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【雕爷学编程】MicroPython手册之 ESP32-CAM 远程视频小车_micropython智能车
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MicroPython是为了在嵌入式系统中运行Python 3编程语言而设计的轻量级版本解释器。与常规Python相比，MicroPython解释器体积小(仅100KB左右)，通过编译成二进制Executable文件运行，执行效率较高。它使用了轻量级的垃圾回收机制并移除了大部分Python标准库，以适应资源限制的微控制器。
MicroPython主要特点包括:
1、语法和功能与标准Python兼容,易学易用。支持Python大多数核心语法。
2、对硬件直接访问和控制,像Arduino一样控制GPIO、I2C、SPI等。
3、强大的模块系统,提供文件系统、网络、图形界面等功能。
4、支持交叉编译生成高效的原生代码,速度比解释器快10-100倍。
5、代码量少,内存占用小,适合运行在MCU和内存小的开发板上。
6、开源许可,免费使用。Shell交互环境为开发测试提供便利。
7、内置I/O驱动支持大量微控制器平台，如ESP8266、ESP32、STM32、micro:bit、掌控板和PyBoard等。有活跃的社区。
MicroPython的应用场景包括:
1、为嵌入式产品快速构建原型和用户交互。
2、制作一些小型的可 programmable 硬件项目。
3、作为教育工具,帮助初学者学习Python和物联网编程。
4、构建智能设备固件,实现高级控制和云连接。
5、各种微控制器应用如物联网、嵌入式智能、机器人等。
使用MicroPython需要注意:
1、内存和Flash空间有限。
2、解释执行效率不如C语言。
3、部分库函数与标准版有差异。
4、针对平台优化语法,订正与标准Python的差异。
5、合理使用内存资源,避免频繁分配大内存块。
6、利用原生代码提升速度关键部位的性能。
7、适当使用抽象来封装底层硬件操作。
ESP32-CAM是一款基于ESP32芯片的小尺寸摄像头模块，具有低功耗、高性能、Wi-Fi和蓝牙功能等特点。根据我从网络上搜索到的信息，ESP32-CAM的核心技术参数如下：
1、CPU：双核32位LX6微处理器，主频高达240MHz，运算能力高达600 DMIPS
2、内存：内置520 KB SRAM，外置4-8MB PSRAM
3、存储：支持TF卡，最大32G
4、无线通信：支持802.11 b/g/n Wi-Fi和蓝牙4.2 BR/EDR和BLE标准
5、接口：支持UART/SPI/I2C/PWM/ADC/DAC等接口
6、摄像头：支持OV2640和OV7670摄像头，内置闪光灯，支持图片Wi-Fi上传
7、电源管理：支持多种休眠模式，深度睡眠电流最低达到6mA
8、封装形式：DIP封装，可直接插上底板使用
9、尺寸：2740.54.5mm
MicroPython的ESP32-CAM远程视频小车是基于ESP32-CAM模块和MicroPython编程的创客项目，旨在提供一个具备远程控制和视频传输功能的智能小车平台。
主要特点：
远程控制：ESP32-CAM远程视频小车可以通过无线网络实现远程控制。通过MicroPython编程，可以使用手机、电脑或其他设备对小车进行方向控制、速度调整等操作。
视频传输与实时监控：ESP32-CAM模块搭载了高质量的图像传感器和图像处理引擎，可以实时获取视频流数据并进行图像处理。通过无线网络，可以将小车上的摄像头捕获到的视频流传输到远程设备，实现实时监控和远程观察。
传感器和执行器扩展：ESP32-CAM远程视频小车提供了扩展接口，可以连接各种传感器和执行器。创客可以根据需要添加传感器，如超声波传感器、红外线传感器等，实现环境感知和避障功能。同时，可以添加执行器，如舵机、电机等，实现更多的动作和功能。
应用场景：
远程监控与巡检：ESP32-CAM远程视频小车可以应用于远程监控和巡检场景。例如，可以将小车放置在难以到达的区域或危险环境中，通过远程视频传输和控制，实时观察和管理目标区域，提高工作效率和安全性。
教育和学习：ESP32-CAM远程视频小车可以用于教育和学习领域。学生和爱好者可以通过编程控制小车，学习物联网、图像处理、远程控制等知识，并进行创意实践和项目开发。
娱乐和竞赛：ESP32-CAM远程视频小车可以作为娱乐和竞赛项目。创客可以组织小车竞赛，通过远程控制和视频传输，进行比赛和互动，增加趣味性和挑战性。
需要注意的事项：
安全性和隐私保护：在远程视频小车项目中，需要注意安全性和隐私保护。确保远程控制的安全性，避免未经授权的访问。同时，对于视频传输，需要合规收集和使用数据，保护个人隐私。
电池寿命和供电管理：远程视频小车使用电池供电时，需要注意电池寿命和供电管理。合理规划电池容量和充电策略，确保小车能够持续运行，并进行适时的充电。
控制信号延迟：在远程控制时，需要注意控制信号的延迟。无线网络和远程传输可能引入一定的延迟，影响实时性和控制精度。在设计和操作中，需要考虑延迟因素，确保操作的准确性和安全性。
综上所述，MicroPython的ESP32-CAM远程视频小车具备远程控制、视频传输与实时监控、传感器和执行器扩展等特点。它在远程监控与巡检、教育和学习、娱乐和竞赛等场景中具有广泛应用前景。在使用时需要注意安全性和隐私保护、电池寿命和供电管理，以及控制信号延迟等事项。
案例一：远程控制小车前进
import network import socket from machine import Pin, PWM from esp32 import ADC import time # 连接WiFi ssid = 'your_wifi_ssid' password = 'your_wifi_password' wlan = network.WLAN(network.STA_IF) wlan.active(True) wlan.connect(ssid, password) while not wlan.isconnected(): pass # 创建UDP套接字 udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) udp_socket.bind(('', 8000)) # 初始化摄像头模块 camera = camera() while True: # 捕获图像 img = camera.capture() # 将图像转换为字节串 img_bytes = img.tobytes() # 发送图像数据 udp_socket.sendto(img_bytes, ('192.168.1.100', 8000)) # 延时1秒 time.sleep(1)
