台灣樹莓派Raspberry Pi 工作坊【寵物小車】製作過程摘要記錄

我曾在MakerConf 2016，到台灣樹莓派sosorry開設的【寵物小車】工作坊幫忙擔任助教，底下摘要紀錄從零件材料到成品的製作過程。

此工作坊需花費8小時，課程內容包含Raspberry Pi環境設定、序列埠連接與無線網路設定、GPIO初步入門、H橋電路與馬達驅動、輪子與車體組裝、相機模組與OpenCV影像辨識、Linux開機流程。

若對此工作坊有興趣，想要請台灣樹莓派sosorry開課，或有任何合作機會，請到台灣樹莓派sosorry的網站留言。

最終目標是建構具有眼睛（相機）的二輪電動車，搭配OpenCV程式進行影像辨識，讓牠能追逐某顏色的物體，如紅色小球，看看展示影片吧。
所需材料如下圖：

材料清單：

1. 車體底板，兩個直流馬達與兩個輪子，一個萬向輪，螺絲螺帽與其他組裝零件。
2. L298N直流馬達控制板。
3. 相機模組。
4. 麵包板。
5. 1KΩ 電阻（1/4W）。 
6. 1N4004 二極體。 
7. 10KΩ可變電阻。 
8. TIP120 電晶體。 
9. LED。 
10. 架高螺絲組（螺絲母x4 + 塑膠架高螺絲 x4 + 圓頭螺絲 x4）。 
11. 公對母跳線(20cm)x2、母對母跳線(20cm)x4。

另外還需要Raspberry Pi 3板子、microSD記憶卡（建議16 GB）、PL2303HXD USB轉TTL序列傳輸線（若無額外準備螢幕鍵盤滑鼠的話）。 

教學投影片可到slideshare觀看。範例程式可到GitHub下載。

首先下載Raspbian（ 我下載的是Raspbian Jessie with PIXEL 2016-09-23），大小約1.52 GB，解壓縮後得到約4.35 GB的映像檔，燒錄到記憶卡，然後開機，進行第一次啟動的相關設定（此處不詳細介紹）。

然後更新既有套件：
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get upgrade -y

安裝寵物小車所需套件：
$ sudo apt-get install -y python-dev python-opencv python-pip
$ sudo pip install readchar bottle

因為之後要撰寫Python程式，所以需要python-dev，以及透過python-opencv使用OpenCV，至於python-pip則是Python自己的套件管理系統，以之安裝readchar與bottle，後者是輕量型Python網站開發框架，之後可經由網頁介面監控寵物小車。

工作坊內容還包括電子零件簡單介紹（LED、電阻、可變電阻、麵包板、電晶體等）、PWM概念、Raspberry Pi的GPIO腳位、Python程式語言初步入門（控制GPIO）、馬達驅動概念與H橋電路等等，底下直接跳到車體組裝。

組裝時，我用了底下的工具，十字螺絲起子，斜嘴鉗。有時要用斜嘴鉗夾住螺絲或螺帽，才能鎖緊。

拿出底板，以及一個馬達需要的固定零件。

撕掉保護膜。

組裝後的模樣。

另一顆馬達依樣畫葫蘆。

兩個馬達安裝完畢。

拿出萬向輪，與所需螺絲。

先是輪子部分。

然後固定到車體底板。

輪子也可裝上。

拿出L298N馬達驅動模組。

先鎖上部分螺絲。

然後固定到底板，並且連接馬達線路到驅動模組的螺絲端子。

從車底看過去的樣子。

電路圖如下，此時只需要看馬達與驅動模組之間的線路。

rpi的GPIO腳位圖如下，小心別接錯了。

電池盒與固定螺絲。

固定到底板上，並連接到驅動模組，此處電池負責給馬達。

另準備行動電源，供應5V電壓給rpi板子。

Rasoberry Pi板子與需要的螺絲。

固定到車體底板上，我只鎖了一組，因為沒有適合的孔洞，可自行鑽孔。

回頭看電路圖，連接rpi板子與馬達驅動模組之間的線路。

拿出相機模組。

安裝相機模組，排線藍色那面朝著乙太網路孔，排線看得到金屬接腳的那面，朝向HDMI埠。

硬體線路完成後，從GitHub下載範例程式。

程式pi-follower-car/02-motor/02_4-move_car，可測試馬達線路，執行後，w代表前進、s後退、a左轉、d右轉。

執行raspi-config，到「5 Enable Camera」啟動相機模組；並到7 Advanced Options - A3 Memory Split」設定分配給GPU的記憶體，應大於128以上，建議256或512。

試著使用指令raspistill指令拍照，把圖檔傳回電腦觀看；可使用WinSCP來傳輸。

但那樣太麻煩了，若想要rpi上的GUI軟體畫面、傳送到Windows上顯示，需先安裝Xming（Xming X Server for Windows），啟動後可在工作列上看到如下圖示：

然後啟動SSH連線時，要開啟「X11 forwarding」選項。

然後便可在rpi上執行GUI程式，譬如看圖軟體gpicview，由Windows顯示畫面。

運用Python與OpenCV，以範例程式pi-follower-car/03-camera/03_1-image_load/image_load.py顯示影像處理的女神照片吧lena512rgb.png。

之前是靜態圖檔，動態顯示相機的預覽畫面：pi-follower-car/03-camera/03_2-camera_preview/camera_preview.py。

請參看工作坊的投影片，練習調整色彩空間：pi-follower-car/04-opencv/04_1-color_space/hsv_value.py。

試著抓取輪廓：pi-follower-car/04-opencv/04_2-contours/draw_contour.py。

影像處理的侵蝕與膨脹：pi-follower-car/04-opencv/04_3-image_processing/erode_dilate.py。

嗯，接下來是最後的重頭戲，我們想要寵物小車，持續追蹤某個顏色的物體，使用範例程式pi-follower-car/04-opencv/04_4-color_tracking/color_tracking.py調整HSV，定義出想追蹤的東西，下例為紅色蓋子。

哈，完成後，啟動寵物小車的最終程式pi-follower-car/04-opencv/04_5-follower_car/follower_car.py，讓牠不斷地追著跑吧。

若對此工作坊有興趣，想要請台灣樹莓派sosorry開課，或有任何合作機會，請到台灣樹莓派sosorry的網站留言。