CMUcam5 Pixy视觉相机传感器简介第二部分—创建球平衡梁
这篇文章来源于deviceplus.com英语网站的翻译稿。
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这是cmucam5 pixy简介的第二部分。如果您对pixymon不太熟悉，请先回顾 cmucam5 pixy视觉相机传感器简介。在第一部分中，我介绍了pixy的基础知识，解释了hello_world代码，并创建了一个简单的伺服驱动的应用程序。在本教程中，我将进一步探索pixy的应用，创建一个球平衡梁。通过一个伺服来设置平衡梁的角度，使球停留在中间，当然，pixy相机传感器会对球进行追踪。
硬件
arduino uno (您可以使用任何 arduino)
cmucam5 pixy 相机
伺服电机 (s06nf)
木片和螺丝
数据线（用于相机usb mini 以及uno usb b）
用于伺服的5v外部电源（！警告！如果您将伺服连接到arduino通过usb进行供电，您的arduino将会被烧坏）
软件
arduino ide 1.6.9
pixymon 软件 (https://cmucam.org/projects/cmucam5/wiki/install_pixymon_on_windows_vista_7_8)
pixymon 用于 arduino 的库(https://cmucam.org/projects/cmucam5/wiki/latest_release)
processing 3.1.1 (https://processing.org/download/?processing)
processing的简单介绍
processing是非常有用又灵活的一款软件。它主要用于视觉艺术和科技领域的视觉语言。这款软件具有100多个库，可支持各种项目。它的文档非常齐全，提供了许多使用指南，涵盖了从编程基础到可视化等各种主题。它能够支持所有操作系统（gnu/linux, mac os x, 和 windows）。该软件的设计几乎和arduino ide相同。
今天，我们将使用processing，通过串行通信实现与arduino之间的通信。
图1：processing界面
项目概况
在此项目中，我将制作一个球平衡梁，一个用木头制成的“通道”将会像一杆秤那样使球保持平衡（图2）。平衡梁44cm宽，3cm高。我把它制造的像通道一样狭窄，使我们所追踪的球不会掉落出去。
我使用s06nf伺服电机来移动整个平衡梁，该电机由arduino进行控制。之后我们会看一下在本教程后面部分的代码。现在，我已经将伺服放置在了距离平衡梁左端¼的位置。
图2：s06nf std 伺服电机/ ©robotshop inc.
伺服将上下移动平衡梁，同时，球也会沿着该路径移动。
图3：平衡梁上下移动
数码相机将会放置在平衡梁上。我将相机的视野范围设置为仅限于平衡梁。这样，相机就会只追踪球，不追踪任何其他物体了。
平衡梁结构
首先，我们需要一些用于构建平衡梁的材料。我将要使用的是一种简单的xxmm木材（20cm x 27cm）。我用圆锯来切割木材，但是您可以使用现有的任何类型的锯来完成切割，只要能够保障切割面平整、均匀即可。
图4：xxmm木材
请记住，只有使用正确的工具才能够制造出完美的平衡梁！我使用的是一把锤子、一把直尺、钉子、砂纸、热胶、一个钻头和一把锯子。
图5：工具
首先，我将制造一个通道，使球能够在其中左右移动。通道的侧面由四块木板组成（每个21cm x 3cm）。通道在高度方向的两端将由两块木板（4cm x 3cm）封接。底座的尺寸是42cm x 3cm x 1cm。
我使用15mm大帽钉来连接零部件。
图6：封闭通道
在通道中间建立倾斜点有很多种方法。我使用了一种非常简单的方法，因为成本最低且最容易实现。我用了一个长钉子，两个像轴承一样的小管子，先标记了通道的中心点，然后将这些小轴承热粘合到该中心点，再插入钉子。
图7：用于构建倾斜点的钉子和管子
为了设置倾斜点，我们还需要为钉子制作支架。我用了两块8cm x 2cm的木板，如图8所示。我还制作了一个小平台，可以将所有东西放置在一起，尺寸为12cm x 4.5cm。
图8：倾斜点支架
我使用了一小块木材来安装伺服并将其架起。
图9：安装在木板上的伺服
在本教程中我使用的是arduino uno，但是您也可以使用其他具有spi连接器的arduino来连接到pixy相机。
连接所有部件
一旦构建完成，下一步就是将pixy相机连接到arduino，然后再连接到伺服。原理图与 cmucam5 pixy视觉相机传感器简介中的相同。我仍然使用外部5v电源为伺服供电。
！警告！不要忘记连接接地端。如果没有将电源、伺服和arduino接地端相连接，伺服将会失控！
图10：接线图
接下来，我需要在平衡梁结构上方的某个位置设置pixy，以便它可以随时检测到球的位置。调整设置使其仅可以对球进行检测。请参考第一部分进行设置。
图11：pixy视觉
现在，让我们来看一些代码。为了检测伺服是否工作正常，我修改了中间、最右边和最左边的角度，使其适合于我的结构。
#include uint8_t leveled = 110; //middle positon for s1 to keep the board leveleduint8_t far_right = 180; //far left positon for s1 to keep the board leveleduint8_t far_left = 0; //far right positon for s1 to keep the board leveleservo s; void setup(){s.write(leveled); delay(2000); s.write(far_right); delay(2000); s.write(far_left); delay(2000);}void loop(){}
当然，您可以根据自己的喜好来调整变量。
之前，我介绍了一个名叫processing的软件。我将使用它通过串行通信来实现与arduino的通信。
arduino 代码
简单的串行通信:
