Nous allons voir dans cet article comment réaliser une station de pilotage à distance pour commander des servos moteurs, à l’aide d’un Raspberry Pi, d’un joypad et d’un lien WiFi. Dans cet exemple j’uitiliserai un eeePC 901 pour la station de pilotage, mais il est tout à fait possible d’utiliser un deuxième Raspberry Pi.
Voici un schéma global :
La construction de ce dispositif se fait en trois étapes :
- Contrôle des servos moteurs par le Pi
- Utilisation du joypad
- Envoi des commandes à distance par wifi
Liste du matériel utilisé dans cet article
1 – Contrôle des servos moteurs par le Pi
Pour piloter plusieurs servos moteurs avec un Pi, nous n’avons d’autre choix que de passer par une carte contrôleur. Le site Adafruit propose justement un circuit permettant de contrôler jusqu’à 16 servos moteurs en utilisant le bus I²C (disponible sur le GPIO du Pi comme expliqué dans cet article GPIO – Entrée en matière).
Vous pouvez acheter ce circuit directement sur le site d’Adafruit : Adafruit 16-Channel 12-bit PWM/Servo Driver – I2C interface – PCA9685
Vous devrez sortir votre fer et souder les broches sur le circuit imprimé 🙂 Un bornier est prévu pour connecter une source d’alimentation. J’utilise un bloc coupleur de pile avec 4 piles AA pour fournir une tension de 6V, parfait pour alimenter mes servos moteurs.
Côté servos, je dispose de deux gros FUTABA S3010 et d’un minuscule FUTABA S3114.
Le branchement de la carte sur le Pi peut se faire simplement à l’aide de wire jumpers. Il suffit de connecter l’alimentation (3,3V et la masse/ground) ainsi que les broches SCL et SDA comme sur le schéma ci-dessous :
Une fois les branchements effectués, il convient d’activer le support de l’I²C sur le Raspberry Pi. Ceci se fait en deux étapes :
1 – Editez le fichier /etc/modules et ajoutez les deux lignes suivantes :
i2c-bcm2708
i2c-dev
2 – Editez ensuite le fichier /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf et commentez les deux lignes suivantes (en ajoutant # au début de ces deux lignes) :
# blacklist spi-bcm2708
# blacklist i2c-bcm2708
Pour finir, installez l’outil i2c-tools et redémarrez le Pi :
apt-get install i2c-tools
shutdown -r now
Pour vérifer que la carte est bien reconnue par le Pi, lancez la commande suivante :
i2cdetect -y 1 # pour la révision 2 du Pi
ou
i2cdetect -y 0 # pour la première version du Pi
Vous devriez obtenir ce résultat :
root@raspberrypi:~# i2cdetect -y 1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: 40 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: 70 -- -- -- -- -- -- --
Bien ! Nous allons maintenant écrire le programme en Python qui va nous permettre de piloter ces servos moteurs. Python est installé par défaut sur Raspbian, il ne manque que certains paquets :
apt-get install python-dev python-rpi.gpio python-smbus
Adafruit propose une librairie Python qui permet de dialoguer facilement avec les différents composants distribués par son site. Nous n’allons pas nous en priver 🙂 Pour télécharger la dernière version disponible de cette librairie, il suffit d’en récupérer les sources sur le dépôt GIT :
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit-Raspberry-Pi-Python-Code.git
La partie qui nous intéresse ici se trouve dans le répertoire Adafruit-Raspberry-Pi-Python-Code/Adafruit_PWM_Servo_Driver.
Dans un premier temps, voici un petit script qui permet de tester les servos test_servo.py :
#!/usr/bin/python
from Adafruit_PWM_Servo_Driver import PWM
import sys
pwm = PWM(0x40, debug=True)
pwm.setPWMFreq(60)
pwm.setPWM(int(sys.argv[1]), 0, int(sys.argv[2]))
Pensez à rendre ce script exécutable grâce à la commande chmod 755 test_servo.py
Ce script prend deux paramètres :
- l’id du port contrôlant un servo de 0 à 15
- une valeur, généralement entre 150 et 600 qui détermine la position que doit prendre le servo
Exemples pour commander le servo branché sur le premier port (ayant pour id 0) :
./test_servo.py 0 480
./test_servo.py 0 240
Et voilà, si tout s’est bien passé, vous devriez pouvoir piloter vos servos de cette manière. Nous verrons plus loin dans cet article comment les piloter avec un joypad et à distance 🙂
Note : Je ne sais absolument pas pourquoi le troisième paramètre de la fonction setPWM() doit être entre 150 et 600… De même, je ne sais pas à quoi correspond le deuxième paramètre attendu par cette fonction. Si quelqu’un connaît la réponse, merci de nous expliquer cela en commentaire de cet article 🙂
2 – Utilisation du joypad
Je dispose d’un magnifique joypad USB, modèle Saitek P990 munis de deux mini-joysticks ou « chapeaux chinois ». Nous allons utiliser ces deux joysticks pour piloter nos servos.
