camera拍到的图像。 图像的大小、 感光度等等参数都可以在Picamera类中进行设置。</p>
<p><strong>六、 树莓派与arduino的通信</strong></p>
<p>树莓派与arduino是直接通过USB线进行连接的， 只需要串口库python-serial即可完成相互通信功能。</p>
<p><strong>TIP: 在连接两者之前， 请确保小车底层控制板的开关是打开的， 否则会有供电问题！！！</strong></p>
<p>1、将树莓派与arduino通过usb线进行连接</p>
<p>2、在树莓派终端输入 ls /dev/tty*查看两者连接端口的名字。查看有没有ttyACM0 这个文件(注只有在两个硬件USB互连的情况下才会有这个。如果两者没有连接是不会有的) 最新的系统一般都会自动生成。看到ttyACM0就说明二者可以通讯了 接下来上测试代码。</p>
<p><a href="http://www.raosiyue.com/wp-content/uploads/2018/08/test.rar" target="_blank" rel="noopener">test</a></p>
<p>运行该python脚本， 就能够接受到arduino板上发的信息。</p>
<p>上发的消息中， 第一个是动力电池电压， 正常范围在7-8.4v， 如果低于或高于这个范围， 都表示电池已经损坏， 请勿继续使用。 如果低于7.5， 请及时充电。</p>
<p><strong>七、 控制小车脚本demo</strong></p>
<p>将test_serial.py稍稍修改， 就能够指定转速， 指定转向的控制小车了。 比如我将发送的‘RASPI:0.0,0.0\n’ 修改为‘RASPI:20.0,20.0\n’， 后轮就会以20的转速前进， 前轮就会转一定角度。</p>
<p> 注： 显示的电压值如果低于7.5， 底盘将不会执行任何动作。</p>
<p>未完待续。</p>
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<p>极客风是一家专注自动驾驶，机器人，人工智能等领域的创新公司。 <br><br>技术研发人员均来自国内外知名高等学府，核心技术团队在自动驾驶领域深耕数余年，并连续承担了多个有关自动驾驶量产产品的项目工作。</p>
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