#include #include char val; // data received from the serial port int ledpin = 13; // set the pin to digital i/o 13void setup() { pinmode(ledpin, output); // set pin as output serial.begin(9600); // start serial communication at 9600 bps } void loop() { if (serial.available()) { // if data is available to read, val = serial.read(); // read it and store it in val } if (val == '1') { // if 1 was received digitalwrite(ledpin, high); // turn the led on } else { digitalwrite(ledpin, low); // otherwise turn it off } delay(10); // wait 10 milliseconds for next reading}
processing 代码
import processing.serial.*;serial myport; // create object from serial classvoid setup(){ size(200,200); //make our canvas 200 x 200 pixels big string portname = serial.list()[0]; //change the 0 to a 1 or 2 etc. to match your port myport = new serial(this, portname, 9600);}void draw() { if (mousepressed == true) { //if we clicked in the window myport.write('1'); //send a 1 println(1); } else { //otherwise myport.write('0'); //send a 0 } }
改代码创建了一个200×200像素的窗口并初始化串行端口。draw()空函数用于检查是否在窗口上按下了鼠标（如果按下写入1，没有按下则写入0）。
现在，我们来测试代码。点击运行，然后尝试点击窗口中任意位置，这时您的led灯应发生闪烁，这就表示着一切工作正常！
图12：processing 和 arduino代码的基本测试
使用processing编程
我获取了伺服的相关值，并在processing中对其进行了处理，所以产生了一个类似于下图所示的图片。
图13：示例图片
请用以下代码创建图像：
import processing.serial.*;serial myport; // the serial portint xpos = 1; // horizontal position of the graphfloat inbyte = 0;void setup () { // set the window size: size(400, 300); // list all the available serial ports // if using processing 2.1 or later, use serial.printarray() println(serial.list()); // i know that the first port in the serial list on my mac // is always my arduino, so i open serial.list()[0]. // open whatever port is the one you're using. myport = new serial(this, serial.list()[0], 9600); // don't generate a serialevent() unless you get a newline character: myport.bufferuntil('n'); // set inital background: background(0);}void draw () { // draw the line: stroke(127, 34, 255); line(xpos, height, xpos, height - inbyte); // at the edge of the screen, go back to the beginning: if (xpos >= width) { xpos = 0; background(0); } else { // increment the horizontal position: xpos++; }}void serialevent (serial myport) { // get the ascii string: string instring = myport.readstringuntil('n'); if (instring != null) { // trim off any whitespace: instring = trim(instring); // convert to an int and map to the screen height: inbyte = float(instring); println(inbyte); inbyte = map(inbyte, 0, 1023, 0, height); }}
arduino 代码:
