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。