RPiRC スクリプト (日本語)

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このリポジトリには、Raspberry Pi 上で H ブリッジ経由で左右のモーターを制御するための Python スクリプトが含まれています。各スクリプトは入力の取り扱いや制御ループが異なり、 用途に応じて「キーを押したときだけ短いパルスを出す」「スロープで立ち上げる」「押している間は一定速度を保持する」 「Web UI で操作する」などの動作を実現します。

目次

• ハードウェア（必要な部品）
• ソフトウェア（必要なもの）
• 配線
• 各スクリプトの概要（比較表あり）
• クイックスタート
• 実行上の注意点

ハードウェア（必要な部品）

• Raspberry Pi 本体（3B/3B+ or 4）
• microSD カード（Raspberry Pi OS）
• TA7219P（または TA7291P 系）× 2（左右モーター用に各1個）モータードライバー
• DC モーター × 2（定格は使用する電源・ドライバの範囲内）
• 電源
  • Raspberry Pi 用 5V/3A 以上の安定電源
  • モーター用電源（単三電池ケース、または 6–12V 程度の別系統を推奨）
    • 注: 実験以外では Pi の 5V からモーターへ直接給電しないでください（電圧降下・リセットの原因）
• 抵抗 3kΩ〜10kΩ × 2（各 IC の Vref→VS 間、推奨）
• バイパス用コンデンサ（推奨）
  • 0.1µF セラミック × 2（各 IC の電源付近）
  • 100〜470µF 電解 × 1（モーター電源系の安定化）
• ブレッドボード／ユニバーサル基板、ジャンパワイヤ一式
• オプション: モーター端子のノイズ低減用コンデンサ（0.047〜0.1µF）、ヒューズ／スイッチ、ヒートシンク

ソフトウェア（必要なもの）

• Raspberry Pi OS（または RPi.GPIO と vcgencmd が利用できる環境）
• Python 3.8/3.9 以上（Raspberry Pi のシステム Python を想定）
• Python パッケージ:
  • RPi.GPIO （GPIO 制御）
  • flask （webcars.py の Web サーバ）
  • flask-socketio（WebSocket 経由のコマンド送受信）
  • eventlet （flask-socketio の非同期ワーカーとして推奨）

インストール例:

pip install RPi.GPIO flask flask-socketio eventlet

配線

すべてのスクリプトは BCM ピン番号を前提としています。以下は Raspberry Pi 3B/3B+ と、左右それぞれ 1 個の TA7219P（TA7291P 系）を用いた基本的な配線例です。

Raspberry Pi 側（BCM / 物理ピン番号）

• 5V（物理ピン 2 または 4）を左右両方の TA7219P の VCC(7) と VS(8) へ供給。
• GND（物理ピン 6/9/14/20/25/30/34/39 のいずれか）を左右両方の GND(1) に接続。
• GPIO5（BCM, 物理ピン 29）→ 左 IC の IN1(5)
• GPIO6（BCM, 物理ピン 31）→ 左 IC の IN2(6)
• GPIO16（BCM, 物理ピン 36）→ 右 IC の IN1(5)
• GPIO26（BCM, 物理ピン 37）→ 右 IC の IN2(6)

TA7219P（左右同じ結線）

ピン	役割	接続先
1	GND	Raspberry Pi の GND
2	OUT1	モーター端子 A
3	NC	未使用
4	Vref	抵抗 3kΩ〜10kΩ を介して VS(8) へ（推奨）。抵抗が無い場合は最終手段として直結（不安定・発熱リスクあり）。
5	IN1	左 IC: GPIO5、右 IC: GPIO16
6	IN2	左 IC: GPIO6、右 IC: GPIO26
7	VCC	Raspberry Pi の 5V
8	VS	Raspberry Pi の 5V（※ Pi から直接供給するのは実験限定で推奨されません）
9	NC	未使用
10	OUT2	モーター端子 B

