树莓派小车进阶：用 Python+Tornado 实现按键控制，电脑端就能操控！

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高老师

发布于 2025-09-17 18:16:05

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树莓派小车进阶：用Python+Tornado实现按键控制，电脑端就能操控！

玩树莓派小车时，光让它自己跑可不够有意思——上周跟着教程装好了小车底盘、接好电机，这次终于到了“手动操控”的环节。原本以为直接写个GPIO控制脚本就行，结果发现需要实时响应按键指令，最后用Tornado框架搭了个简单的Web服务，实现了电脑键盘和鼠标都能控制小车。今天把完整步骤拆解开，新手也能跟着做出来。

一、先理清楚：按键控制的核心逻辑

要让按键控制小车，本质是“实时接收指令→控制GPIO引脚电平→驱动电机转动”。这里有两个关键问题要解决：

指令接收：怎么让树莓派实时拿到我们按的键（比如W前进、A左转）？用Web服务最方便，电脑浏览器访问树莓派的IP，就能通过键盘或鼠标发送指令；
异步响应：按键按下时需要小车持续动作（比如按住W就一直前进），普通脚本容易卡顿，所以用Tornado这个异步IO框架，能高效处理实时请求。

另外，还需要准备这些工具：

已组装好的树莓派小车（带电机驱动模块，比如L298N）；
树莓派系统（建议用Raspbian，已预装Python）；
电脑和树莓派在同一局域网（方便浏览器访问）。

二、第一步：安装依赖库（Tornado+GPIO控制库）

树莓派默认没有装Tornado，而且控制GPIO需要RPi.GPIO库（如果没装的话），先把这两个库装好。

1. 安装RPi.GPIO（控制GPIO引脚）

如果是官方Raspbian系统，一般自带这个库；如果没有，执行以下命令安装：

sudo apt-get update
sudo apt-get install python-rpi.gpio  # Python2版本
# 如果你用Python3，装这个：
# sudo apt-get install python3-rpi.gpio

2. 安装Tornado（异步Web框架）

推荐用pip安装，简单快捷。如果没装pip，先装pip：

# 安装pip（Python2）
sudo apt-get install python-pip
# 安装Tornado
sudo pip install tornado

如果pip安装慢，也可以用源码安装（备用方案）：

# 下载Tornado源码包
wget https://pypi.python.org/packages/source/t/tornado/tornado-4.3.tar.gz
# 解压
tar xvzf tornado-4.3.tar.gz
# 进入目录编译安装
cd tornado-4.3
python setup.py build
sudo python setup.py install

三、第二步：接线！GPIO引脚对应关系要记牢

在写代码前，必须先把树莓派和电机驱动模块（以L298N为例）接好线，不然代码跑起来小车也不会动。这里用的是树莓派的BOARD引脚编号（按物理引脚顺序编号，不容易乱）。

引脚对应表

树莓派BOARD引脚	电机驱动模块（L298N）	作用
11	IN1	控制左电机正转/反转
12	IN2	控制左电机正转/反转
13	IN3	控制右电机正转/反转
15	IN4	控制右电机正转/反转
5V	12V（需外接电源）	给电机供电（树莓派5V不够，必须外接）
GND	GND	共地（必须接，否则会烧模块）

接线注意：电机驱动模块的电源一定要外接（比如12V电池），直接用树莓派的5V引脚供电会导致树莓派死机，甚至烧硬件！

四、第三步：写代码！分Python后端和HTML前端

整个控制逻辑分两部分：Python后端（用Tornado搭Web服务，处理GPIO控制）和HTML前端（提供按键界面，发送指令给后端）。

1. Python后端代码（小车控制核心）

新建一个car_control.py文件，代码里包含了GPIO初始化、小车动作函数（前进、后退、转弯）和Tornado服务配置：

#!/usr/bin/python
# coding: utf8
import RPi.GPIO as GPIO
import time
import tornado.ioloop
import tornado.web
import tornado.httpserver
import tornado.options
from tornado.options import define, options

# 定义Web服务端口（默认80，浏览器访问时不用输端口）
define("port", default=80, type=int)

# 定义GPIO引脚（对应树莓派BOARD引脚）
IN1 = 11  # 左电机控制1
IN2 = 12  # 左电机控制2
IN3 = 13  # 右电机控制1
IN4 = 15  # 右电机控制2

def init():
    """初始化GPIO引脚"""
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)  # 使用BOARD引脚编号
    # 设置4个引脚为输出模式
    GPIO.setup(IN1, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN2, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN3, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN4, GPIO.OUT)

