微信小程序(蓝牙BLE)远程遥控树莓派小车
本文接上篇从零开始制作树莓派遥控小车。前面那篇文章里介绍了第一版小车是通过蓝牙仿真串口协议(RFCOMM)远程遥控的。RFCOMM 协议也是经典蓝牙协议，连接双方是对等的，耗电量比较大，另外手机端对经典蓝牙的开发支持也不太好。如果想自己尝试开发一个手机遥控器，选择蓝牙BLE协议会更好。本文主要介绍一下如何通过微信小程序(蓝牙BLE)远程遥控树莓派小车。
遥控程序主要分为3个部分:
- 手机蓝牙通信客户端(微信小程序)
- 树莓派蓝牙通信服务端
- 树莓派小车控制程序接收命令
微信小程序遥控客户端界面操作，转化为指令通过蓝牙传输给树莓派蓝牙服务端程序，蓝牙服务端再把指令下达给小车控制程序，小车控制程序执行指令改变小车的动作。
Clone 代码(代码地址)
git clone git@github.com:huoyijie/raspberrypi-car.git
目录说明
$ tree -L 3
.
├── ble
│ ├── car.py
│ ├── miniclientctl
│ │ ├── app.js
│ │ ├── app.json
│ │ ├── app.wxss
│ │ ├── index
│ │ ├── project.config.json
│ │ └── sitemap.json
│ └── rpicarctl
│ ├── characteristic.js
│ ├── main.js
│ ├── node_modules
│ ├── package.json
│ └── package-lock.json
├── car.py
├── LICENSE
└── README.md
本文介绍的所有代码都在ble目录下，ble/car.py为新版本小车控制程序，miniclientctl 为微信小程序遥控客户端，rpicarctl 为蓝牙服务端程序。接下来先介绍下处于中间位置的蓝牙通信服务端程序。
树莓派官方支持的开发语言是 Python，小车控制程序也是基于 Python 实现的，但是基于 Python 的蓝牙 BLE 封装库资料比较少，而基于 Node.js 的库更易上手，所以本文选择了基于 Node.js 的bleno库来实现蓝牙服务端。但是在安装完后运行程序报错，缺少 bluetooth-hci-socket 库，然后安装这个库确一直无法安装成功。于是查看了一下 bleno github 上的 issues，找到了同样的问题。解决方案主要是采用另一个 fork 库，那个库解决了这个问题。
先查看下树莓派 Node.js 环境
$ node -v
v14.16.0
$ npm -v
7.6.1
安装依赖
cd ble/rpicarctl
npm i @abandonware/bleno
npm i @abandonware/bluetooth-hci-socket
运行蓝牙服务端
sudo node main.js
控制台输出下面代表已经成功运行
bleno - rpicarctl
on -> stateChange: poweredOn
on -> advertisingStart: success
蓝牙服务端共有 2 个文件，分别定义了 rpicarctl 服务(service)和特征(character)，先看程序入口 main.js
var bleno = require('@abandonware/bleno');
var BlenoPrimaryService = bleno.PrimaryService;
var CarCtlCharacteristic = require('./characteristic');
console.log('bleno - rpicarctl');
bleno.on('stateChange', function(state) {
console.log('on -> stateChange: ' + state);
if (state === 'poweredOn') {
bleno.startAdvertising('rpicarctl', ['cc00']);
} else {
bleno.stopAdvertising();
}
});
bleno.on('advertisingStart', function(error) {
console.log('on -> advertisingStart: ' + (error ? 'error ' + error : 'success'));
if (!error) {
bleno.setServices([
new BlenoPrimaryService({
uuid: 'cc00',
characteristics: [
new CarCtlCharacteristic()
]
})
]);
}
});
再看一下特征定义文件 characteristic.js
const http = require('http');
var util = require('util');
var bleno = require('@abandonware/bleno');
var BlenoCharacteristic = bleno.Characteristic;
var CarCtlCharacteristic = function() {
CarCtlCharacteristic.super_.call(this, {
uuid: 'cc0e',
properties: ['read', 'write', 'notify'],
value: null
});
this._value = Buffer.alloc(0);
this._updateValueCallback = null;
};
util.inherits(CarCtlCharacteristic, BlenoCharacteristic);
CarCtlCharacteristic.prototype.onReadRequest = function(offset, callback) {
console.log('CarCtlCharacteristic - onReadRequest: value = ' + this._value.toString('hex'));
callback(this.RESULT_SUCCESS, this._value);
};
CarCtlCharacteristic.prototype.onWriteRequest = function(data, offset, withoutResponse, callback) {
this._value = data;
console.log('CarCtlCharacteristic - onWriteRequest: value = ' + this._value.toString('hex'));
http.get(`http://127.0.0.1:8888/car/ctl/${this._value.readUInt8()}`, resp => {
// console.log(resp.statusCode);
}).on('error', err => {
console.error(err.message);
}).end();
if (this._updateValueCallback) {
console.log('CarCtlCharacteristic - onWriteRequest: notifying');
this._updateValueCallback(this._value);
}