Un joystick qu’est ce que c’est ? En fait, c’est simplement un potentiomètre dont la valeur (la résistance) est interprétée et traduite en nombre. Sur ce modèle de joypad, les valeurs sont échantillonnées de 0 à 1023 (soit 1024 valeurs possibles). Pour obtenir deux axes, il y a deux potentiomètres par joystick. Avec deux joysticks, nous avons donc de quoi piloter indépendamment 4 servos 🙂
La librairie Python evdev permet d’interagir facilement avec les événements déclenchés par des périphériques USB. Pour l’installer :
apt-get install python-pip python-dev
pip install evdev
Avant d’écrire un script Python qui sache interpréter les actions de ces joysticks, vous devez connaître l’identifiant « event » attribué par le système au moment où vous branchez votre joypad USB.
lsusb
Bus 001 Device 003: ID 05e3:0608 Genesys Logic, Inc. USB-2.0 4-Port HUB
Bus 001 Device 005: ID 05e3:0505 Genesys Logic, Inc.
Bus 002 Device 003: ID 06a3:040b Saitek PLC P990 Dual Analog Pad
Bus 005 Device 002: ID 0b05:b700 ASUSTek Computer, Inc. Broadcom Bluetooth 2.1
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub
Bus 003 Device 001: ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub
Bus 004 Device 001: ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub
Bus 005 Device 001: ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub
Bus 001 Device 006: ID 11b0:6148 ATECH FLASH TECHNOLOGY
Bus 001 Device 007: ID 05af:3062 Jing-Mold Enterprise Co., Ltd Cordless Keyboard
Bus 001 Device 008: ID 046d:c016 Logitech, Inc. Optical Wheel Mouse
Mon joypad est bien reconnu par le système avec la dénomination : « Saitek PLC P990 Dual Analog Pad« .
cat /proc/bus/input/devices
Cherchez la référence à votre joypad et repérez l’identifiant « event », ici nous avons l’identifiant « event6« .
[...]
I: Bus=0003 Vendor=06a3 Product=040b Version=0100
N: Name="Saitek P990 Dual Analog Pad"
P: Phys=usb-0000:00:1d.0-2/input0
S: Sysfs=/devices/pci0000:00/0000:00:1d.0/usb2/2-2/2-2:1.0/input/input15
U: Uniq=
H: Handlers=event6 js0
B: PROP=0
B: EV=1b
B: KEY=3fff 0 0 0 0 0 0 0 0 0
B: ABS=30027
B: MSC=10
[...]
A chaque fois que l’on va presser un bouton sur le joypad, ou actionner un de ses joysticks, un événement sera déclenché. Il s’agit donc de surveiller en permanence les événements déclenchés et d’agir en fonction. Voici maintenant un petit script Python qui permet de tester votre joypad et d’identifier les différents événements liés à chaque joystick et chaque bouton : test_joypad.py
#!/usr/bin/python
from evdev import InputDevice, categorize, ecodes
from time import sleep
from datetime import date
import os, sys, socket
dev = InputDevice('/dev/input/event6') # reprendre le même identifiant "event"
print(dev)
for event in dev.read_loop(): # boucle qui surveille l'arrivée d'un événement
e_code=event.code
e_type=event.type
e_value=event.value
print(str(e_type)+' - '+str(e_code)+' - '+str(e_value))
A chaque fois que vous toucherez quelque chose sur votre joypad, ce script affichera trois variables, e_code, e_type et e_value :
./test_joystick.py
device /dev/input/event6, name "Saitek P990 Dual Analog Pad", phys "usb-0000:00:1d.0-2/input0"
3 - 0 - 508
3 - 0 - 412
3 - 0 - 347
3 - 0 - 391
3 - 0 - 457
3 - 0 - 511
3 - 1 - 602
3 - 1 - 701
3 - 1 - 771
3 - 1 - 659
3 - 1 - 561
3 - 1 - 511
Voilà ce que j’obtiens en actionnant le joystick gauche de mon joypad, identifié par l’e_code 3. Dans l’axes des X, j’obtiens un e_type 0, et un e_type 1 pour l’axe des Y. Lorsque je relâche le joystick en position centrale, les valeurs sont proches de 512 (valeur médiane entre 0 et 1023). Ces caractéristiques sont propres à ce modèle de joypad, mais le principe de fonctionnement est le même pour tous 🙂 Ce petit script vous permettra de noter l’e_code et l’e_type de chaque bouton et joystick que vous voulez utiliser.
