Guía de construcción y uso del WifiCar con CircuitPython

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Instrucciones

Realizar conexión física

Se recomienda que el soldado de los stacking headers y terminales sea realizado previo al taller. De esta forma la única herramienta necesaria sería un desatornillador de punta phillips para ensamblaje del chasis.

• Soldar stacking headers en el ESP8266 y el Featherwing para motor
• Soldar terminales de tornillo en Featherwing para motor
• Poner baterías en holder
• Conectar holder de baterías a puerto de batería para motor, del Featherwing para motores

La tarjeta debería verse de esta forma:

Instalar CircuitPython en ESP8266

Se carga firmware según instrucciones de Adafruit, pero usando release de CircuitPython

esptool.py --port /dev/ttyUSB0 erase_flash
esptool.py --port /dev/ttyUSB0 --baud 460800 write_flash --flash_size=detect 0 adafruit-circuitpython-feather_huzzah-es-4.0.0-alpha.1.bin

Reiniciar el ESP8266, y comprobar que se puede acceder al REPL de CircuitPython, conectándose al puerto serial

screen /dev/ttyUSB0 115200

Puede salir de screen digitando CTRL+A y luego :quit.

Módulos de CircuitPython

Luego debe descargar los módulos de CircuitPython de Featherwing de motor, de Register Bus Device; los cuales tanto para evitar una pulga como para simplificar, vamos a utilizar el "Bundle". Luego utilice la herramienta de ampy para subir las carpetas de los módulos al flash de la ESP8266:

export AMPY_PORT=/dev/ttyUSB0
unzip adafruit-circuitpython-bundle-2.*.zip
ampy put lib 
ampy ls

Ahora puedes probar un pequeño "hola mundo" para comprobar que has subido los módulos de forma correcta, y que has conectado correctamente las baterías y motores. Para esto debes ejecutar de nuevo el comando de screen para entrar en el REPL de CircuitPython. Nota: Si todo funciona correctamente, el carro se va a mover hacia adelante. Acomódelo de forma que no se caiga de la mesa de trabajo

from board import *
import bitbangio as io
i2c = io.I2C(SCL, SDA)
from adafruit_pca9685 import motor
motors = motor.DCMotors(i2c)
motors.speed(0, 2000)
motors.speed(3, 2000)

Nota: Es posible que el número del motor haya cambiado, por lo que puedes probar cambiando el motor a mover Habiendo comenzado a moverse, el robot solo se va a detener hasta que se agoten las baterías. Para ello digitamos el siguiente comando por cada motor, para iniciar el frenado:

motors.brake(0)
motors.brake(3)

Acceso por Wifi

Esta es una parte que también puede ser preconfigurada en la tarjeta antes de entregar al estudiante, dependiendo de la naturaleza del laboratorio a realizar. A como viene el firmware de CircuitPython de Adafruit, el ESP8266 se va a comportar como un Access Point wireless, por lo que queremos conectarlo a la red a utilizar durante el curso o taller. También es importante que se configure antes de pasar al sección de WebREPL.

Es importante que la configuración de Wifi no debe ser guardada en boot.py dado que es almacenada de forma interna por CircuitPython. Para ello ejecutamos desde el REPL.

import network
wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.connect('nombre-AP-curso','clave-segura')

Luego de unos segundos estará conectado a la red, lo que puede comprobar ejecutando:

wlan.ifconfig()

WebREPL

El WebREPL ya casi se encuentra listo para ser usado. Primero debes importar el módulo de webrepl_setup el cual se encarga de habilitar WebREPL de forma permanente, así como definir una contraseña de acceso.

Nota: CircuitPython no tiene límite de conexiones por lo que es fácilmente atacable por fuerza bruta con listas de diccionario. Por ello, fuera de un ambiente académico se recomienda o utilizar una contraseña segura o deshabilitar WebREPL.

