基于OpenWrt和TCPIP協(xié)議的Android遠(yuǎn)程無(wú)線智能機(jī)械彈琴手系統(tǒng)

OpenWrt簡(jiǎn)介

OpenWrt 可以被描述為一個(gè)嵌入式的 Linux 發(fā)行版，（主流路由器固件有 dd-wrt，tomato，openwrt三類）而不是試圖建立一個(gè)單一的、靜態(tài)的系統(tǒng)。OpenWrt的包管理提供了一個(gè)完全可寫的文件系統(tǒng)，從應(yīng)用程序供應(yīng)商提供的選擇和配置，并允許您自定義的設(shè)備，以適應(yīng)任何應(yīng)用程序。

對(duì)于開發(fā)人員，OpenWrt 是使用框架來(lái)構(gòu)建應(yīng)用程序，而無(wú)需建立一個(gè)完整的固件來(lái)支持；對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，這意味著其擁有完全定制的能力，可以用前所未有的方式使用該設(shè)備。

關(guān)于基于OpenWrt和TCPIP協(xié)議的Android遠(yuǎn)程無(wú)線智能機(jī)械彈琴手系統(tǒng).

?本文利用TCP/IP 協(xié)議，的Android 設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程發(fā)送控制信號(hào)給刷有OpenWrt 嵌入式系統(tǒng)的3G 路由器，路由器用串口將信號(hào)給Arduino 控制板解析控制信號(hào)并控制機(jī)械彈琴手動(dòng)作，這一套解決方案不僅可以應(yīng)用于智能家居、工業(yè)控制，還可以應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育。

一、TCP/IP 協(xié)議

TCP/IP 協(xié)議棧是一個(gè)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上通信的協(xié)議族，這種協(xié)議使得不同平臺(tái)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)成為可能，它是一個(gè)真正開放系統(tǒng)，最早起源于一個(gè)關(guān)于分組交換網(wǎng)絡(luò)研究的項(xiàng)目，后來(lái)發(fā)展成為Internet事實(shí)上的通信標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP 協(xié)議采用分層的結(jié)構(gòu)形式，總共分成四層，是對(duì)OSI 結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，它們每一層都實(shí)現(xiàn)了不同的功能模塊和通信協(xié)議，每一層都為上一層提供不同的功能模塊和通信協(xié)議，每一層都為上一層提供支持。

如圖1TCP/IP 協(xié)議結(jié)構(gòu)

二、OpenWrt 路由嵌入式系統(tǒng)

OpenWrt 是一個(gè)開源的Linux 版本，主要是用于嵌入式系統(tǒng)，其強(qiáng)大之處在于它的網(wǎng)絡(luò)部分功能，現(xiàn)在很多嵌入式設(shè)備的代碼都是使用OpenWrt 或者參考OpenWrt 是運(yùn)行在嵌入式CPU 上，OpenWrt 做成的。主頻一般都在幾百兆左右，F(xiàn)lash 閃存一般為8M 或者16M，SDRAM 內(nèi)存一般是16M。主流路由器固件有dd-wrt，tomato，openwrt三類。對(duì)于開發(fā)人員，dd-wrt，tomato，OpenWrt 是使用框架來(lái)構(gòu)建應(yīng)用程序，而無(wú)需建立一個(gè)完整的固件來(lái)支持; 對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，這意味著其擁有完全定制的能力，可以用前所未有的方式使用該設(shè)備。

本文中1的mini 路由器是常見的TP-LINK

無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)：

IEEE

TL-WR7O3N v1，4MFlash，32MDDR，

有線標(biāo)準(zhǔn)：IEEE

802.11n、IEEE 802.11g、IEEE 802.11b，

802.3、IEEE 802.3u，最高傳輸速度150Mbps，信道數(shù)