モーター配線

• 左モーター: 左 IC の OUT1(2) と OUT2(10) を接続。
• 右モーター: 右 IC の OUT1(2) と OUT2(10) を接続。
• 回転方向が逆の場合は各モーターの OUT1/OUT2 を入れ替えるか、ソフト側で DIR_L/DIR_R を -1 に変更します。

配線レイアウト（テキスト図）

         Raspberry Pi 3B/3B+ (BCM)
     5V ─────────┬─────────────┬──→ VCC(7) [左IC]
                  │             └──→ VS(8)  [左IC]
                  │
                  │             ┌──→ VCC(7) [右IC]
                  └─────────────┴──→ VS(8)  [右IC]

    GND ─────────────→ GND(1) [左IC] & GND(1) [右IC]（共通）

 GPIO5(29) ─────────→ IN1(5) [左IC]
 GPIO6(31) ─────────→ IN2(6) [左IC]

 GPIO16(36) ────────→ IN1(5) [右IC]
 GPIO26(37) ────────→ IN2(6) [右IC]

 [左IC] OUT1(2) ──┐
                  ├── 左モーター ── [左IC] OUT2(10)

 [右IC] OUT1(2) ──┐
                  ├── 右モーター ── [右IC] OUT2(10)

  Vref(4) [左右IC] ──(3k〜10kΩ)──→ VS(8)   ※抵抗が無ければ最終手段で直結

各スクリプトの概要（比較）

ファイル	入力手段	挙動の概要	主な用途
test.py	端末の WASD キー	押下で固定パルス出力→即停止	微調整/単発操作
test2.py	端末の WASD キー	ランプ（スロープ）で TARGET まで上げて保持→停止	急発進を避けたい
test3.py	端末の WASD キー	押している間は一定速度ホールド（一次遅れ追従）	直感的な走行
webcars.py	ブラウザ（WASD/ボタン）	サーバ側でホールド制御＋テレメトリ送信	離れた場所から操作

• test.py（wasd_drive_fixed）

  • 動作: キー入力（W/A/S/D）で短い固定パルス（PULSE 秒）を出力し、 その後すぐ停止する。単発のタップ操作に適します。
  • 主なパラメータ: DUTY（デューティ比）、PULSE（パルス長）、PWM_FREQ。
  • 依存: 標準ライブラリと RPi.GPIO。

• test2.py（wasd_ramp）

  • 動作: キー入力で TARGET まで滑らかに（RAMP_TIME）上げ、 HOLD_TIME 分保持してから停止する。急発進を抑えたい場面向け。
  • 主なパラメータ: TARGET, RAMP_TIME, HOLD_TIME, PWM_FREQ。
  • 依存: 標準ライブラリと RPi.GPIO。

• test3.py（wasd_hold_constant）

  • 動作: 押している間は目標デューティ（TARGET）へ一次遅れ（ACC_UP/ACC_DOWN）で追従し、 一定時間入力がなければ自動的に停止する（IDLE_STOP）。
  • 主なパラメータ: TARGET, ACC_UP, ACC_DOWN, IDLE_STOP, DT。
  • 端末入力は非ブロッキングで読み取る（select を利用）。
  • 依存: 標準ライブラリと RPi.GPIO。

• webcars.py（Web UI + サーバ側 hold 制御）

  • 動作: Flask + Socket.IO による Web インターフェースを提供し、サーバ側で 押している間の保持ロジック（wasd_hold_constant と同等）を実行します。 また CPU 温度や電圧降下（vcgencmd）などのテレメトリをクライアントへ送信します。
  • 特徴: ブラウザのフォーカス喪失や非表示時に安全停止する仕組みあり。
  • 依存: flask, flask-socketio, eventlet, RPi.GPIO。

