妙用树莓派，制作一个远程控制开门器

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1，研究与选择方案：

我们公司的电子门锁的开门设备是通过一个带弹簧的开关（门内，类似墙面上开灯的开关）控制的，按下开关就能打开门，按下开关的时候能够听到明显的继电器闭合的声音，因此，趁着没人的时候我把开关拆开看了一下，证实的确是通过触电控制的一个继电器。按下开关时，两个金属触电接触，继电器动作，门打开。继电器在动作后延时4秒左右恢复。这样看来，硬件层面的开门实现就非常简单了：跨接一个数字继电器，要开门时，通过电平信号控制继电器闭合并保持2秒即可。




但要实现远程控制，必须设置一台可以通过TCP或是HTTP协议接受用户命令，并能控制开门硬件（继电器）的设备。最初考虑过Arduino，作为一个开源的硬件平台，Arduino的电平输出非常易于控制和操作。而且Arduino也有RJ45或是无线的接口模块。不过在查看了Arduino的无线模块的操作方式之后，我发现要让Arduino接入一个WPA加密的无线网络并实现一个web server并不容易。所以最终还是选择了树莓派（Raspberry Pi）。

树莓派与Arduino的设计目标不同，它主要是一个超小的PC主机。树莓派本身提供了若干个GPIO的输出口（3.3V），用来操作数字继电器倒是没有问题。


请特别注意：由于GPIO的引脚是没有保护电路的，不当的硬件连接很可能会导致树莓派烧掉，连接和操作时务必慎重。在确定方案时，我个人使用了面包板，电阻和二极管等电子元件搭建实验电路，并反复用万用表验证过输出电压和电流（主要是对树莓派的每个脚的输出不确定）。
操作步骤：
在树莓派上安装操作系统，论坛有很多教学安装的，这里就没说了。

配置网络

树莓派本身的网络支持已经比较完善，通过有线方式接入的话，只要直接插入网线就可。考虑到无线方式部署比较方便，我采用的是无线连接的方式。

2，插入网卡后，修改网卡的配置信息：

• [AppleScript] 纯文本查看 复制代码
  
• sudo vi /etc/network/interfaces
  

复制代码

修改其中与wlan0相关的部分：

• [AppleScript] 纯文本查看 复制代码
  
• auto lo
  
• 
  
•     iface lo inet loopback
  
• 
  
•     iface eth0 inet dhcp
  
• 
  
• 
  
• 
  
•     allow-hotplug wlan0
  
• 
  
•     iface wlan0 inet static
  
• 
  
•         wpa-ssid 你要连接的wifi ssid
  
• 
  
•         wpa-psk 你的wpa连接密码
  
• 
  
•     address 192.168.0.20    # 设定的静态IP地址
  
• 
  
•     netmask 255.255.255.0   # 网络掩码
  
• 
  
•     gateway 192.168.0.1     # 网关
  
• 
  
•     network 192.168.0.0      # 网络地址
  
• 
  
•     #wpa-roam /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
  
• 
  
•     iface default inet dhcp
  

复制代码

里我选择了使用静态地址，原因是我们不希望开门的服务器地址老是变来边去。设置好网络并确认能够正常工作后，就可以着手进行下一个步骤了。

3，连接硬件

下图是具体的连接方式，注意连在RPI上的三条线，白色（电源）、黑色（GND）、灰色（信号）分别连接在RPI GPIO的2号、6号与7号针脚上。

编写代码

RPI的操作系统缺省已经有一个Python的安装了。因此，我们可以使用Python来设置Web Server并控制开门的硬件设备。

开门硬件控制相关代码：

• [AppleScript] 纯文本查看 复制代码
  
• 
  
• import RPi.GPIO as GPIO
  
• 
  
•    import time
  
• 
  
• 
  
• 
  
•    PORT = 7
  
• 
  
• 
  
• 
  
•    def reset():
  
• 
  
•        GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
  
• 
  
•        GPIO.setup(PORT, GPIO.IN)
  
• 
  
• 
  
• 
  
•    def initcontroller():
  
• 
  
•        GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
  
• 
  
•        GPIO.setup(PORT, GPIO.OUT)
  
• 
  
•        GPIO.output(PORT, True)
  
• 
  
• 
  
• 
  
•    def opendoor():
  
• 
  
•        GPIO.setup(PORT, GPIO.OUT)
  
• 
  
•        GPIO.output(PORT, False)
  
• 
  
•        time.sleep(2)
  
• 
  
•        GPIO.output(PORT, True)
  

复制代码

• [AppleScript] 纯文本查看 复制代码
  
• 
  
• import web
  
• 
  
•    from web import form
  
• 
  
•    import doorop
  
• 
  
•    import requests
  
• 
  
• 
  
• 
  
•    render = web.template.render('templates/')
  
• 
  
• 
  
• 
  
•    urls = (
  
• 
  
•            '/', 'index'
  
• 
  
•    )
  
• 
  
•    app = web.application(urls, globals())
  
• 
  
• 
  
• 
  
•    myform = form.Form(
  
• 
  
•        form.Textbox("username"),
  
• 
  
•        form.Textbox("password", form.notnull)
  
• 
  
•    )
  
• 
  
• 
  
• 
  
•    #initial door controller
  
• 
  
•    doorop.initcontroller()
  
• 
  
• 
  
• 
  
•    def verifyuser(uname, passwd):
  
• 
  
•        #这里是验证用户的逻辑，我是用公司的LDAP服务器进行验证的
  
• 
  
•        #验证成功返回True，否则返回False
  
• 
  
•        pass
  
• 
  
• 
  
• 
  
•    class index:
  
• 
  
•        def GET(self):
  
• 
  
•            form = myform()
  
• 
  
•            return render.formtest(form)
  
• 
  
• 
  
• 
  
•        def POST(self):
  
• 
  
•            form = myform()
  
• 
  
•            if not form.validates():
  
• 
  
•                return render.formtest(form)
  
• 
  
•            else:
  
• 
  
•                if(verifyuser(form['username'].value, form['password'].value)):
  
• 
  
•                    doorop.opendoor()
  
• 
  
•                    return "door opened!"
  