#include #include #include #include //37 164 288uint8_t leveled = 110; //middle positon for s1 to keep the board leveled uint8_t far_right = 180; //far left positon for s1 to keep the board leveleduint8_t far_left = 0; //far right positon for s1 to keep the board leveleint current_pos = leveled;int percentage,var,_percen;servo s; pixy pixy;void test_board(){ while(serial.read() != 'b'); serial.write(starting test); s.write(leveled); delay(2000); s.write(far_right); delay(2000); s.write(far_left); delay(2000); serial.write(finished test, press any key to continue); while(serial.read() != 'c'); s.write(current_pos); serial.write(continued);}void setup() { serial.begin(9600); s.attach(9); pixy.init(); while (!serial); //test_board(); s.write(current_pos);}void _servo(unsigned char side,int var){ //by the % we get how hard we need to wip :d var = var - 90; if(side == 'l'){ //serial.write(left); //90 180 _percen = 90 + var; s.write(_percen); }else{ //serial.write(right); //0 90 _percen = 90 - var; s.write(_percen); }}void loop() { static int i = 0; int j; uint16_t blocks; char buf[32]; // grab blocks! blocks = pixy.getblocks(); // if there are detect blocks, print them! if (blocks) { i++; // do this (print) every 50 frames because printing every // frame would bog down the arduino if (i%1 ==0) { //sprintf(buf, detected %d:n, blocks); //serial.print(buf); for (j=0; j= 0){ // serial.write(left); var = percentage / 0.4; _servo('l',var); }else if(percentage >= 60 && percentage <= 110){ //serial.write(right); var = (percentage - 60) / 0.5; _servo('r',var); }else{ //serial.write(middle); } } } } }
代码释义
我将x的位置从pixy转换为0-100%，并由此了解球的具体位置。通过获取球的位置，我可以调整伺服转速。如果球的位置<=10%，伺服会转得更快来维持平衡；如果在~40%附近，伺服会以很低的转速来维持平衡。想要一直保持平衡是比较棘手的，我们可以改进算法以使其更加精确。
以下是一些有益于提升的建议：
• 尝试多种算法
• 有多种类型的数学算法可以进行计算。我至少尝试了两到三种，但是最后决定选择该算法。我建议您自己来编写算法，以更好地掌握这种平衡的方法。
• 更好的硬件
• 对于本项目来说，没有什么材料可称得上是完美的，木材就更差得远了。如果我拥有及时可用的资源，那我会选择用金属来建造它，这样整个项目将会更加稳定和精确。
• 变得更快
• 我们如何做到使其更快地恢复平衡？我在这里使用了一个简单的伺服。我们可以将其替换为uart或者ax-12之类的伺服，它们会强大、快速得多。速度也与算法有关。同样，我建议您尝试不同的算法，以找到适用于您的目的的算法。
有许多项目使用类似的概念来对平衡某物体。除了pixy，您还可以将opencv与任何网络相机一起使用来检测目标和颜色。除了processing，还有max/msp版本5。您可以使用距离传感器、压力传感器等。因此，有多种方式可以帮助您对该项目进行提升，使其更加坚固、稳定和更快。
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cmucam5 pixy 相机
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木片和螺丝
数据线（用于相机usb mini 以及uno usb b）
用于伺服的5v外部电源（！警告！如果您将伺服连接到arduino通过usb进行供电，您的arduino将会被烧坏）
软件
arduino ide 1.6.9
pixymon 软件 (https://cmucam.org/projects/cmucam5/wiki/install_pixymon_on_windows_vista_7_8)
pixymon 用于 arduino 的库(https://cmucam.org/projects/cmucam5/wiki/latest_release)
processing 3.1.1 (https://processing.org/download/?processing)
processing的简单介绍
processing是非常有用又灵活的一款软件。它主要用于视觉艺术和科技领域的视觉语言。这款软件具有100多个库，可支持各种项目。它的文档非常齐全，提供了许多使用指南，涵盖了从编程基础到可视化等各种主题。它能够支持所有操作系统（gnu/linux, mac os x, 和 windows）。该软件的设计几乎和arduino ide相同。
今天，我们将使用processing，通过串行通信实现与arduino之间的通信。
图1：processing界面
项目概况
在此项目中，我将制作一个球平衡梁，一个用木头制成的“通道”将会像一杆秤那样使球保持平衡（图2）。平衡梁44cm宽，3cm高。我把它制造的像通道一样狭窄，使我们所追踪的球不会掉落出去。
我使用s06nf伺服电机来移动整个平衡梁，该电机由arduino进行控制。之后我们会看一下在本教程后面部分的代码。现在，我已经将伺服放置在了距离平衡梁左端¼的位置。
图2：s06nf std 伺服电机/ ©robotshop inc.