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要点解读：
首先连接到WiFi网络，确保设备可以访问互联网。
创建一个UDP套接字，用于接收和发送图像数据。
初始化ESP32-CAM模块，捕获图像。
将捕获到的图像转换为字节串，并通过UDP套接字发送给指定的IP地址和端口。
每隔1秒发送一次图像数据。
案例二：远程控制小车停止
import network import socket from machine import Pin, PWM from esp32 import ADC import time # 连接WiFi ssid = 'your_wifi_ssid' password = 'your_wifi_password' wlan = network.WLAN(network.STA_IF) wlan.active(True) wlan.connect(ssid, password) while not wlan.isconnected(): pass # 创建UDP套接字 udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) udp_socket.bind(('', 8000)) # 初始化摄像头模块 camera = camera() while True: # 捕获图像 img = camera.capture() # 将图像转换为字节串 img_bytes = img.tobytes() # 发送图像数据 udp_socket.sendto(img_bytes, ('192.168.1.100', 8000)) # 延时1秒 time.sleep(1)
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要点解读：
首先连接到WiFi网络，确保设备可以访问互联网。
创建一个UDP套接字，用于接收和发送图像数据。
初始化ESP32-CAM模块，捕获图像。
将捕获到的图像转换为字节串，并通过UDP套接字发送给指定的IP地址和端口。
每隔1秒发送一次图像数据。
案例三：远程控制小车转向
import network import socket from machine import Pin, PWM from esp32 import ADC import time # 连接WiFi ssid = 'your_wifi_ssid' password = 'your_wifi_password' wlan = network.WLAN(network.STA_IF) wlan.active(True) wlan.connect(ssid, password) while not wlan.isconnected(): pass # 创建UDP套接字 udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) udp_socket.bind(('', 8000)) # 初始化摄像头模块 camera = camera() while True: # 捕获图像 img = camera.capture() # 将图像转换为字节串 img_bytes = img.tobytes() # 发送图像数据 udp_socket.sendto(img_bytes, ('192.168.1.100', 8000)) # 延时1秒 time.sleep(1)
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首先连接到WiFi网络，确保设备可以访问互联网。
创建一个UDP套接字，用于接收和发送图像数据。
初始化ESP32-CAM模块，捕获图像。
将捕获到的图像转换为字节串，并通过UDP套接字发送给指定的IP地址和端口。
每隔1秒发送一次图像数据。
案例四：小车控制
import network from machine import Pin, PWM import uvc import sensor ssid = "your_wifi_ssid" password = "your_wifi_password" pwm_pins = [27, 26] def connect_to_wifi(): wlan = network.WLAN(network.STA_IF) wlan.active(True) if not wlan.isconnected(): print("Connecting to WiFi...") wlan.connect(ssid, password) while not wlan.isconnected(): pass print("Connected to WiFi:", wlan.ifconfig()) def setup_motor(): motor_pins = [32, 33, 25, 14] for pin in motor_pins: Pin(pin, Pin.OUT).value(0) pwm1 = PWM(Pin(pwm_pins[0])) pwm2 = PWM(Pin(pwm_pins[1])) pwm1.freq(1000) pwm2.freq(1000) return pwm1, pwm2 def forward(pwm1, pwm2): pwm1.duty(1023) pwm2.duty(0) def backward(pwm1, pwm2): pwm1.duty(0) pwm2.duty(1023) def left(pwm1, pwm2): pwm1.duty(0) pwm2.duty(0) def right(pwm1, pwm2): pwm1.duty(1023) pwm2.duty(1023) def stop(pwm1, pwm2): pwm1.duty(512) pwm2.duty(512) def control_car(): connect_to_wifi() pwm1, pwm2 = setup_motor() sensor.reset() sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) sensor.set_framesize(sensor.QVGA) sensor.run(1) while True: img = sensor.snapshot() img.compress(quality=50) jpg_data = img.to_bytes() uvc.send(jpg_data) direction = input("Enter direction (w/s/a/d/x):") if direction == "w": forward(pwm1, pwm2) elif direction == "s": backward(pwm1, pwm2) elif direction == "a": left(pwm1, pwm2) elif direction == "d": right(pwm1, pwm2) elif direction == "x": stop(pwm1, pwm2) control_car()