• 
  
•                else:
  
• 
  
•                    return "Username/Password invalid!"
  
• 
  
• 
  
• 
  
•    if __name__ == "__main__":
  
• 
  
•        web.internalerror = web.debugerror
  
• 
  
•        app.run()
  

复制代码

这样就在RPI上建立了一个web server，用HTTP POST方式输入正确的用户名和口令就能实现开门。

为了更方便地应用远程开门（不过肯定是用手机开门更cool），可以编写iOS或是Android上运行的开门应用。当然，由于开门只需要发送一个HTTP POST请求，直接写成一个可以在Mac/Linux/Win下运行的命令行也可以。

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太棒了  谢谢分享

太棒了。等我有很多钱，然后就辞职在家天天玩这些。

各位同学在用树莓派做DIY创意设计的时候，一定想象过类似的场景：
做了个自动浇花的装置，当我在外面旅游的时候，用手机给装置发个指令，远程去浇花；
我正在办公室，想回到家就能洗上热水澡，于是我用手机远程开启了热水器；

为了实现上面的场景，我粗略的总结了一下目前可以使用的技术方案，并且做了比较，希望能够帮到大家：


    * WEB SERVER方式

将树莓派作为一个WEB服务器，手机浏览器作为客户端去访问，类似的实现有WebIOPi等等很多类似的方案，
当然稍加改造，也可以让WEB服务器提供REST API的接口，这样手机端的界面展现就更加灵活。

优点：
对于手机开发非常方便，只要加载浏览器或是调用REST API即可展现复杂的用户界面。

缺点：
在国内，树莓派接入网络大多都是内网，也就是没有一个公网的IP，因此手机也无法直接向树莓派的IP发起请求，
也就是说无法直接访问，当然通过路由器端口映射等方法也可以实现对内网IP的访问，但是整个方案实现就比较复杂了，
需要熟悉网络的配置，并且有权限去配置路由器等设备才行。
所以目前这种方案通常前提是在同一个网段里，也就是说手机和树莓派要连接同一个热点或路由器，并不能真正实现
跨网类似从办公室去远程控制家里的树莓派这样的场景。


    * 短信方式

树莓派通过串口或USB连接一个收发短信的硬件模块，通过收短信并解析成控制命令的方式达到远程控制树莓派的目的。

优点：
这种方式其实是挺可靠并且适应性很强的一种方案，甚至可以布置在户外，只要有电话信号的地方就行。

缺点：
一个短信模块大概有两三百元，另外和短信模块的通信目前好像没有特别现成标准的实现代码，所以调试的工作量是要考虑的，
对开发的技术还是有些要求的。


    * 长连接方式（物联网平台）

树莓派和手机通过接入第三方的平台，间接的完成相互通信的目的，例如yeelink平台以及最近刚出现的marsiot平台（www.marsiot.com）。
yeelink平台为手机和多种设备包括树莓派提供了REST方式的API接口，在平台注册用户获取TOKEN之后，手机通过HTTP POST请求向树莓派
发起控制命令，树莓派通过HTTP GET轮询方式获取到发给自己的控制请求完成控制。
marsiot的接入则更为简单些，甚至无须登录注册和编写代码，在树莓派上运行一个JAR文件，在手机上安装个APK就OK了，不过本质上也是
通过后台的服务器完成了手机和树莓派之间的通信转发

优点：
无须对网络进行特殊配置，只要手机和树莓派都能访问INTERNET就可以实现真正的远程控制。

缺点：
其实没有什么缺点，如果一定要有的话，就是依赖于第三方平台的服务不是百分百受控

李梦翔 发表于 2017-2-9 16:59
各位同学在用树莓派做DIY创意设计的时候，一定想象过类似的场景：
做了个自动浇花的装置，当我在外面旅游的时候，用手机给装置发个指令，远程去浇花；
我正在办公室，想回到家就能洗上热水澡，于是我用手机远程开启了热水器；

我一直觉得只有第一种方式是可以接受的，完全可控，通过第三方的方式玩玩可以，考虑到安全问题，不适合家里。
短信方式还要增加短信猫，我曾经用过老手机通过数据线连接到电脑在代码里发短信，虽然可行，但有点啰嗦，使用不方便。
第一种方式最大的问题就是你说的从任意公网访问到树莓派服务器问题，最近一直在考虑P2P穿透的方式，肯定可行，自己没写过类似代码。

这个是利用短信来远程控制开关的么，现在成功了么

P2P内网穿透太麻烦，穿透成功率也不见得是百分之百，一个靠谱的平台算是一个较为简单的选择，或者自己申请一个云服务器，自己来搭设备接入层