伺服将上下移动平衡梁，同时，球也会沿着该路径移动。
图3：平衡梁上下移动
数码相机将会放置在平衡梁上。我将相机的视野范围设置为仅限于平衡梁。这样，相机就会只追踪球，不追踪任何其他物体了。
平衡梁结构
首先，我们需要一些用于构建平衡梁的材料。我将要使用的是一种简单的xxmm木材（20cm x 27cm）。我用圆锯来切割木材，但是您可以使用现有的任何类型的锯来完成切割，只要能够保障切割面平整、均匀即可。
图4：xxmm木材
请记住，只有使用正确的工具才能够制造出完美的平衡梁！我使用的是一把锤子、一把直尺、钉子、砂纸、热胶、一个钻头和一把锯子。
图5：工具
首先，我将制造一个通道，使球能够在其中左右移动。通道的侧面由四块木板组成（每个21cm x 3cm）。通道在高度方向的两端将由两块木板（4cm x 3cm）封接。底座的尺寸是42cm x 3cm x 1cm。
我使用15mm大帽钉来连接零部件。
图6：封闭通道
在通道中间建立倾斜点有很多种方法。我使用了一种非常简单的方法，因为成本最低且最容易实现。我用了一个长钉子，两个像轴承一样的小管子，先标记了通道的中心点，然后将这些小轴承热粘合到该中心点，再插入钉子。
图7：用于构建倾斜点的钉子和管子
为了设置倾斜点，我们还需要为钉子制作支架。我用了两块8cm x 2cm的木板，如图8所示。我还制作了一个小平台，可以将所有东西放置在一起，尺寸为12cm x 4.5cm。
图8：倾斜点支架
我使用了一小块木材来安装伺服并将其架起。
图9：安装在木板上的伺服
在本教程中我使用的是arduino uno，但是您也可以使用其他具有spi连接器的arduino来连接到pixy相机。
连接所有部件
一旦构建完成，下一步就是将pixy相机连接到arduino，然后再连接到伺服。原理图与 cmucam5 pixy视觉相机传感器简介中的相同。我仍然使用外部5v电源为伺服供电。
！警告！不要忘记连接接地端。如果没有将电源、伺服和arduino接地端相连接，伺服将会失控！
图10：接线图
接下来，我需要在平衡梁结构上方的某个位置设置pixy，以便它可以随时检测到球的位置。调整设置使其仅可以对球进行检测。请参考第一部分进行设置。
图11：pixy视觉
现在，让我们来看一些代码。为了检测伺服是否工作正常，我修改了中间、最右边和最左边的角度，使其适合于我的结构。
#include uint8_t leveled = 110; //middle positon for s1 to keep the board leveleduint8_t far_right = 180; //far left positon for s1 to keep the board leveleduint8_t far_left = 0; //far right positon for s1 to keep the board leveleservo s; void setup(){s.write(leveled); delay(2000); s.write(far_right); delay(2000); s.write(far_left); delay(2000);}void loop(){}
当然，您可以根据自己的喜好来调整变量。
之前，我介绍了一个名叫processing的软件。我将使用它通过串行通信来实现与arduino的通信。
arduino 代码
简单的串行通信:
#include #include char val; // data received from the serial port int ledpin = 13; // set the pin to digital i/o 13void setup() { pinmode(ledpin, output); // set pin as output serial.begin(9600); // start serial communication at 9600 bps } void loop() { if (serial.available()) { // if data is available to read, val = serial.read(); // read it and store it in val } if (val == '1') { // if 1 was received digitalwrite(ledpin, high); // turn the led on } else { digitalwrite(ledpin, low); // otherwise turn it off } delay(10); // wait 10 milliseconds for next reading}
processing 代码
import processing.serial.*;serial myport; // create object from serial classvoid setup(){ size(200,200); //make our canvas 200 x 200 pixels big string portname = serial.list()[0]; //change the 0 to a 1 or 2 etc. to match your port myport = new serial(this, portname, 9600);}void draw() { if (mousepressed == true) { //if we clicked in the window myport.write('1'); //send a 1 println(1); } else { //otherwise myport.write('0'); //send a 0 } }
改代码创建了一个200×200像素的窗口并初始化串行端口。draw()空函数用于检查是否在窗口上按下了鼠标（如果按下写入1，没有按下则写入0）。
现在，我们来测试代码。点击运行，然后尝试点击窗口中任意位置，这时您的led灯应发生闪烁，这就表示着一切工作正常！
图12：processing 和 arduino代码的基本测试
使用processing编程
我获取了伺服的相关值，并在processing中对其进行了处理，所以产生了一个类似于下图所示的图片。
图13：示例图片
请用以下代码创建图像：
