【DigiKey创意大赛】手势控制机械臂+5.树莓派串口应用

hehung · 发表于2023-12-25 20:12

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# 1 引脚定义

关于树莓派的引脚定义可以参考官方文档：[https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/raspberry-pi.html#gpio-and-the-40-pin-header](https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/raspberry-pi.html#gpio-and-the-40-pin-header)

树莓派一共有40个引脚，每个版本的引脚定义都是类似的，定义如下：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_767533" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=767533&handlekey=savephoto_767533">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

## 1.1 串口引脚

对于串口的使用，可以参考官方文档:[https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/configuration.html#configuring-uarts](https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/configuration.html#configuring-uarts)

从文档中可以看到，树莓派400一共有6个串口：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_767535" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=767535&handlekey=savephoto_767535">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

> 树莓派的引脚都是3.3V的，不能直接接在5V电源上，会损坏引脚

## 1.2 查看串口引脚

打开终端，输入命令：`dtoverlay -h uart2`可以查看对应串口的引脚关系，如下：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_767541" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=767541&handlekey=savephoto_767541">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

> 关于其他串口的应用，本文档不做说明

## 1.3 串口分类

树莓派400引脚分为主引脚和辅助引脚：

- 主引脚：也就是GPIO14和GPIO15所对应的串口引脚，一般用于系统的console输入和输出引脚；
- 辅助引脚：辅助串口通常不在GPIO连接器上，而是连接到了蓝牙控制端。

下图展示了不同系列的树莓派的串口使用情况，其中**树莓派400的GPIO上引出来的串口为UART1**，见下图：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_767536" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=767536&handlekey=savephoto_767536">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

在树莓派OS中，串口的定义如下：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_767537" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=767537&handlekey=savephoto_767537">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

从上述表格中可以知道，`/dev/serial0`和 `/dev/serial1`是 `/dev/ttyS0`和 `/dev/ttyAMA0`的引用，也就是说是同一个串口，只是名字上做了区分。关于这个映射关系，后边可以修改，因为默认情况下，主串口使用的是mini UART（波特率会随着主频变化，不稳定，高波特率下容易丢失字符），而辅助串口使用的是PL011（硬件串口，波特率稳定），我们期望外部串口通信使用稳定的波特率，所以需要修改这个映射关系，见后文。

## 2 串口使能

从官方资料可知，40pin GPIO中只有一路串口（主串口），默认还给了Linux系统的控制台，所以我们要使用串口功能，则需要首先关闭主串口的串口功能。

如下两种方式使能串口：

### 2.1 命令行方式

1. 打开命令行窗口，输入 `sudo raspi-config`;
2. 选择 `3 Interface Options;`
3. 选择 `I6 Serial Port`;
4. 在提示页面 `Would you like a login shell to be accessible over serial?`，也就是你希望通过串口登录shell吗？，选择“No”;
5. 在提示页面 `Would you like the serial port hardware to be enabled?`，也就是你希望使能串口硬件吗？，选择“Yes”
6. 然后退出esp-config，重启树莓派才会生效

### 2.2 桌面方式

使用桌面的话，推荐这种方式，方便快捷：

1. 点击左上角的树莓派图标，打开应用菜单；
2. 选择“Preferences > Raspberry Pi Configuration”;
3. 在弹出的窗口中选择“Interfaces”，做如下配置，取消串口的控制台功能，使能串口

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_767538" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=767538&handlekey=savephoto_767538">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

# 3 修改串口映射关系

## 3.1 检查串口是否存在

使用如下命令查看串口是否使能：

```shell
ls -l /dev/serial*
```

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_767540" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=767540&handlekey=savephoto_767540">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

见上图，serial0为主串口，映射到了ttyS0，也就是mini UART，而serial1为辅助串口，映射到了ttyAMA0，也就是PL011，我们期望主串口使用PL011，所以需要修改映射关系。

## 3.2 修改映射关系

1. 打开终端，输入：`sudo nano /boot/config.txt`
2. 在打开的文本末尾加上：`dtoverlay=pi3-disable-bt`，用于关闭蓝牙，树莓派也会自动切换ttyAMA0和ttyS0
3. 如果只是交换ttyAMA0和ttyS0，则可以输入：`dtoverlay=pi3-miniuart-bt`，切换蓝牙使用的串口为mini UART

完成上述第2或者3步之后，重启系统，输入 `ls -l /dev/serial*`，显示如下，表示串口映射关系已经切换：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_767542" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=767542&handlekey=savephoto_767542">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

# 4 python实现串口通信

## 4.1 安装串口模块

使用如下命令安装串口模块：

```shell
pip3 install pyserial
```

## 4.2 代码实现

接收上位机发送的数据并打印出来，同时通过串口反馈给发送端：

```c
import serial

print ('Start Serial Test')

# 打开串口连接，设置波特率为115200
ser = serial.Serial('/dev/serial0', 115200)

# 从串口读取数据
print ('serial opened')

try:
while True:
  # 读取接收到的数据
  data = ser.readline()
  if len(data) > 0:
  # 将接收到的数据在发送出去
  ser.write(data)
  print("Received Data:", data)

except KeyboardInterrupt:
pass
finally:
# 关闭串口连接
ser.close()

```

# 5 实验效果

使用一个串口调试助手：

- RX - GPIO14
- TX - GPIO15

实验效果如下，树莓派能够收到上位机发送的串口数据，并且能够成功返回数据给上位机：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_767543" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=767543&handlekey=savephoto_767543">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

chejm · 发表于2023-12-27 16:03

我正在研究机械臂的使用，感谢楼主提供的技术内容，很及时，收藏了

wangerxian · 发表于2023-12-31 21:18

摄像头识别手势？可以识别哪些手势？

hehung

wangerxian 发表于 2023-12-31 21:18 摄像头识别手势？可以识别哪些手势？

使用mediapipe来做，可以识别出每个手指的坐标，可以根据这个坐标来识别出具体的手势，机械臂主需要用到一些简单的手势，比如握拳，张开手掌，手掌位置，高低等

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