# ------------------- 小车动作函数 -------------------
def forward(tf):
    """前进：左右电机同时正转"""
    init()
    GPIO.output(IN1, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN2, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN3, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN4, GPIO.LOW)
    time.sleep(tf)  # 持续tf秒
    GPIO.cleanup()  # 释放GPIO资源

def reverse(tf):
    """后退：左右电机同时反转"""
    init()
    GPIO.output(IN1, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN2, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN3, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN4, GPIO.HIGH)
    time.sleep(tf)
    GPIO.cleanup()

def left(tf):
    """左转：右电机正转，左电机停转"""
    init()
    GPIO.output(IN1, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN2, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN3, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN4, GPIO.LOW)
    time.sleep(tf)
    GPIO.cleanup()

def right(tf):
    """右转：左电机正转，右电机停转"""
    init()
    GPIO.output(IN1, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN2, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN3, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN4, GPIO.LOW)
    time.sleep(tf)
    GPIO.cleanup()

def pivot_left(tf):
    """后左转：左电机反转，右电机停转"""
    init()
    GPIO.output(IN1, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN2, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN3, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN4, GPIO.LOW)
    time.sleep(tf)
    GPIO.cleanup()

def pivot_right(tf):
    """后右转：右电机反转，左电机停转"""
    init()
    GPIO.output(IN1, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN2, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN3, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN4, GPIO.HIGH)
    time.sleep(tf)
    GPIO.cleanup()

def p_left(tf):
    """原地左转：左电机反转，右电机正转"""
    init()
    GPIO.output(IN1, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN2, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN3, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN4, GPIO.LOW)
    time.sleep(tf)
    GPIO.cleanup()

def p_right(tf):
    """原地右转：左电机正转，右电机反转"""
    init()
    GPIO.output(IN1, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN2, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN3, GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN4, GPIO.HIGH)
    time.sleep(tf)
    GPIO.cleanup()

# ------------------- Tornado请求处理 -------------------
class IndexHandler(tornado.web.RequestHandler):
    """处理Web请求：GET显示页面，POST处理按键指令"""
    def get(self):
        # 访问树莓派IP时，返回前端HTML页面
        self.render("index.html")
    
    def post(self):
        # 接收前端发送的按键指令（比如w、a、s、d）
        key = self.get_argument('k')
        sleep_time = 0.1  # 每次动作持续0.1秒，避免动作太猛
        init()  # 初始化GPIO
        
        # 根据按键指令执行对应动作
        if key == 'w':
            forward(sleep_time)
        elif key == 's':
            reverse(sleep_time)
        elif key == 'a':
            left(sleep_time)
        elif key == 'd':
            right(sleep_time)
        elif key == 'q':
            pivot_left(sleep_time)
        elif key == 'e':
            pivot_right(sleep_time)
        elif key == 'z':
            p_left(sleep_time)
        elif key == 'x':
            p_right(sleep_time)
        
        self.write(key)  # 给前端返回确认信息

# ------------------- 启动Web服务 -------------------
if __name__ == '__main__':
    tornado.options.parse_command_line()
    # 配置Tornado路由：访问根路径时，交给IndexHandler处理
    app = tornado.web.Application(handlers=[(r"/", IndexHandler)])
    http_server = tornado.httpserver.HTTPServer(app)
    http_server.listen(options.port)  # 监听配置的端口
    print("小车控制服务已启动，浏览器访问树莓派IP即可控制！")
    tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()  # 启动事件循环

2. HTML前端代码（按键界面）

在和car_control.py同一目录下，新建一个templates文件夹（Tornado默认从这个文件夹读取HTML模板），然后在templates里新建index.html文件，代码如下：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta charset="utf-8" />
    <title>树莓派小车控制</title>
    <!-- 引入jQuery，方便发送POST请求 -->
    <script src="http://libs.baidu.com/jquery/1.9.0/jquery.js"></script>
</head>
<body>
<script type="text/javascript">
    // 发送按键指令给后端
    function sendKey(key) {
        $.post('/', {k: key}, function(){});
    }