callback(this.RESULT_SUCCESS);
};
CarCtlCharacteristic.prototype.onSubscribe = function(maxValueSize, updateValueCallback) {
console.log('CarCtlCharacteristic - onSubscribe');
this._updateValueCallback = updateValueCallback;
};
CarCtlCharacteristic.prototype.onUnsubscribe = function() {
console.log('CarCtlCharacteristic - onUnsubscribe');
this._updateValueCallback = null;
};
module.exports = CarCtlCharacteristic;
重点看下这句话，蓝牙服务端再收到来自微信小程序的指令数字 ${this._value.readUInt8()} 后会转发给监听在本机8888端口的小车控制程序，由后者控制小车执行动作。
http.get(`http://127.0.0.1:8888/car/ctl/${this._value.readUInt8()}`, resp => {
// console.log(resp.statusCode);
}).on('error', err => {
console.error(err.message);
}).end();
接下来再看一下新版本小车控制程序 ble/car.py
# -*- coding: UTF-8 -*-
import time
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setwarnings(False)
########电机驱动接口定义#################
ENA = 13 # L298使能A
ENB = 15 # L298使能B
IN1 = 31 # 电机接口1
IN2 = 33 # 电机接口2
IN3 = 35 # 电机接口3
IN4 = 37 # 电机接口4
frequency = 30 # 电机频率
dc = 50 # 占空比，即电机工作时间占比
#########电机初始化为LOW#################
GPIO.setup(ENA, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
ENA_pwm = GPIO.PWM(ENA, frequency)
ENA_pwm.start(0)
# ENA_pwm.ChangeFrequency(frequency)
ENA_pwm.ChangeDutyCycle(dc)
GPIO.setup(IN1, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(IN2, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(ENB, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
ENB_pwm = GPIO.PWM(ENB, frequency)
ENB_pwm.start(0)
# ENB_pwm.ChangeFrequency(frequency)
ENB_pwm.ChangeDutyCycle(dc)
GPIO.setup(IN3, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(IN4, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
def Motor_Forward():
print( 'motor forward' )
GPIO.output(ENA, True)
GPIO.output(ENB, True)
GPIO.output(IN1, False)
GPIO.output(IN2, True)
GPIO.output(IN3, False)
GPIO.output(IN4, True)
def Motor_Backward():
print( 'motor_backward' )
GPIO.output(ENA, True)
GPIO.output(ENB, True)
GPIO.output(IN1, True)
GPIO.output(IN2, False)
GPIO.output(IN3, True)
GPIO.output(IN4, False)
def Motor_TurnLeft():
print( 'motor_turnleft' )
GPIO.output(ENA, True)
GPIO.output(ENB, True)
GPIO.output(IN1, True)
GPIO.output(IN2, False)
GPIO.output(IN3, False)
GPIO.output(IN4, True)
def Motor_TurnRight():
print( 'motor_turnright' )
GPIO.output(ENA, True)
GPIO.output(ENB, True)
GPIO.output(IN1, False)
GPIO.output(IN2, True)
GPIO.output(IN3, True)
GPIO.output(IN4, False)
def Motor_Stop():
print( 'motor_stop' )
GPIO.output(ENA, False)
GPIO.output(ENB, False)
GPIO.output(IN1, False)
GPIO.output(IN2, False)
GPIO.output(IN3, False)
GPIO.output(IN4, False)
##########分割线##############################################
from flask import Flask
app = Flask(__name__)
@app.route('/car/ctl/<int:action>')
def do_carctl(action):
print('action={}'.format(action))
# 控制小车执行命令
if action == 1: # 前进
Motor_Forward()
elif action == 2: # 后退
Motor_Backward()
elif action == 3: # 左转
Motor_TurnLeft()
time.sleep(0.05)
Motor_Stop()
elif action == 4: # 右转
Motor_TurnRight()
time.sleep(0.05)
Motor_Stop()
elif action == 5: # 停止
Motor_Stop()
elif action == 6: # clockwise circle
Motor_TurnRight()
elif action == 7: # anti-clockwise circle
Motor_TurnLeft()
else: # 未知命令，小车停止
Motor_Stop()
return 'action={}'.format(action)
@app.route('/')
def do_index():
return 'Welcome to RaspberryPi Car!'