>>> import webrepl_setup
WebREPL daemon auto-start status: disabled

Would you like to (E)nable or (D)isable it running on boot?
(Empty line to quit)
> e
To enable WebREPL, you must set password for it
New password: greencore
Confirm password: greencore
Changes will be activated after reboot
Would you like to reboot now? (y/n) y

Luego de este paso, la tarjeta debería reiniciar automáticamente y dejarnos con el WebREPL activado. Por mientras debes reiniciar la tarjeta manualmente presionando el botón de RESET ya sea en la ESP8266 o en el Featherwing de motores.

Para accesar el WebREPL normalmente deberíamos bajar un cliente desde esta dirección, descomprimir, y abrir con Firefox o Chromium. Defines el IP que tiene actualmente el ESP8266, presionas Conectar y digitas la contraseña definida. Ya puedes digitar comandos en la microcontroladora desde el WebREPL, incluidos comandos para los motores y otros. En este proyecto sin embargo se ha incluído funcionalidad Web para que la página de WebREPL sea servida directamente desde la ESP8266.

Así mismo vamos a agregar código a boot.py para que pueda servir su propio repositorio de WebREPL para no necesitar un servidor adicional o conexión a Internet. El código de ello se basa en replserver

Para subir el WebREPL auto-servido, debemos agregar la página web minimizada y comprimida, ejecutando:

ampy put webrepl-inlined.html.gz

Autoconfiguración

Para evitar que tengamos que digitar las operaciones que definen el motor, vamos a agregar estos comandos iniciales al archivo boot.py de forma que cuando inicie la micro, automáticamente va a configurar la tarjeta de motor shield, para que sea más sencillo y podamos digitar comandos de motores de forma directa.

Para ello es buena idea revisar si nuestro archivo boot.py posee algún código importante, sin embargo en nuestro caso como hemos comenzado desde cero, es posible omitir este paso. Para revisarlo puede ejecutar:

ampy get boot.py

En nuestro caso, vamos a usar el archivo como base, descomentando las líneas que deshabilitan debugging, el cual se encuentra habilitado porque CircuitPython se encuentra en un estado muy activo de desarrollo. Agregamos las líneas de iniciado de motor y librerías que vimos arriba, y subimos el archivo a nuestra ESP8266.

ampy put boot.py

Después de reiniciar nuestro ESP8266 ya podemos ejecutar comandos de motores:

motors.speed(0, 2000)
motors.speed(3, 2000)

Recuerde que el comando actual no ejecuta ningún frenado por lo que luego debe ejecutar:

motors.brake(0)
motors.brake(3)

Clase de Python para manejo de carro

Hasta el momento tenemos un carro que podemos controlar vía Web sobre Wifi. Sin embargo los controles de dicho carro son un poco diferentes a las formas como conducimos algún tipo de carro eléctrico, ya sea de control remoto, un GoCart o un Tesla.

Para ello se crea una pequeña clase de Python donde se pueda controlar de forma sencilla. Se asume que el robot no tiene sensores como giroscopios o rotary encoder, por lo cual algunos movimientos deben ser calibrados y aproximados.

El cargado de esta clas ya se ejecuta automáticamente al inicio del robot por medio de boot.py.

Para cargar la clase debe ejecutar en la terminal:

ampy put Robot.py
ampy ls

Ahora puede conectarse al robot usando ya sea screen o WebREPL, y dentro ejecutar:

carro.adelante(segundos)
carro.izquierda(segundos)
carro.hola() # Un demo mínimalista

También se pueden crear geometrías sencillas definiendo la cantidad de lados, el largo de las líneas en segundos, y el tiempo que debería durar girando para hacer el ángulo correcto. Es importante calibrar el tiempo para el ángulo dado que va a cambiar según la superficie, tracción de las ruedas y carga/tipo de baterías para los motores:

carro.geometria(3, 1, 0.9) # Un triángulo pequeño
carro.geometria(4, 2, 0.7) # Un cuadrado

Así mismo, se deben crear demostraciones de comportamiento, las cuales pueden ser cargadas como una clase de ejemplos:

carro.demo(sillywalks) # Como MonthyPython
carro.demo(wifitaxa)   # Camina hacia el access point

Referencias

• Corriendo código y uso de Ampy
• Featherwing de motores
• WebREPL
• TonyD's WebREPL Robot
• replserver