背景

经过前一段时间的学习,我已经大致了解了树莓派的串口数据传输以及有人USR-LTE-7S4这一4G模块的使用方法。详情请查看以往的博客。现在我对这两个模块进行整合,构成一个系统一完成特定任务。

目标要求

任何地点的联网用户在手机上操作,可以控制特定树莓派上的LED亮灭。

实现方式

拓扑图
客户端(手机)发送开或关的命令到云端服务器,由于4G模块不断向服务器发送心跳包(一秒一次),服务器将会根据客户端提供的数据回复给4G模块“1”或“0”,以示开关。4G模块再通过串口将数据发送给树莓派,进而达到控制LED的目的。

硬件配置

硬件准备

  • 树莓派*1
  • 有人USR-LTE-7S4模块*1
  • LED*1
  • 杜邦线若干

硬件连接

硬件连接图
将树莓派和4G模块的串口、地线对应连好即可

软件配置

云端

云端将会运行两个进程,response.py用于回复4G模块的心跳包(即发送指令),server.py用于接收客户端发送的指令。这两个进程操作同一个文件ctrl.in以完成数据传输。

接收客户端指令:

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#server.py

import socket
import re

HOST, PORT = '', 10082

listen_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
listen_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
listen_socket.bind((HOST, PORT))
listen_socket.listen(1)
while True:
client_connection, client_address = listen_socket.accept()
request = client_connection.recv(1024)
request = request.decode()
action = re.findall("GET /(.+) ", request)
action = action[0]
if action=="1" or action=="0":
f = open("ctrl.in", 'w')
f.write(action)
f.close()

http_response = """
HTTP/1.1 200 OK

<a href="/1">ON</a><br/><a href="/0">OFF</a>
"""
client_connection.sendall(http_response.encode())
client_connection.close()

这段代码在前端生成了两个链接,客户端点击链接即可控制文件中数值为1或0,以供response.py回复。

向4G模块回复(发送)指令:

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#response.py

import socket

HOST, PORT = '', 10081
listen_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
listen_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
listen_socket.bind((HOST, PORT))
listen_socket.listen(1)

while True:
client_connection, client_address = listen_socket.accept()
while True:
req = client_connection.recv(1024)
print req
if req == '+++':
resp = 'a'
else:
f = open("ctrl.in",'r')
resp = f.read()
f.close()
client_connection.sendall(str(resp))
client_connection.close()

这段代码读取ctrl.in并回复给4G模块。

被控端

4G模块配置

在官方配置工具中配置好服务器和心跳包,点击“设置并保存所有参数”
4G模块配置1
4G模块配置2

树莓派配置

树莓派的职责就是接受4G模块的数据并控制LED。

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//serial.cpp

#include<iostream>
#include<wiringPi.h>
#include<wiringSerial.h>

#define LED 1

using namespace std;

int main()
{
int MySerial;

pinMode(LED, OUTPUT);
if (wiringPiSetup()<0)
{
cout << "Setup Failed!\n";
exit(0);
}

if ((MySerial=serialOpen("/dev/ttyS0", 115200))<0)
{
cout << "Serial Failed!\n";
exit(0);
}

while (1)
{
if (serialDataAvail(MySerial)>0)
{
char ch=serialGetchar(MySerial);
cout << ch << endl;
int val=ch-48;
digitalWrite(LED, val);
}
}

serialClose(MySerial);

return 0;
}

此代码的作用是,从串口读取数据,并据此数据控制LED引脚电平高低。

运行测试

云端服务器执行
$ python2 server.py &
$ python2 response.py

被控端通电,树莓派执行
& sudo ./SERIAL-RECEIVE (编译后的可执行文件)

手机访问http://[域名]:10082/0,即可操作。

各终端情况如动画所示
终端示意

实物测试如动画所示
实物测试

展望

既然可以点亮一盏LED,任何更加复杂的工作均可同理完成。