import processing.serial.*;serial myport; // the serial portint xpos = 1; // horizontal position of the graphfloat inbyte = 0;void setup () { // set the window size: size(400, 300); // list all the available serial ports // if using processing 2.1 or later, use serial.printarray() println(serial.list()); // i know that the first port in the serial list on my mac // is always my arduino, so i open serial.list()[0]. // open whatever port is the one you're using. myport = new serial(this, serial.list()[0], 9600); // don't generate a serialevent() unless you get a newline character: myport.bufferuntil('n'); // set inital background: background(0);}void draw () { // draw the line: stroke(127, 34, 255); line(xpos, height, xpos, height - inbyte); // at the edge of the screen, go back to the beginning: if (xpos >= width) { xpos = 0; background(0); } else { // increment the horizontal position: xpos++; }}void serialevent (serial myport) { // get the ascii string: string instring = myport.readstringuntil('n'); if (instring != null) { // trim off any whitespace: instring = trim(instring); // convert to an int and map to the screen height: inbyte = float(instring); println(inbyte); inbyte = map(inbyte, 0, 1023, 0, height); }}
arduino 代码:
#include #include #include #include //37 164 288uint8_t leveled = 110; //middle positon for s1 to keep the board leveled uint8_t far_right = 180; //far left positon for s1 to keep the board leveleduint8_t far_left = 0; //far right positon for s1 to keep the board leveleint current_pos = leveled;int percentage,var,_percen;servo s; pixy pixy;void test_board(){ while(serial.read() != 'b'); serial.write(starting test); s.write(leveled); delay(2000); s.write(far_right); delay(2000); s.write(far_left); delay(2000); serial.write(finished test, press any key to continue); while(serial.read() != 'c'); s.write(current_pos); serial.write(continued);}void setup() { serial.begin(9600); s.attach(9); pixy.init(); while (!serial); //test_board(); s.write(current_pos);}void _servo(unsigned char side,int var){ //by the % we get how hard we need to wip :d var = var - 90; if(side == 'l'){ //serial.write(left); //90 180 _percen = 90 + var; s.write(_percen); }else{ //serial.write(right); //0 90 _percen = 90 - var; s.write(_percen); }}void loop() { static int i = 0; int j; uint16_t blocks; char buf[32]; // grab blocks! blocks = pixy.getblocks(); // if there are detect blocks, print them! if (blocks) { i++; // do this (print) every 50 frames because printing every // frame would bog down the arduino if (i%1 ==0) { //sprintf(buf, detected %d:n, blocks); //serial.print(buf); for (j=0; j= 0){ // serial.write(left); var = percentage / 0.4; _servo('l',var); }else if(percentage >= 60 && percentage <= 110){ //serial.write(right); var = (percentage - 60) / 0.5; _servo('r',var); }else{ //serial.write(middle); } } } } }
代码释义
我将x的位置从pixy转换为0-100%，并由此了解球的具体位置。通过获取球的位置，我可以调整伺服转速。如果球的位置<=10%，伺服会转得更快来维持平衡；如果在~40%附近，伺服会以很低的转速来维持平衡。想要一直保持平衡是比较棘手的，我们可以改进算法以使其更加精确。
以下是一些有益于提升的建议：
• 尝试多种算法
• 有多种类型的数学算法可以进行计算。我至少尝试了两到三种，但是最后决定选择该算法。我建议您自己来编写算法，以更好地掌握这种平衡的方法。
• 更好的硬件
• 对于本项目来说，没有什么材料可称得上是完美的，木材就更差得远了。如果我拥有及时可用的资源，那我会选择用金属来建造它，这样整个项目将会更加稳定和精确。
• 变得更快
• 我们如何做到使其更快地恢复平衡？我在这里使用了一个简单的伺服。我们可以将其替换为uart或者ax-12之类的伺服，它们会强大、快速得多。速度也与算法有关。同样，我建议您尝试不同的算法，以找到适用于您的目的的算法。
有许多项目使用类似的概念来对平衡某物体。除了pixy，您还可以将opencv与任何网络相机一起使用来检测目标和颜色。除了processing，还有max/msp版本5。您可以使用距离传感器、压力传感器等。因此，有多种方式可以帮助您对该项目进行提升，使其更加坚固、稳定和更快。
苏宁易购 vivo高层会面，助力X70系列旗舰新品上市！
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一文解析51单片机定时器（下）
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