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要点解读：
这段代码基于ESP32-CAM模块实现了小车控制。
在connect_to_wifi()函数中，连接到Wi-Fi网络。
在setup_motor()函数中，设置电机引脚和PWM频率，并返回两个PWM对象。
在forward()、backward()、left()、right()和stop()函数中，分别设置PWM占空比以控制小车的行驶方向。
在control_car()函数中，不断循环调用sensor.snapshot()获取摄像头捕获的图像，并使用UVC协议将JPEG数据以视频流的形式发送。然后，根据用户输入的指令通过调用上述5个函数控制小车行驶。
案例五：人体跟踪和小车控制
import network from machine import Pin, PWM import uvc import sensor ssid = "your_wifi_ssid" password = "your_wifi_password" pwm_pins = [27, 26] def connect_to_wifi(): wlan = network.WLAN(network.STA_IF) wlan.active(True) if not wlan.isconnected(): print("Connecting to WiFi...") wlan.connect(ssid, password) while not wlan.isconnected(): pass print("Connected to WiFi:", wlan.ifconfig()) def setup_motor(): motor_pins = [32, 33, 25, 14] for pin in motor_pins: Pin(pin, Pin.OUT).value(0) pwm1 = PWM(Pin(pwm_pins[0])) pwm2 = PWM(Pin(pwm_pins[1])) pwm1.freq(1000) pwm2.freq(1000) return pwm1, pwm2 def forward(pwm1, pwm2): pwm1.duty(1023) pwm2.duty(0) def backward(pwm1, pwm2): pwm1.duty(0) pwm2.duty(1023) def left(pwm1, pwm2): pwm1.duty(0) pwm2.duty(0) def right(pwm1, pwm2): pwm1.duty(1023) pwm2.duty(1023) def stop(pwm1, pwm2): pwm1.duty(512) pwm2.duty(512) def human_tracking_and_control(): connect_to_wifi() pwm1, pwm2 = setup_motor() sensor.reset() sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) sensor.set_framesize(sensor.QVGA) sensor.run(1) while True: img = sensor.snapshot() objects = img.detectable_objects() for obj in objects: if obj.class_id() == 1 and obj.rect()[2] > 100 and obj.rect()[3] > 100: img.draw_rectangle(obj.rect(), color=(255, 0, 0)) x_center = obj.x() + obj.w() // 2 y_center = obj.y() + obj.h() // 2 if x_center < 160: print("Go left!") left(pwm1, pwm2) elif x_center > 480: print("Go right!") right(pwm1, pwm2) elif y_center < 120: print("Go forward!") forward(pwm1, pwm2) else: stop(pwm1, pwm2) img.compress(quality=50) jpg_data = img.to_bytes() uvc.send(jpg_data) human_tracking_and_control()
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要点解读：
这段代码基于ESP32-CAM模块实现了人体跟踪和小车控制。
在connect_to_wifi()函数中，连接到Wi-Fi网络。
在setup_motor()函数中，设置电机引脚和PWM频率，并返回两个PWM对象。
在forward()、backward()、left()、right()和stop()函数中，分别设置PWM占空比以控制小车的行驶方向。
在human_tracking_and_control()函数中，不断循环调用sensor.snapshot()获取摄像头捕获的图像，并使用UVC协议将JPEG数据以视频流的形式发送。然后，使用img.detectable_objects()方法检测图像中的可识别对象，并对于检测到的每一个人体对象，使用obj.class_id()方法获取其类别ID和大小信息，然后根据其在图像中的位置调用上述5个函数控制小车行驶。
案例六：线追踪和小车控制
