MicroPython 遥控小车

使用EV3主机上的按键控制小车还是比较麻烦，能不能通过遥控来控制小车呢？

当然可以！

乐高提供了一个红外线传感器和遥控器：

但是红外遥控器需要很强的方向性，而且那个遥控器太简陋了，连个摇杆都没有。

还有一种方式是使用蓝牙手柄，这样我们就可以找一个游戏手柄直接通过蓝牙控制小车，太方便了有木有！

我找了一个任天堂的游戏手柄：

理论上支持蓝牙的游戏手柄都是可用的，标准游戏手柄按键如下：

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把游戏手柄和EV3主机用蓝牙连起来很简单，但是怎么用Python程序读取手柄的输入？

一般来说，从外部设备读取输入时，应用程序并不直接与外设打交道，而是由操作系统通过驱动程序连接外设，然后，通过操作系统提供的API读取输入。Windows程序可以通过DirectX访问外设，运行在网页的JavaScript程序可以通过浏览器提供的Gamepad API。

EV3主机运行的是Debian Linux，那么Python程序如何在Linux下读取手柄的输入？

在Linux中，系统把每个外设都映射为文件，每个设备的输入也被映射为文件。/proc目录挂载的就是Linux的虚拟文件系统，映射Linux的进程信息和设备信息。我们登录到EV3，查看/proc/bus/input/devices文件：

$ cat /proc/bus/input/devices 
I: Bus=0000 Vendor=0000 Product=0000 Version=0000
N: Name="LEGO MINDSTORMS EV3 Speaker"
P: Phys=
S: Sysfs=/devices/platform/sound/input/input0
U: Uniq=
H: Handlers=kbd event0 
B: PROP=0
B: EV=40001
B: SND=6

I: Bus=0019 Vendor=0001 Product=0001 Version=0100
N: Name="EV3 Brick Buttons"
P: Phys=gpio-keys/input0
S: Sysfs=/devices/platform/gpio_keys/input/input1
U: Uniq=
H: Handlers=kbd event1 
B: PROP=0
B: EV=3
B: KEY=1680 0 0 10004000

这个文件列出了目前系统可用的输入设备，上述两段分别代表扬声器和按钮设备。如果我们把蓝牙手柄连接到EV3，再查看文件，发现多了一段内容：

I: Bus=0005 Vendor=057e Product=2009 Version=0001
N: Name="Pro Controller"
P: Phys=00:17:ec:13:d8:1d
S: Sysfs=/devices/platform/soc@1c00000/serial8250.2/tty/ttyS2/hci0/hci0:2/0005:057E:2009.0003/input/input4
U: Uniq=00:90:e3:9b:ec:e9
H: Handlers=event2 
B: PROP=0
B: EV=10001b
B: KEY=ffff0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0
B: ABS=3001b
B: MSC=10

我们通过N: Name="xxx"来搜索手柄设备，然后，通过H: Handlers=xxx获取设备的输入文件。例如，上述蓝牙手柄的名称是Pro Controller，输入是event2，对应到系统文件就是/dev/input/event2。Python代码实现如下：

定义InputDevice类表示输入设备：

class InputDevice():
    def __init__(self):
        self.name = ''
        self.handler = ''

    def __str__(self):
        return '<Input Device: name=%s, handler=%s>' % (self.name, self.handler)

    def setName(self, name):
        if len(name) >= 2 and name.startswith('"') and name.endswith('"'):
            name = name[1:len(name)-1]
        self.name = name

    def setHandler(self, handlers):
        for handler in handlers.split(' '):
            if handler.startswith('event'):
                self.handler = handler

定义函数listDevices()通过读取/proc/bus/input/devices文件获取所有设备：

def listDevices():
    devices = []
    with open('/proc/bus/input/devices', 'r') as f:
        device = None
        while True:
            s = f.readline()
            if s == '':
                break
            s = s.strip()
            if s == '':
                devices.append(device)
                device = None
            else:
                if device is None:
                    device = InputDevice()
                if s.startswith('N: Name='):
                    device.setName(s[8:])
                elif s.startswith('H: Handlers='):
                    device.setHandler(s[12:])
    return devices

