Kauko-ohjaus langattomassa lähiverkossa

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli korvata kauko-ohjattavan auton radio-ohjaus langattomalla lähiverkkoyhteydellä, mikä käytännössä tarkoitti auton radiovastaanottimen korvaamista Raspberry Pi -tietokoneella, joka sopi työn tarkoituksiin erinomaisesti pienen kokonsa ja ominaisuuksiensa ansiosta. Tässä raportissa esitellään Raspberry Piin lisäksi muut työssä käytetyt laitteet ja ohjelmistot sekä käydään läpi työtä varten kirjoitetut ohjelmistokoodit vaihe vaiheelta. Työn varsinaisina tavoitteina, jotka kaikki täytettiin, oli oppia Python-ohjelmointikieltä, tutustua työskentelyyn Linux-ympäristössä sekä luoda toimiva sovellus.

Kauko-ohjattavan auton ohjauksen ja nopeudensäädön toiminta perustui pulssinleveysmodulaatioon, jolla ohjattiin auton moottoreita. Autossa oli kaksi moottoria, yksi servomoottori ohjausta varten ja yksi tasasähkömoottori liikkumiseen. Työn haasteena oli luoda moottoreille lähetetyt ohjaussignaalit niin, että ne vastaisivat radiovastaanottimen autolle lähettämiä signaaleita. Tässä opinnäytetyöraportissa esitellään kaksi vaihtoehtoista tapaa luoda nuo signaalit. Ensimmäinen tapa oli käyttää Raspberry Pi -tietokonetta ja siihen asennettua RPIO-Python-moduulia, ja toinen oli Raspberry Piin luku- ja kirjoitusominaisuuksien laajentaminen kytkemällä siihen Arduino Mega 2560 -kehitysalusta.

Komentojen välitys Raspberry Pi -tietokoneelle toteutettiin lähiverkossa näkyvän verkkosivun kautta, johon sai yhteyden kirjoittamalla Internet-selaimen osoiteriviin Raspberry Piin IP-osoitteen. Verkkosivu ja komentojen välitys toteutettiin Python-ohjelmointikieleen perustuvalla Flask Microframework -palvelinohjelmistolla.

RPIO-moduulilla toteutetun version eduksi voidaan laskea sen pieni tilan tarve. Käyttäjäkokemuksen ja kauko-ohjattavan auton toiminnan kannalta Arduino-kehitysalustalla toteutettu versio oli kuitenkin parempi, sillä sen toiminta oli lähempänä auton alkuperäistä toimintaa.

The objective of this thesis was to make a radio controlled car work with a wireless local area network connection. In practice this meant replacing the radio receiver of the car with a Raspberry Pi computer, which was well suited for the needs of this project, thanks to its small size and capabilities. This report includes background information on the Raspberry Pi and on the other hardware and software that were used in this project, and explains step by step all the programming code that was written. Overall the goals of this thesis were to learn to use Python programming language, to become familiar with working in a Linux environment and to create a working application. All of these goals were met.

The electronic controls of the RC-car were based on pulse width modulation, which was used to control the motors of the car. The car had two motors, one servo motor that was responsible for the steering and one DC motor that provided the momentum. The challenging part of the project was recreating the control signals for the motors so that they would match those that were originally created in the radio receiver of the car. This thesis proposes two alternative ways to create those signals: the first is by using only the Raspberry Pi and a Python programming module called RPIO, and the second is by extending the I/O capabilities of the Raspberry Pi by connecting a Arduino Mega 2560 development board to the Raspberry Pi.

The control commands were send to the Raspberry Pi via a website, which was accessible in the local area network by typing the IP-address of the Raspberry Pi to a web browser. The website, along with relaying the received commands forward, were implemented by using Flask Microframework, which is a server software based on a Python programming language.

The system using the RPIO-module had an advantage of requiring little space. However, the version that used the Arduino development board provided a better user experience, mainly because its operation was closer to the original.