import network from machine import Pin, PWM import uvc import sensor ssid = "your_wifi_ssid" password = "your_wifi_password" pwm_pins = [27, 26] def connect_to_wifi(): wlan = network.WLAN(network.STA_IF) wlan.active(True) if not wlan.isconnected(): print("Connecting to WiFi...") wlan.connect(ssid, password) while not wlan.isconnected(): pass print("Connected to WiFi:", wlan.ifconfig()) def setup_motor(): motor_pins = [32, 33, 25, 14] for pin in motor_pins: Pin(pin, Pin.OUT).value(0) pwm1 = PWM(Pin(pwm_pins[0])) pwm2 = PWM(Pin(pwm_pins[1])) pwm1.freq(1000) pwm2.freq(1000) return pwm1, pwm2 def forward(pwm1, pwm2): pwm1.duty(1023) pwm2.duty(0) def backward(pwm1, pwm2): pwm1.duty(0) pwm2.duty(1023) def left(pwm1, pwm2): pwm1.duty(0) pwm2.duty(0) def right(pwm1, pwm2): pwm1.duty(1023) pwm2.duty(1023) def stop(pwm1, pwm2): pwm1.duty(512) pwm2.duty(512) def line_tracking_and_control(): connect_to_wifi() pwm1, pwm2 = setup_motor() sensor.reset() sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) sensor.set_framesize(sensor.QVGA) sensor.run(1) while True: img = sensor.snapshot() binary_img = img.to_grayscale().binary([100, 255]) line = binary_img.get_regression([(255, 255)], robust=True) if line: img.draw_line(line.line(), color=(255, 0, 0)) if line.x1() < 160: print("Go left!") left(pwm1, pwm2) elif line.x1() > 320: print("Go right!") right(pwm1, pwm2) else: print("Go forward!") forward(pwm1, pwm2) else: print("Stop!") stop(pwm1, pwm2) img.compress(quality=50) jpg_data = img.to_bytes() uvc.send(jpg_data) line_tracking_and_control()
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要点解读：
这段代码基于ESP32-CAM模块实现了线追踪和小车控制。
在connect_to_wifi()函数中，连接到Wi-Fi网络。
在setup_motor()函数中，设置电机引脚和PWM频率，并返回两个PWM对象。
在forward()、backward()、left()、right()和stop()函数中，分别设置PWM占空比以控制小车的行驶方向。
在line_tracking_and_control()函数中，不断循环调用sensor.snapshot()获取摄像头捕获的图像，并使用UVC协议将JPEG数据以视频流的形式发送。然后，使用二值化处理后的图像通过binary_img.get_regression([(255, 255)], robust=True)方法检测直线，并根据直线在图像中的位置调用上述5个函数控制小车行驶。
案例七：远程控制小车
import network from time import sleep from machine import Pin import sensor import image import lcd import time # 连接到Wi-Fi网络 def connect_wifi(): # ... # 初始化摄像头模块 def init_camera(): # ... # 远程控制小车 def remote_control(): try: while True: # 接收远程指令 command = receive_command() # 根据指令控制小车运动 if command == 'forward': move_forward() elif command == 'backward': move_backward() elif command == 'left': turn_left() elif command == 'right': turn_right() elif command == 'stop': stop() time.sleep(0.1) except Exception as e: print('远程视频小车 - 远程控制时出错:', e) # 接收远程指令 def receive_command(): # ... # 控制小车前进 def move_forward(): # ... # 控制小车后退 def move_backward(): # ... # 控制小车左转 def turn_left(): # ... # 控制小车右转 def turn_right(): # ... # 控制小车停止运动 def stop(): # ... # 主函数 def main(): connect_wifi() init_camera() remote_control() if __name__ == '__main__': main()
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要点解读：
在示例程序中，使用ESP32-CAM实现了远程视频小车的远程控制功能。