1個(gè)10/100Mbps LAN/WAN 復(fù)用接口，1個(gè)USB接口，內(nèi)置天線，支持3G、VPN、WDS 無(wú)線橋接、無(wú)線MAC 地址過(guò)濾、無(wú)線安全功能開關(guān)、64/128/152位WEP 加密、WPA-PSK/WPA2-PSK、WPA/WPA2 安全機(jī)制，遠(yuǎn)程WEB 管理，配置文件導(dǎo)入與導(dǎo)出，WEB軟件升級(jí)。

在www.openwrt.org.cn 下載中心下載TL-WR703N的OpenWrt 固件，路由器通過(guò)網(wǎng)線連接電腦后登陸路由器，在路由器的固件升級(jí)中選擇文件進(jìn)行升級(jí)，升

級(jí)中不要斷電，否則導(dǎo)致路由器損壞，整個(gè)過(guò)程需要5分鐘左右，升級(jí)后路由器的USB就具備了駁接攝像頭或者直插U 盤的功能，而官方版本只支持駁接3G

上網(wǎng)卡。刷完后固件版本為OpenWrt FirmWareAttitude Adjustment（ r31054） /LuCI Trunk

（trunk-svn8380 ），嵌入式Linux 內(nèi)核版本為3.2.12。WIFI智能模塊，直接把就是把3G 路由器改裝的，TTL 焊點(diǎn)引到了迷你USB 接［ 1，這樣就可以跟控制板進(jìn)行通信和供電。遠(yuǎn)程設(shè)置的基本流程就是將連上寬帶的無(wú)線路由

器添加一個(gè)虛擬服務(wù)器，IP 為192.168.1.17 ，新建兩個(gè)服務(wù)端口，視頻接入端口為8080，控制端口為2001，將3G 無(wú)線路由器的模式Access Point 改為Client并連上無(wú)線路由器，查看無(wú)線路由器的WAN口IP地址為202.203.41.14 ，在手機(jī)端接入服務(wù)器IP設(shè)置為202.203.41.14

，這樣手機(jī)連上寬帶后就可以連接上遠(yuǎn)程的3G 路由器。

圖2 IP遠(yuǎn)程連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

三、Arduino控制系統(tǒng)

Arduino平臺(tái)的基礎(chǔ)就是AVR 指令集的單片機(jī)。Arduino是一個(gè)能夠用來(lái)感應(yīng)和控制現(xiàn)實(shí)物理世界的套工具。它由一個(gè)基于單片機(jī)并且開放源碼的硬件

平臺(tái)，和一套為Arduino 板編寫程序的開發(fā)環(huán)境組成。Arduino 可以用來(lái)開發(fā)交互產(chǎn)品，比如它可以讀取大量的開關(guān)和傳感器信號(hào)，并且可以控制各式各樣的電燈、電機(jī)和其他物理設(shè)備。

圖3 Arduino控制板的框圖。

圖4 控制系統(tǒng)組成框圖

四、Android 手機(jī)端軟件設(shè)計(jì)

Android 提供一套關(guān)于wifi 連接和數(shù)據(jù)信號(hào)收發(fā)的API，我們利用這些API 可以快速開發(fā)相關(guān)軟件，軟件Main.java 的基本函數(shù)構(gòu)成如圖5。

圖5 Main.java 基本函數(shù)構(gòu)成

常用鋼琴鍵為21個(gè)鍵，即分別實(shí)現(xiàn)高中低三個(gè)音階，安卓軟件界面如圖7。

六、總結(jié)

本文提出了一套完整了遠(yuǎn)程控制方案，包括硬件部分和軟件部分，隨著遠(yuǎn)程無(wú)線控制的發(fā)展，這個(gè)方向會(huì)越來(lái)越被大家所青睞，然而目前網(wǎng)絡(luò)連接中廣泛使用的IPV4 協(xié)議地址空間上存在很大的局限性，地址空間的局限往往使得運(yùn)營(yíng)商動(dòng)態(tài)分配IP地址。如果自己有唯一的域名的話就可以解決這個(gè)問(wèn)題，解析到域名的IP地址就可以唯一的連接到此地址作為服務(wù)器了，理論上全國(guó)各地均可以進(jìn)行遠(yuǎn)程連接和控制。