app.run(host='127.0.0.1', port=8888, debug=False)
以前控制小车动作的程序做了如下改写(可以参照上篇文章从零开始制作树莓派遥控小车对比看下)，暴露了本机 8888 端口的 http 接口，Node.js 进程(蓝牙服务端)通过 http 接口和 Python 进程(小车控制程序)通信，Python 搭建一个简单的 http server 是非常容易的。
from flask import Flask
app = Flask(__name__)
@app.route('/car/ctl/<int:action>')
def do_carctl(action):
print('action={}'.format(action))
# 控制小车执行命令
if action == 1: # 前进
Motor_Forward()
elif action == 2: # 后退
Motor_Backward()
elif action == 3: # 左转
Motor_TurnLeft()
time.sleep(0.05)
Motor_Stop()
elif action == 4: # 右转
Motor_TurnRight()
time.sleep(0.05)
Motor_Stop()
elif action == 5: # 停止
Motor_Stop()
elif action == 6: # clockwise circle
Motor_TurnRight()
elif action == 7: # anti-clockwise circle
Motor_TurnLeft()
else: # 未知命令，小车停止
Motor_Stop()
return 'action={}'.format(action)
@app.route('/')
def do_index():
return 'Welcome to RaspberryPi Car!'
app.run(host='127.0.0.1', port=8888, debug=False)
先安装下 Flusk 依赖
pip3 install Flask
运行新版小车控制程序，此时会监听本机8888端口，等待来自蓝牙服务端的指令
cd ble/
python3 car.py
然后配置一下树莓派启动后自动运行蓝牙服务端和小车控制程序，输入命令
crontab -e
再文件后面添加下面两句话，注意运行蓝牙服务端程序(sudo node main.js)时需要延时一段时间(sleep 10s)，等待系统初始化好了才能正确运行。另外运行蓝牙服务端需要获得root权限。
@reboot cd /home/pi/pywork/raspberrypi-car/ble; python3 car.py > car.log 2>&1;
@reboot cd /home/pi/pywork/raspberrypi-car/ble/rpicarctl; sleep 10s; sudo node main.js > console.log 2>&1;
如上配置好后，以后树莓派开机后会自动启动上面两个服务，这样微信小程序遥控客户端可以在小车开机后随时连接上来。最后再来看一下小程序遥控端。
上图是小程序遥控界面。打开小程序后，先点击扫描按钮，会自动发现树莓派小车。点击对应发现的设备即可以连接上树莓派蓝牙服务端。连接后可以看到下面出现了遥控按钮。通过这些按钮就可以操作小车的动作了。
小程序代码文件有点长，这里就不贴出全部了，具体可以到github仓库看一下代码。下面只看下和蓝牙服务端直接交互的部分。
writeBLECharacteristicValue(action) {
// 向蓝牙设备发送一个0x00的16进制数据
let buffer = new ArrayBuffer(1)
let dataView = new DataView(buffer)
dataView.setUint8(0, action)
wx.writeBLECharacteristicValue({
deviceId: this._deviceId,
serviceId: this._serviceId,
characteristicId: this._characteristicId,
value: buffer,
})
},
forward() {
this.writeBLECharacteristicValue(1)
},
stop() {
this.writeBLECharacteristicValue(5)
},
backward() {
this.writeBLECharacteristicValue(2)
},
left() {
this.writeBLECharacteristicValue(3)
},
right() {
this.writeBLECharacteristicValue(4)
},
clockwise() {
this.writeBLECharacteristicValue(6)
},
anticlockwise() {
this.writeBLECharacteristicValue(7)
}
可以看到在点击界面相应按钮的时候会通过BLE连接发送相关指令到蓝牙服务端。
本文主要介绍了实现微信小程序遥控小车的主要步骤方法，代码细节没有讲，不过拉一下 Github 上项目代码很容易就看懂。