定义函数detectJoystick()通过名字模糊查找手柄设备：

def detectJoystick(joystickNames):
    for device in listDevices():
        for joystickName in joystickNames:
            if joystickName in device.name:
                # 返回输入文件:
                return '/dev/input/%s' % device.handler
    # 未找到返回None:
    return None

搜索到手柄设备后打开文件读取输入：

eventFile = detectJoystick(['Controller'])
if eventFile:
    with open(eventFile, 'rb') as infile:
        while True:
            # 读取输入

现在最关键的问题来了：eventX文件应该以何种格式读取？

让我们搜索一下Linux文档，在input.txt中详细说明了eventX文件的输入格式。Linux系统把每一个输入事件都封装为一个C结构体让我们直接读取：

struct input_event {
    struct timeval time; // 16字节时间戳
    unsigned short type; // 2字节事件类型
    unsigned short code; // 2字节事件代码
    unsigned int value; // 4字节事件值
};

每次读取24字节并按照C的struct类型解码，即可得到手柄输入的全部信息。在Python程序中，可以用struct读取：

FORMAT = 'llHHI'
EVENT_SIZE = struct.calcsize(FORMAT)
with open(eventFile, 'rb') as infile:
    while True:
        event = infile.read(EVENT_SIZE)
        _, _, t, c, v = struct.unpack(FORMAT, event)
        print('t = %s, c = %s, v = %s' % (t, c, v))

注意到unpack()方法的返回值，我们丢弃了前两个8字节整数，保留了t、c、v，分别是2字节无符号整数、2字节无符号整数和4字节无符号整数。

根据Linux文档，再打印出每个事件的详细数据，把手柄的按键和摇杆都按一遍，就可以得到按键编码如下：

t==1时表示按键，此时v==1表示按下，v==0表示释放，v==2表示持续按下，对应的c表示按键编码。要检测A、B按钮按下，可以这么写：

if t == 1 and v == 1:
    if c == 305:
        # Button A pressed
        pass
    if c == 304:
        # Button B pressed
        pass

摇杆数据则比较复杂，类型t==3表示摇杆，如果c==0，表示左摇杆的左右移动，如果c==1，表示左摇杆的上下移动，v的值介于0~65535，32768表示中心值，越往两侧偏移越多则越接近最大和最小值：

      0
      ▲
      │
0 <───┼───> 65535
      │
      ▼
    65535

现在我们就可以通过一个读取手柄的无限循环来控制小车：

def joystickLoop(robot, eventFile):
    FORMAT = 'llHHI'
    EVENT_SIZE = struct.calcsize(FORMAT)
    with open(eventFile, 'rb') as infile:
        while True:
            event = infile.read(EVENT_SIZE)
            _, _, t, c, v = struct.unpack(FORMAT, event)
            if t == 1 and v == 1:
                if c == 305:
                    # A键加速:
                    robot.setSpeed(1)
                elif c == 304:
                    # B键减速:
                    robot.setSpeed(-1)
                elif c == 307:
                    # X键退出:
                    return robot.inactive()
            elif t == 3:
                if c == 1:
                    # 左摇杆上下移动:
                    speed = 0
                    if v < 32768:
                        # 加速:
                        speed = 1
                    elif v > 32768:
                        # 减速:
                        speed = -1
                    robot.setSpeed(speed)

但是另一个问题来了：主线程通过死循环读取手柄输入，那么怎么读取超声波传感器的数据？

可以利用Python的threading启动多线程，在另一个线程中不断检测超声波传感器，并在条件达到的时候自动停车：

def autoStopLoop(robot):
    while robot.active:
        if robot.speed > 0 and robot.ultrasonic.distance() < 200:
            robot.setSpeed(0)
        wait(100)

joystickEvent = detectJoystick(['Controller'])
robot = Robot()
t = threading.Thread(target=autoStopLoop, args=(robot,))
t.start()
joystickLoop(robot, joystickEvent)

到此为止，一个蓝牙手柄控制的机器人程序就宣告完成。试试效果：

参考源码

rccar