実行上の注意点

• モーターの回転方向が逆の場合、DIR_L と DIR_R を -1 に設定して極性補正してください。
• webcars.py のテレメトリは /usr/bin/vcgencmd を呼び出します。環境によっては利用できない場合があり、 その場合は温度取得を別の方法にフォールバックしますが、電圧関連の値は None になります。
• キーボード制御スクリプト（test.py, test2.py, test3.py）はローカル端末での実行を想定しており、 実行中に端末のモードを変更します。終了時に元に戻す処理がありますが、異常終了した場合は端末設定が残る可能性があります。
• webcars.py を使う場合はブラウザで http://<raspberry-pi-ip>:5000/ にアクセスしてください。

クイックスタート

1. 依存パッケージをインストールします。

pip install RPi.GPIO flask flask-socketio eventlet

2. 端末でキーボード版を試す場合（ローカル実行）:

python3 test.py
# または
python3 test2.py
python3 test3.py

3. Web UI を使う場合:

python3 webcars.py
# ブラウザで http://<RPI_IP>:5000/ を開く

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English

RPiRC Scripts (English)

This repository contains Python scripts to control left and right DC motors on a Raspberry Pi using H-bridge driver ICs. Each script differs in how it handles input and the control loop, enabling behaviors such as "short pulse while a key is pressed", "ramp-up (slew) to target", "hold constant speed while pressed", and "control via Web UI".

Table of Contents

• Hardware (required parts)
• Software (requirements)
• Wiring
• Overview of each script (comparison)
• Quick start
• Notes and cautions

Hardware (required parts)

• Raspberry Pi board (3B/3B+ or 4)
• microSD card with Raspberry Pi OS
• TA7219P (or TA7291P-family) x2 (one per motor)
• DC motors x2 (spec depending on your power/drivers)
• Power supplies:
  • Stable 5V/3A+ for the Raspberry Pi
  • Separate motor power supply (e.g., AA battery pack or 6–12V supply recommended)
    • Note: Do not power motors directly from the Pi's 5V in non-experimental setups (risk of voltage drop and Pi resets)
• Resistors 3kΩ–10kΩ x2 (connect Vref → VS on each IC, recommended)
• Bypass capacitors (recommended):
  • 0.1µF ceramic x2 (near each IC VCC)
  • 100–470µF electrolytic x1 (motor supply stabilization)
• Breadboard/PCB, jumper wires
• Optional: motor noise suppression caps (0.047–0.1µF), fuses/switches, heatsinks

Software (requirements)

• Raspberry Pi OS (or an environment that supports RPi.GPIO and vcgencmd)
• Python 3.8/3.9+ (system Python on Pi assumed)
• Python packages:
  • RPi.GPIO (GPIO control)
  • flask (for webcars.py web server)
  • flask-socketio (WebSocket command exchange)
  • eventlet (recommended async worker for flask-socketio)

Install example:

pip install RPi.GPIO flask flask-socketio eventlet

Wiring

All scripts use BCM pin numbering. Below is a basic wiring example for a Raspberry Pi 3B/3B+ with a TA7219P (TA7291P-family) for each side.

Raspberry Pi side (BCM / physical pins)

• 5V (physical pin 2 or 4) → VCC(7) and VS(8) of both TA7219P ICs
• GND → GND(1) of both ICs
• GPIO5 (BCM, physical 29) → left IC IN1(5)
• GPIO6 (BCM, physical 31) → left IC IN2(6)
• GPIO16 (BCM, physical 36) → right IC IN1(5)
• GPIO26 (BCM, physical 37) → right IC IN2(6)

TA7219P pins (same for left/right)

Pin	Role	Connection
1	GND	Raspberry Pi GND
2	OUT1	Motor terminal A
3	NC	Unused
4	Vref	Via 3k–10kΩ to VS(8) (recommended)
5	IN1	GPIO (see above)
6	IN2	GPIO (see above)
7	VCC	Raspberry Pi 5V
8	VS	Motor supply (5V when using Pi supply; avoid for non-experimental setups)
9	NC	Unused
10	OUT2	Motor terminal B

Motor wiring

• Left motor: connect to left IC OUT1(2) and OUT2(10)
• Right motor: connect to right IC OUT1(2) and OUT2(10)
• If rotation is reversed, swap OUT1/OUT2 or set DIR_L/DIR_R to -1 in software.