在remote_control()函数中，通过接收远程指令，根据指令控制小车的运动。例如，当接收到"forward"指令时，调用move_forward()函数使小车前进；当接收到"backward"指令时，调用move_backward()函数使小车后退；以此类推。
案例八：视频传输和实时控制
import network from time import sleep from machine import Pin import sensor import image import lcd import time import uwebsocket as websocket # 连接到Wi-Fi网络 def connect_wifi(): # ... # 初始化摄像头模块 def init_camera(): # ... # 视频传输和实时控制 def video_streaming(): try: while True: img = sensor.snapshot() # 将图像数据进行压缩和编码 # ... # 通过WebSocket实时传输图像数据到远程客户端 transmit_image_data(img) # 接收远程指令 command = receive_command() # 根据指令控制小车运动 if command == 'forward': move_forward() elif command == 'backward': move_backward() elif command == 'left': turn_left() elif command == 'right': turn_right() elif command == 'stop': stop() time.sleep(0.1) except Exception as e: print('远程视频小车 - 视频传输和实时控制时出错:', e) # 通过WebSocket实时传输图像数据到远程客户端 def transmit_image_data(img): # ... # 接收远程指令 def receive_command(): # ... # 控制小车前进 def move_forward(): # ... # 控制小车后退 def move_backward(): # ... # 控制小车左转 def turn_left(): # ... # 控制小车右转 def turn_right(): # ... # 控制小车停止运动 def stop(): # ... # 主函数 def main(): connect_wifi() init_camera() video_streaming() if __name__ == '__main__': main()
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要点解读：
在示例程序中，使用ESP32-CAM实现了远程视频小车的视频传输和实时控制功能。
在video_streaming()函数中，通过摄像头获取图像数据，并对图像数据进行压缩和编码。然后，通过WebSocket将图像数据实时传输到远程客户端，实现视频传输功能。同时，通过接收远程指令，根据指令控制小车的运动。
案例九：远程视频监控和遥控
import network from time import sleep from machine import Pin import sensor import image import lcd import time import uftpd import uwebsocket as websocket # 连接到Wi-Fi网络 def connect_wifi(): # ... # 初始化摄像头模块 def init_camera(): # ... # 远程视频监控和遥控 def remote_monitoring(): try: while True: img = sensor.snapshot() # 将图像数据进行压缩和编码 # ... # 通过WebSocket实时传输图像数据到远程客户端 transmit_image_data(img) # 接收远程指令 command = receive_command() # 根据指令控制小车运动 if command == 'forward': move_forward() elif command == 'backward': move_backward() elif command == 'left': turn_left() elif command == 'right': turn_right() elif command == 'stop': stop() time.sleep(0.1) except Exception as e: print('远程视频小车 - 远程视频监控和遥控时出错:', e) # 通过WebSocket实时传输图像数据到远程客户端 def transmit_image_data(img): # ... # 接收远程指令 def receive_command(): # ... # 控制小车前进 def move_forward(): # ... # 控制小车后退 def move_backward(): # ... # 控制小车左转 def turn_left(): # ... # 控制小车右转 def turn_right(): # ... # 控制小车停止运动 def stop(): # ... # 主函数 def main(): connect_wifi() init_camera() remote_monitoring() if __name__ == '__main__': main()
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要点解读：
在示例程序中，使用ESP32-CAM实现了远程视频小车的远程视频监控和遥控功能。
在remote_monitoring()函数中，通过摄像头获取图像数据，并对图像数据进行压缩和编码。然后，通过WebSocket将图像数据实时传输到远程客户端，实现远程视频监控功能。同时，通过接收远程指令，根据指令控制小车的运动。
请注意，以上案例只是为了拓展思路，可能存在错误或不适用的情况。不同的硬件平台、使用场景和MicroPython版本可能会导致不同的使用方法。在实际编程中，您需要根据您的硬件配置和具体需求进行调整，并进行多次实际测试。需要正确连接硬件并了解所使用的传感器和设备的规范和特性非常重要。对于涉及到硬件操作的代码，请确保在使用之前充分了解和确认所使用的引脚和电平等参数的正确性和安全性。
