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搭建开发环境

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使用MicroPython开发机器人,我们首先要搭建一个开发环境。和运行在桌面或服务器的纯软件环境不同的是,我们得有一个硬件开发环境。可以选择树莓派+Arduino控制板,但是搭建机器人需要的零件比较复杂。作为教程,我们选择乐高EV3机器人作为开发环境,因为乐高机器人搭建非常容易,并且乐高的EV3控制器是一个完整的ARM系统。

那么问题来了:如果你没有乐高EV3怎么办?

戳这里:EV3教育版淘宝链接1链接2,EV3零售版淘宝链接1链接2。教育版建议买45544+45560套装,零售版就只有31313一种。没有MicroSD卡的可以顺手入一个MicroSD卡+读卡器,还可以再选购一个蓝牙游戏手柄,后面用得到。

乐高官方提供了一个完整的EV3运行时镜像,该镜像内置了MicroPython,可以非常方便地运行Python程序。需要从乐高官网下载镜像到本地,然后写入到MicroSD卡。Windows和Mac系统可以使用Etcher写入镜像到MicroSD卡,也可以使用dd命令写入。

插入SD卡后启动EV3控制器,等待1~2分钟,启动成功后,即可选择“Wireless and Networks”连接电脑:

ev3startup

使用无线网连接需要额外的USB无线网卡,强烈推荐选择蓝牙连接,因为EV3内置了蓝牙模块。配对并连接成功后,可以在电脑上看到已连接的蓝牙设备EV3。

可以直接使用SSH登录EV3,因为这个自带MicroPython的EV3镜像是一个裁剪后的Debian Linux系统。我们用命令ssh robot@ev3dev.local登录,密码是maker

$ ssh robot@ev3dev.local
Password: *****
Linux ev3dev 4.14.96-ev3dev-2.3.2-ev3 #1 PREEMPT Sun Jan 27 21:27:35 CST 2019 armv5tejl
             _____     _
   _____   _|___ /  __| | _____   __
  / _ \ \ / / |_ \ / _` |/ _ \ \ / /
 |  __/\ V / ___) | (_| |  __/\ V /
  \___| \_/ |____/ \__,_|\___| \_/

Debian stretch on LEGO MINDSTORMS EV3!
Last login: Mon Mar  4 18:05:04 2019 from f81e::a7:c54d:4e0b:3af7%bnep0
robot@ev3dev:~$ ls /usr/lib/micropython/
README           fcntl.mpy      mailbox.mpy          reprlib.mpy       trace.mpy
README.rst       ffilib.mpy     mailcap.mpy          runpy.mpy         traceback.mpy
__future__.mpy   fnmatch.mpy    mimetypes.mpy        sched.mpy         tty.mpy
_libc.mpy        formatter.mpy  multiprocessing.mpy  sdist_upip.mpy    types.mpy
_markupbase.mpy  fractions.mpy  nntplib.mpy          select.mpy        typing.mpy
abc.mpy          ftplib.mpy     numbers.mpy          selectors.mpy     uaiohttpclient.mpy
argparse.mpy     functools.mpy  operator.mpy         shelve.mpy        uasyncio
base64.mpy       getopt.mpy     optparse.mpy         shlex.mpy         uasyncio.mpy
binascii.mpy     getpass.mpy    os                   shutil.mpy        ucontextlib.mpy
binhex.mpy       gettext.mpy    pathlib.mpy          signal.mpy        ucurses
bisect.mpy       glob.mpy       pdb.mpy              smtplib.mpy       udnspkt.mpy
calendar.mpy     gzip.mpy       pickle.mpy           socket.mpy        umqtt
cgi.mpy          hashlib        pickletools.mpy      socketserver.mpy  unicodedata.mpy
cmd.mpy          heapq.mpy      pkg_resources.mpy    sqlite3.mpy       unittest.mpy
code.mpy         hmac.mpy       pkgutil.mpy          ssl.mpy           upip.mpy
codecs.mpy       html           platform.mpy         stat.mpy          upip_utarfile.mpy
codeop.mpy       http           poplib.mpy           statistics.mpy    upysh.mpy
collections      imaplib.mpy    posixpath.mpy        string.mpy        urequests.mpy
concurrent       imp.mpy        pprint.mpy           stringprep.mpy    urllib
contextlib.mpy   importlib.mpy  profile.mpy          struct.mpy        urllib.mpy
copy.mpy         inspect.mpy    pty.mpy              subprocess.mpy    utarfile.mpy
csv.mpy          io.mpy         pwd.mpy              sys.mpy           uu.mpy
curses           ipaddress.mpy  pyb.mpy              tarfile.mpy       uuid.mpy
datetime.mpy     itertools.mpy  pystone.mpy          telnetlib.mpy     venv.mpy
dbm.mpy          json           pystone_lowmem.mpy   tempfile.mpy      warnings.mpy
decimal.mpy      keyword.mpy    queue.mpy            test              weakref.mpy
difflib.mpy      linecache.mpy  quopri.mpy           textwrap.mpy      xmltok.mpy
email            locale.mpy     random.mpy           threading.mpy     zipfile.mpy
errno.mpy        logging.mpy    re.mpy               time.mpy          zlib.mpy
ev3dev2          machine        readline.mpy         timeit.mpy

/usr/lib/micropython/目录下可以看到系统自带的Python库。MicroPython并不直接运行.py文件,而是运行.mpy这个紧凑的二进制文件。

要开发EV3机器人程序,我们还需要搭建一个开发环境。Visual Studio Code是强烈推荐的开发环境,并且,乐高官方推出了一个VSCode扩展,可以方便地开发并远程调试应用程序。在VS Code的扩展中搜索lego并安装LEGO® MINDSTORMS® EV3 MicroPython扩展:

vscode-ev3

安装扩展后,我们就可以开始开发运行在EV3上的Python程序。在VS Code左侧面板选择Lego图标,选择“Create a new project”:

vscode-ev3-new-project

我们创建一个hellorobot的工程,EV3插件自动为我们创建了一个包含样板代码的main.py

#!/usr/bin/env pybricks-micropython

from pybricks import ev3brick as brick
from pybricks.ev3devices import (Motor, TouchSensor, ColorSensor, InfraredSensor, UltrasonicSensor, GyroSensor)
from pybricks.parameters import (Port, Stop, Direction, Button, Color, SoundFile, ImageFile, Align)
from pybricks.tools import print, wait, StopWatch
from pybricks.robotics import DriveBase

# Write your program here
brick.sound.beep()

首行的注释表示运行环境是MicroPython,然后自动导入了EV3所需的所有控制API。brick.sound.beep()用于控制EV3的扬声器发出一声“哔”的声音。

我们可以编写任意的Python源码文件,但执行时注意程序入口永远是main.py

在VS Code中,找到EV3DEV DEVICE BROWSER,点击ev3dev,连接后图标显示为绿色:

ev3-dev-manager

接下来,我们就可以直接切换到Run面板,点击RUN运行,在OUTPUT面板中看到输出结果:

ev3-run

注意到VS Code是一个开发环境,我们在电脑上并没有安装MicroPython,整个程序是通过蓝牙网络先传输到EV3主机,再执行,最后取回输出结果显示在VS Code中,因此,这是一个远程执行并允许调试的功能。print()函数可以输出到VS Code,主要作为调试使用,brick.display.text()则是输出到EV3的主机屏幕上。

这样,我们就把连接EV3的整个MicroPython开发环境搭建好了。

参考源码

hellorobot


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