Pour ma part, j’ai trois servos à piloter, et je dispose de deux joysticks avec chacun deux axes. J’utiliserai l’axe X du joystick gauche (e_code 3, e_type 0) pour piloter le servo 1. L’axe Y du joystick gauche (e_code 3, e_type 1) pour piloter le servo 2. Et enfin l’axe X joystick droit (e_code 3, e_type 5) pour piloter le servo 3 🙂
A partir de là, vous pouvez facilement imaginer associer le servo 1 au roulis d’un avion, le servo 2 au tangage et le servo 3 au lacet par exemple 🙂
La dernière étape consiste à envoyer les commandes du joypad, branché sur la station de pilotage, au Raspberry Pi qui répercutera les ordres sur ses servos 🙂
3 – Envoi des commandes à distance par wifi
Nous avons d’un côté un script Python qui tourne sur un Raspberry Pi qui a pour rôle de piloter des servos. De l’autre, nous avons un eeePC (ou autre machine…), qui exécute un second script Python dont le but est d’interpréter les commandes envoyées par un joypad. Il s’agit maintenant de faire communiquer ces deux scripts entre eux, ce que nous pouvons facilement faire grâce aux sockets 🙂
Sans trop rentrer dans les détails, il s’agit d’ouvrir une socket au niveau du script qui s’exécute sur le Pi afin qu’il soit à l’écoute de messages envoyés par le script côté « station de pilotage ». Le script côté « station de pilotage » se connecte à cette socket en passant par le réseau IP (via WiFi), et envoie les commandes déclenchées par le joypad.
Côté Raspberry Pi :
#!/usr/bin/python
from Adafruit_PWM_Servo_Driver import PWM
import sys, os, socket
listen_address = ('0.0.0.0', 12800) # écoute sur toutes les interface sur le port 12800
srv_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # protocole UDP
srv_socket.bind(listen_address)
print "server enabled"
pwm = PWM(0x40, debug=True) # initialisation de la carte contrôleur
pwm.setPWMFreq(60)
while True:
query, clt_address = srv_socket.recvfrom(1024) # écoute les message
order=query.split('_') # on découpe les messages reçus
servo=order[0]
pos=order[1]
print str(query)+' - '+str(servo)+' - '+str(pos) # on affiche les infos
pwm.setPWM(int(servo), 0, int(pos)) # on envoie la commande au servo
sys.exit(0)
Côté Station de pilotage :
#!/usr/bin/python
from evdev import InputDevice, categorize, ecodes
from time import sleep
from datetime import date
import os, sys, socket
now = date.today()
print(now)
clt_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # protocole UDP
srv_address = ('192.168.101.27', 12800) # on vise l'adresse IP du Pi sur le port 12800
dev = InputDevice('/dev/input/event6') # initialisation du joypad
print(dev)
def convertAxis (value, axis_max): # fonction qui convertie les valeurs des joystick
facteur=axis_max/490
new_value=int(round((value/facteur)+150, 0))
return new_value
for event in dev.read_loop(): # pour chaque événement détecté
e_code=event.code
e_type=event.type
e_value=event.value
print(str(e_type)+' - '+str(e_code)+' - '+str(e_value))
if e_type == 3:
if e_code == 0: # à destination du servo 1
servo_pos=str(convertAxis (e_value, 1024))
clt_socket.sendto("0_"+servo_pos, srv_address)
elif e_code == 1: # à destination du servo 2
servo_pos=str(convertAxis (e_value, 1024))
clt_socket.sendto("1_"+servo_pos, srv_address)
elif e_code == 5: # à destination du servo 3
servo_pos=str(convertAxis (e_value, 512))
clt_socket.sendto("2_"+servo_pos, srv_address)
Conclusions
En déclinant ce principe, vous pouvez piloter de nombreux servos moteurs à distance et commencer à envisager la construction systèmes complexes comme des robots ou des drones 🙂
En parlant de drone, ces articles relatifs au GPIO me serviront à construire un drone avion, comme expliqué ici : Raspberry Pi BOA Drone 🙂
Cependant, certaines zones d’ombre persistes, notamment sur le pilotage de servos. L’utilisation de la lib distribuée par Adafruit évite de se poser de question, cela fonctionne immédiatement. La contre partie, c’est qu’on ne comprend pas forcément tout ce qui se passe. Aussi, j’invite les lecteurs de ce blog à intervenir en commentaire de cet article afin d’apporter des informations complémentaires, des idées ou simplement des remarques 🙂
Merci à vous 🙂
La réponse : faire un deuxième bateau, plus simple, plus petit, qui pourra accompagner le premier.
