python 机器人编程 - 使用 python API 调用控制 wifi 小车的示例程序

一、前言

前一篇博文python机器人编程——用手机web远程视频监控并控制小车驾驶（中篇真机实现）我们实现了手机远程操控小车：

同样的，由于我们的小车通讯用的时通用的websocket，我们可以用python也能操控小车。下面是客户端的实现及demo示例。

二、一个客户端的简单实现

我们小车实现了简单的控制接收指令，格式是json的。指令如下：

{               
            'stop': 0,               
            'allcontrl': 0,
            'vleft': 0,
            'vright': 0,   
            'track': 0
        }

针对这个指令，我们实现一个websocket客户端，并实现连接、发送心跳、断了自动重新连接等功能。
我们依赖一个库websocket-client实现：

pip install websocket-client

2.1 首先定义一个类及属性

import websocket
import threading
import time
import json
class CarClient:
    def __init__(self, ip="localhost"):
        self.ws = None
        self.connected = False 
        self.ip = ip       
        self.ping_interval = 2  # Ping interval in seconds
        # Define control commands
        self.cmd = {               
            'stop': 0,               
            'allcontrl': 0,
            'vleft': 0,
            'vright': 0,   
            'track': 0
        }
        self.isSelfClose=False
        self.attempts=0

以上属性包括ip，为小车的远程ip地址。self.attempts为断开连接后尝试重连的次数。

2.2 其次定义连接方法

这里我们通过开启一个新线程实现连接：

    def connect(self):
        self.ws = websocket.WebSocketApp("ws://" + self.ip + ":9000/ws",
                                         on_open=self.on_open,
                                         on_message=self.on_message,
                                         on_error=self.on_error,
                                         on_close=self.on_close)
        
        wst = threading.Thread(target=self.ws.run_forever)
        wst.daemon = True
        wst.start()

2.3 定义一些回调函数

主要定义一个on_open,连接后发送心跳包，这里简单的是"ping",发送间隔为2秒。

def on_open(self, ws):
        print("WebSocket connection opened")
        self.connected = True
        self.isSelfClose=False
        self.attempts=0
        self.start_pinger()  # Start the pinger when the connection is opened

def start_pinger(self):
        # Define a function to send ping
        def ping():
            while self.connected:
                if self.ws.sock is not None:
                    self.ws.send("ping")
                    print("Sent ping")
                time.sleep(self.ping_interval)
        threading.Thread(target=ping).start()

定义异常断开后重连机制：

    def on_close(self, ws, close_status_code, close_msg):
        print("WebSocket connection closed")
        self.connected = False
        if self.isSelfClose:
            return
        if self.attempts!=0:
            return
        self.reconnect()

    def reconnect(self, max_attempts=5):
        self.attempts = 0
        while self.attempts < max_attempts and not self.connected:
            print(f"Attempting to reconnect... (Attempt {self.attempts + 1}/{max_attempts})")
            try:
                self.connect()
                if self.connected:
                    print("Successfully reconnected")
                    break
            except:
                print("Reconnection failed")
            self.attempts += 1
            time.sleep(2)  # Wait for 2 seconds before next attempt

        if not self.connected:
            print("Failed to reconnect after maximum attempts")

2.4 定义发送小车指令方法

定义一个send方法，用于发送左右轮速度及停止指令：

    def send(self, vl, vr, istop=0):
        if not self.connected:
            print("WebSocket is not connected. Cannot send message.")
            return        
        self.cmd['vleft'] = vl
        self.cmd['vright'] = vr
        self.cmd['stop'] = istop        
        message = json.dumps(self.cmd)
        self.ws.send(message)
        print(f"Sent message: {message}")

2.5 定义一个正常关闭方法

    def close(self):
        if self.ws and self.ws.sock is not None:
            self.isSelfClose=True
            self.attempts=0
            self.ws.close()
            print("WebSocket connection closed manually")
            self.connected = False

至此，完成了一个远程控制客户端的类。

三、python编程控制小车的demo实现

有了以上的客户端类，我们就可以导入这个类，然后对小车进行控制了，示例程序如下：

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sat Oct 19 13:02:10 2024

@author: JAMES FEI
python API 使用实例
第一步：打开小车的.exe文件,进入运行状态
第二步：打开全局控制开关、打开远程控制开关
第三步: 进入下面编程：
"""
import time
#（1）导入客户端模块
from CarClient import CarClient
#（2）实例化一个类,ip根据小车界面获取，同一个机器为localhost
car=CarClient(ip="localhost")
#（3）连接小车
car.connect()
#（4）等待连接完成
time.sleep(2)
#（5）设置左右轮速度为 10，10 r/min
car.send(10,10)
# (6) 行走运行2秒钟
time.sleep(3)
#（7）慢慢停下来，速度为 0，0 r/min
for i in range(6):
    time.sleep(0.5)    
    car.send(10-i*2,10-i*2)

具体操作见以下视频：

四、小结

小车使用通用websocket的好处是可以进行多语言跨平台的交互，在网络满足实时性的基础上，可以方便的进行二次开发。websocket既可以用html实现，也可以用python等其它语言进行接口实现。这样就有利于掌握不同语言技能的人进行应用扩展。

[------------本篇完-------------]

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