Text wiring diagram (summary)

				 Raspberry Pi 3B/3B+ (BCM)
		 5V ─────────┬─────────────┬──→ VCC(7) [Left IC]
									│             └──→ VS(8)  [Left IC]
									│
									│             ┌──→ VCC(7) [Right IC]
									└─────────────┴──→ VS(8)  [Right IC]

		GND ─────────────→ GND(1) [Left IC] & GND(1) [Right IC] (shared)

 GPIO5(29) ─────────→ IN1(5) [Left IC]
 GPIO6(31) ─────────→ IN2(6) [Left IC]

 GPIO16(36) ────────→ IN1(5) [Right IC]
 GPIO26(37) ────────→ IN2(6) [Right IC]

 [Left IC] OUT1(2) ──┐
											├── Left motor ── [Left IC] OUT2(10)

 [Right IC] OUT1(2) ──┐
											├── Right motor ── [Right IC] OUT2(10)

 Vref(4) [each IC] ──(3k–10kΩ)──→ VS(8)  # If absent, direct connection is a last resort (risk: instability/heating)

Overview of scripts (comparison)

File	Input method	Behavior summary	Typical use
test.py	Terminal WASD	Short fixed pulse while pressed → immediate stop	Fine adjustments/single taps
test2.py	Terminal WASD	Ramp (slew) to TARGET and hold → then stop	Avoid aggressive starts
test3.py	Terminal WASD	While pressed, hold constant speed with first-order lag	Intuitive driving
webcars.py	Browser (WASD/buttons)	Server-side hold control + telemetry	Remote control via browser

• test.py (wasd_drive_fixed)

  • Behavior: WASD keys produce a short fixed pulse (PULSE seconds), then stop.
  • Parameters: DUTY, PULSE, PWM_FREQ.
  • Dependencies: standard library + RPi.GPIO.

• test2.py (wasd_ramp)

  • Behavior: key press ramps to TARGET over RAMP_TIME, holds for HOLD_TIME, then stops.
  • Parameters: TARGET, RAMP_TIME, HOLD_TIME, PWM_FREQ.

• test3.py (wasd_hold_constant)

  • Behavior: While pressed, the output follows TARGET with first-order lag (ACC_UP/ACC_DOWN). If no input for some time, it stops (IDLE_STOP).
  • Parameters: TARGET, ACC_UP, ACC_DOWN, IDLE_STOP, DT.
  • Uses non-blocking terminal input (select).

• webcars.py (Web UI + server hold control)

  • Behavior: Provides a Flask + Socket.IO web interface; server implements hold control logic (similar to wasd_hold_constant) and sends telemetry (CPU temp, voltages via vcgencmd).
  • Note: Safety handling for browser focus loss and hidden tabs exists.

Notes and cautions

• If a motor runs in the opposite direction, set DIR_L and/or DIR_R to -1 to correct polarity.
• webcars.py telemetry uses /usr/bin/vcgencmd. If vcgencmd is unavailable in your environment, temperature readings will fall back and voltage values may be None.
• Keyboard control scripts (test.py, test2.py, test3.py) change terminal modes while running. They attempt to restore the terminal on exit, but an abnormal termination may leave the terminal in a modified state.
• For webcars.py, open http://<raspberry-pi-ip>:5000/ in your browser after starting the server.

Quick start

1. Install dependencies:

pip install RPi.GPIO flask flask-socketio eventlet

2. Try a keyboard-driven script locally:

python3 test.py
# or
python3 test2.py
python3 test3.py

3. Use the Web UI:

python3 webcars.py
# then open http://<RPI_IP>:5000/ in your browser