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Hugo Zhu

如何使用Raspberry Pi控制步进电机旋转高清摄像头并拍照

目录：

硬件准备

需要以下硬件：

  1. 可以工作的树莓派一个
  2. 母对母1P杜邦线6根
  3. DC 5V4相28YBJ-48步进电机一个
  4. UL2003芯片步进电机驱动板一块

安装

按下图将步进电机接到驱动板上，也就是白色的接口

步进电机电源

步进电机需要5V电压驱动，而树莓派的GPIO接口中已有5V输出，将图中的Pin 2（最右上角那个）5V，接到驱动板的5V正极，Pin 6接到5V负级，电源部分则搞定。

步进电机驱动线路

驱动板上有IN1, IN2, IN3, IN4四个接口，根据资料得知这四个接口依次设置为低电平就可以驱动，我们分别用杜邦线将GPIO 17（Pin 11），GPIO 18（Pin 12）, GPIO 21（Pin 13）, GPIO 22（Pin 15）和IN1，IN2，IN3，IN4一一相连。 注意不同的GPIO驱动程序对端口的编号不一定一样（至少有三种叫法：Board，Broadcom，GPIO）

驱动原理：（每次将四个GPIO端口按下表依次设置好电平后，可以sleep几十毫秒来控制转速）

序列 GPIO 17 GPIO 18 GPIO 21 GPIO 22
0 LOW HIGH HIGH HIGH
1 HIGH LOW HIGH HIGH
2 HIGH HIGH LOW HIGH
3 HIGH HIGH HIGH LOW
4 LOW HIGH HIGH HIGH
…

安装摄像头

本来是希望用3D打印机来制作齿轮和支架来完成这部分工作的，但因为打印机还没到货，所以先用乐高积木来做了, 刚好乐高积木可以插在步进电机中轴上，而且很牢靠，还不用密封带了。

摄像头如下图用两根导线固定在乐高积木上：

然后用各种积木搭个底座把电机固定起来，并留两个洞口可以将驱动线和摄像头的USB线穿出，这样表面上比较整齐，USB线也不会因为牵扯影响转动。

点击看大图

驱动示例代码

这里使用的是Python GPIO库，注意这里的端口命名是按树莓派的Board叫法（Pin 11, 12, 13, 15）

root@raspberrypi2 ~/projects/step_motor # cat motor.py
import RPi.GPIO as GPIO
import time
import sys
from array import *

GPIO.setwarnings(False) 
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

steps    = int(sys.argv[1]);
clockwise = int(sys.argv[2]);

arr = [0,1,2,3];
if clockwise!=1:
    arr = [3,2,1,0];

ports = [11,12,13,15]

for p in ports:
    GPIO.setup(p,GPIO.OUT)

for x in range(0,steps):
    for j in arr:
        time.sleep(0.01)
        for i in range(0,4):
            if i == j:            
                GPIO.output(ports[i],True)
            else:
                GPIO.output(ports[i],False)

执行python motor.py 90 0 可以顺时针转动大约80度。

执行python motor.py 90 1 则可逆时针转动大约80度。

转动效果视频

连续转动拍摄代码实现

这次使用webiopi把控制程序转换成REST API，这样方便网页调用。

root@raspberrypi2 ~/projects/gpio_server # cat webiopi_custom.py
# Imports
import webiopi
import time

# Retrieve GPIO lib
GPIO = webiopi.GPIO

# -------------------------------------------------- #
# Macro definition part                              #
# -------------------------------------------------- #

# A custom macro which prints out the arg received and return OK
def myMacroWithArgs(arg1, arg2, arg3):
    print("myMacroWithArgs(%s, %s, %s)" % (arg1, arg2, arg3))
    return "OK"

# A custom macro without args which return nothing
def myMacroWithoutArgs():
    print("myMacroWithoutArgs()")

# Example loop which toggle GPIO 7 each 5 seconds
def loop():
    time.sleep(5)        


def turnLed(port_str, ms):
    port = int(port_str)
    GPIO.setFunction(port,GPIO.OUT)    
    GPIO.output(port,GPIO.LOW)
    time.sleep(float(ms)/1000)
    GPIO.output(port,GPIO.HIGH)

def turnWebcam(steps_str, clockwise_str):
    steps = int(steps_str);
    clockwise = int(clockwise_str);
    arr = [0,1,2,3];
    if clockwise!=1:
        arr = [3,2,1,0];

    ports = [17,18,27,22]

    for p in ports:
        GPIO.setFunction(p,GPIO.OUT)

    for x in range(0,steps):
        for j in arr:
            time.sleep(0.01)
            for i in range(0,4):
                if i == j:            
                    GPIO.output(ports[i],GPIO.LOW)
                else:
                    GPIO.output(ports[i],GPIO.HIGH)

# -------------------------------------------------- #
# Initialization part                                #
# -------------------------------------------------- #

# Setup GPIOs

# -------------------------------------------------- #
# Main server part                                   #
# -------------------------------------------------- #

# Instantiate the server on the port 8000, it starts immediately in its own thread
server = webiopi.Server(port=8001, login="pi", password="pi")
# or     webiopi.Server(port=8000, passwdfile="/etc/webiopi/passwd")

# Register the macros so you can call it with Javascript and/or REST API
server.addMacro(turnWebcam)
server.addMacro(turnLed)


# -------------------------------------------------- #
# Loop execution part                                #
# -------------------------------------------------- #

# Run our loop until CTRL-C is pressed or SIGTERM received
webiopi.runLoop()

# If no specific loop is needed and defined above, just use 
# webiopi.runLoop()
# here instead

# -------------------------------------------------- #
# Termination part                                   #
# -------------------------------------------------- #

# Cleanly stop the server
server.stop()

执行python webiopi_custom.py 后启动GPIO REST API服务器

转动命令是：curl --data "" "http://pi:pi@raspberrypi2:8001/macros/turnWebcam/90,0

拍照命令是：/usr/bin/fswebcam -v -r 640x480 --no-banner /var/www/fswebcam/foo.jpg

于是我们可以用以下方法来实现连续拍摄：

  1. 执行拍照命令, 生成right.jpg
  2. 顺时转80度
  3. 执行拍照命令, 生成middle.jpg
  4. 顺时转80度
  5. 执行拍照命令, 生成left.jpg
  6. 逆时针转160度归位

将命令通过网页执行后，就可以在外面看房间里的情况了，今天出去外面采草莓在iPhone上试了一下，结果符合预期。

拍摄图片效果

在手机上看到的页面：点Reload会重新连拍三张

总共花了不到2小时就可以搞定这个了，还是非常好玩的~ 后面还可以用OpenCV库来合成照片到真正的全景图

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Published

2013-03-16

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