이번 글에서는 앞선 글의 내용들을 이용해 어떻게 프로그램을 짰는지 설명한다.


프로그램의 구조는 아래와 같다.

  1. 백그라운드에서 3개의 마이크에서 음성 신호를 받는대로 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행해 특정 주파수 대역의 크기(Magnitude)를 구해 방향을 찾는다
  2. 일정 주기로 1의 결과를 읽어와, EV3가 수신할 수 있는 데이터 포맷으로 인코딩해 전송한다.
  3. EV3 로봇은 그 데이터를 수신해 방향을 향해 회전하고 이동한다.


1, 2, 3번 프로그램은 각각 별개로 실행되고, 서로 데이터를 주고받는 방법을 가지게 한다.



1번 프로그램


우선 1번 프로그램은 시스템 의존적인 부분이 대부분이고, 또 그것들은 C 라이브러리로 제공되기에 C언어로 작성했다.


마이크에서 값을 받아오는 부분은 리눅스 환경의 ALSA를 이용해 녹음하는 예제(링크)를 이용했다. 복잡한 기능 없이 소리만 읽어오면 되므로 위의 간단한 코드로 큰 문제 없이 값을 얻어올 수 있었다.


라즈베리 파이에서 FFT를 수행하기 위해 검색한 결과, 내장된 GPU를 이용해 연산을 수행하는 라이브러리가 공개되어 있었다.(라즈베리 파이 블로그, GPU_FFT 프로젝트 페이지) 이 라이브러리를 이용해 빠르게 계산할 수 있고, 여러 개의 작업을 모아 한번에 수행(batch)하는 기능도 있어 3개의 마이크를 이용하는 데 적합하다고 생각했다.


마지막으로, 계속 연산을 수행하면서도 2번 프로그램과 통신을 하기 위해 pipe와 fork를 사용했다.

1번 프로그램은 실행되면 pipe를 열고 fork를 해서 자식 프로세스를 만든다. 부모 프로세스는 stdin에서 입력을 대기하고, 입력이 들어온 경우 자식 프로세스에 SIGUSR1을 발생시킨 뒤 pipe read를 대기한다.

자식 프로세스는 계속해서 마이크에서 값을 읽어와 연산을 수행하고, SIGUSR1을 받았을 때 pipe로 현재 각도를 전송(write)한다.

그러면 부모 프로세스는 pipe에서 각도를 읽어오게 되고, 그 각도를 stdout으로 출력한다.



2번 프로그램


2번 프로그램은 파이썬으로 되어있는데, 이 프로그램이 맡는 역할은 이렇다.


우선 블루투스 SPP 프로파일이 사용되도록 설정된 라즈베리 파이에서(참고),

이 프로그램은 우선 subprocess 모듈로 "rfcomm watch hci0" 프로세스를 실행해 EV3가 라즈베리 파이에 연결되어  "/dev/rfcomm0" 포트가 생기기를 기다린다.

포트가 생겼다면, serial 모듈로 /dev/rfcomm0 과 연결해 EV3와의 통신 연결을 만든다.


그 후, subprocess로 stdin과 stdout을 PIPE시킨 1번 프로그램을 실행한다.

다음으로 1초 간격으로 루프를 돌면서, 1번 프로그램의 stdin으로 데이터 하나를 입력해서, stdout으로 출력되는 각도를 가져온다.

그 각도(-180 ~ 180)을 EV3 모터 입력으로 들어갈 방향의 범위(-100 ~ 100)로 변환한 뒤, struct 모듈을 이용해 EV3 메시지 포맷에 맞는 형태로 감싸서 serial로 전송한다.(참고, 이 글에서는 EV3로부터의 수신이지만, EV3로의 송신도 가능함을 확인했다. EV3로의 송신 관련해서는 자료가 전무해 힘들었다.)


만약 1번 프로그램이 종료되거나 시리얼 포트로 자료가 전송되지 않았다면, 1번 프로그램에 문제가 발생했거나 EV3와의 연결이 종료된 것으로 판단, 반복문을 빠져나가 /dev/rfcomm0 포트 대기 부분으로 돌아간다.



3번 프로그램


마지막으로 3번 EV3 프로그램은 복잡한 동작은 없어 레고 EV3 블록 프로그래밍 툴로 제작했다.

라즈베리 파이와 블루투스 연결을 하고 블루투스로 각도 정보를 읽어오는 부분, 저장된 각도 정보대로 모터를 조종해 이동하는 부분으로 구성되어있다.



결론


2번 프로그램의 EV3로의 송신 관련해서는 나중에 또 글을 올릴 예정이다. 구글링을 해봐도 자료가 라즈베리 파이에서 수신하는 것 하나만 나와서, 혹시라도 같은 주제로 헤맬 사람이 있을지 몰라 정보를 공유하려고 한다.

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