    $(function(){
        // 1. 键盘控制：按下对应键发送指令
        window.document.onkeydown = function(env) {
            env = env || window.event;
            var keyCode = env.keyCode;
            // W(87)=前进，S(83)=后退，A(65)=左转，D(68)=右转
            if (keyCode == 87) sendKey('w');
            if (keyCode == 83) sendKey('s');
            if (keyCode == 65) sendKey('a');
            if (keyCode == 68) sendKey('d');
            // Q(81)=后左转，E(69)=后右转，Z(90)=原地左转，X(88)=原地右转
            if (keyCode == 81) sendKey('q');
            if (keyCode == 69) sendKey('e');
            if (keyCode == 90) sendKey('z');
            if (keyCode == 88) sendKey('x');
        };

        // 2. 鼠标控制：按住按钮持续发送指令
        var timer = null;
        // 前进按钮（按住持续前进）
        $('.forward').mousedown(function() {
            timer = setInterval(function() {
                sendKey('w');
            }, 100); // 每100毫秒发一次指令，避免动作卡顿
        });
        // 左转按钮
        $('.left').mousedown(function() {
            timer = setInterval(function() {
                sendKey('a');
            }, 100);
        });
        // 右转按钮
        $('.right').mousedown(function() {
            timer = setInterval(function() {
                sendKey('d');
            }, 100);
        });
        // 后退按钮
        $('.back').mousedown(function() {
            timer = setInterval(function() {
                sendKey('s');
            }, 100);
        });
        // 松开鼠标时停止发送指令
        $('#control-panel span').mouseup(function() {
            clearInterval(timer);
        });
    });
</script>

<!-- 控制按钮样式：3x3网格，中间空着，四周是功能键 -->
<style type="text/css">
    #control-panel {
        width: 150px;
        height: 150px;
        background: #eee;
        margin: 50px auto;
    }
    #control-panel span {
        width: 50px;
        height: 50px;
        float: left;
        text-align: center;
        line-height: 50px;
        cursor: pointer;
    }
    #control-panel span.active {
        background: #ff6699;
        color: white;
    }
</style>

<!-- 控制按钮面板 -->
<div id="control-panel">
    <span></span>
    <span class="active forward">前进(W)</span>
    <span></span>
    <span class="active left">左转(A)</span>
    <span></span>
    <span class="active right">右转(D)</span>
    <span></span>
    <span class="active back">后退(S)</span>
    <span></span>
</div>
</body>
</html>

五、第四步：运行代码，开始控制小车！

1. 启动Python服务

在树莓派终端进入代码所在目录，执行以下命令启动服务（需要sudo权限，因为控制GPIO需要管理员权限）：

sudo python car_control.py

如果看到“小车控制服务已启动，浏览器访问树莓派IP即可控制！”，说明服务正常启动了。

2. 查找树莓派IP

在树莓派终端执行ifconfig（或ip addr），找到局域网IP（比如192.168.1.105）。

3. 电脑端控制

打开电脑浏览器，在地址栏输入树莓派的IP（比如http://192.168.1.105），会看到一个3x3的控制面板：

键盘控制：按W（前进）、S（后退）、A（左转）、D（右转），Q/E/Z/X对应其他动作；
鼠标控制：按住面板上的“前进”“左转”等按钮，小车会持续动作，松开就停。

六、常见问题：小车不动？先查这3点

接线错了：再核对一遍GPIO引脚编号，特别是IN1~IN4有没有接反，GND有没有共地；
电机没供电：电机驱动模块一定要外接电源（比如12V电池），树莓派的5V带不动电机；
权限不够：启动Python脚本时必须加sudo，否则无法控制GPIO，会报“Permission denied”错误。

七、后续进阶：还能玩出这些花样

如果觉得基础控制不够过瘾，还可以加这些功能：

手机控制：把前端HTML改成响应式布局，手机浏览器访问树莓派IP，就能用手机控制；
遥控距离：如果想在户外控制，给树莓派加个WiFi模块（或4G模块），就能突破局域网限制；
自动避障：加个超声波传感器（HC-SR04），在代码里加避障逻辑，小车就能自己绕开障碍物。

总之，树莓派小车的乐趣就在于不断折腾——从接线到写代码，再到调试动作，每一步成功都特别有成就感。如果跟着做的时候遇到问题，欢迎评论区交流，一起踩坑一起进步！

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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