使用树莓派和内网穿透远程点灯

June 15, 2021

简介

树莓派作为web服务器，同时通过 GPIO 口控制 LED 灯泡的亮灭，如果要在公网ip进行访问控制，需要借助内网穿透的技术，这里选用 frp 进行穿透。

准备

材料：

树莓派4b
腾讯云服务器
LED 灯珠

树莓派安装Java 11

运行以下命令安装最新的 JDK 版本，目前是 OpenJDK 11 JDK：

sudo apt update
sudo apt install default-jdk

安装完成后，通过命令可以检查 Java 版本进行验证：

java -version

升级WiringPi

WiringPi预装（Pre-installed）在标准的树莓派操作系统Raspbin中。可以使用下面的命令进行安装：

sudo apt-get install wiringpi

如果需要更新WiringPi，可以使用系统更新命令：

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

WiringPi安装完成后，可以使用下面的命令测试是否安装成功：

sudo gpio -v

另外，可以通过命令打印树莓派引脚分布图

gpio readall

内网穿透配置

腾讯云服务端配置：

[common]
bind_port = 7000

vhost_http_port = 8090
vhost_https_port = 443

[web]
type = http
custom_domains = korilweb.cn

这里设置 http port 为8090，相当于把这个端口和树莓派指定的端口进行绑定。

树莓派客户端配置：

[common]
server_addr = 106.54.131.221
server_port = 7000

[ssh]
type = tcp
local_ip = 127.0.0.1
local_port = 22
remote_port = 6000

[web]
type = http
local_ip = 127.0.0.1
local_port = 9000
custom_domains = korilweb.cn

custom_domains 必须和服务端的一致。

树莓派的web服务器

这里采用 Springboot + pi4j 的方案，Springboot 处理 web 请求，pi4j 处理 GPIO。

引入 pi4j

在 pom.xml 中添加配置

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.pi4j/pi4j-core -->
<dependency>
    <groupId>com.pi4j</groupId>
    <artifactId>pi4j-core</artifactId>
    <version>1.4</version>
</dependency>

Controller

@RestController
public class HelloController {

    final GpioController gpio = GpioFactory.getInstance();
    final GpioPinDigitalOutput led1 = gpio.provisionDigitalOutputPin(RaspiPin.GPIO_01);
    @GetMapping(value = "/command/{status}")
    public String test(@PathVariable String status) {
        if (status.equals("open")) {
            led1.high();
            return "led open";
        }
        else if (status.equals("close")) {
            led1.low();
            return "led close";
        }
        return "command error";
    }
}

一个简单的 Controller，将传过来的 Get 请求后的参数，作为控制 LED 灯亮灭的判断条件。

配置文件：

# 应用名称
spring.application.name=raspberry
# 应用服务 WEB 访问端口
server.port=9000

maven 打包好，上传到树莓派。

启动

将 led 灯珠（最好接个电阻，防止电流过大烧掉）正极接到 GPIO_01 上，负极接地。

打开腾讯云8090端口

firewall-cmd --zone=public --add-port=8090/tcp --permanent
firewall-cmd --reload

在腾讯云上，启动 frps

frps -c frps.ini

在树莓派上，启动 frpc

frpc -c frpc.ini

启动树莓派上的Springboot项目

java -jar raspberry-0.0.1-SNAPSHOT.jar

打开postman，发送一个get请求：

http://korilweb.cn:8090/command/open
http://korilweb.cn:8090/command/close

可以看到 LED 根据命令进行开关了。

简单的App

使用手机来控制 LED 是个不错的选择。

这里使用 Android Studio 开发一个简单的 App 应用。目前只有开关的接口，所以需要用到一个 Switch 组件来控制 LED 亮灭。

activity_main.xml

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".MainActivity">

    <Switch
        android:id="@+id/switch1"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="LED"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />
</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

在 MainActivity 中编写对应的逻辑代码

package com.example.myapplication;

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

import android.annotation.SuppressLint;
import android.os.Bundle;
import android.widget.CompoundButton;
import android.widget.Switch;
import android.widget.TextView;

import java.io.IOException;

import okhttp3.OkHttp;
import okhttp3.OkHttpClient;
import okhttp3.Request;
import okhttp3.Response;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    final static OkHttpClient client = new OkHttpClient();
    final static String url = "http://korilweb.cn:8090/command/";

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        @SuppressLint("UseSwitchCompatOrMaterialCode") final Switch ledSwitch = findViewById(R.id.switch1);

        ledSwitch.setOnCheckedChangeListener((buttonView, isChecked) -> {
            if (isChecked) {
                System.out.println("开启");
                new Thread(() -> controlLed("open")).start();
            } else {
                System.out.println("未开启");
                new Thread(() -> controlLed("close")).start();
            }
        });
    }

    /**
     * 发送 get 请求，控制 led 小灯的亮灭
     * @param command 命令参数
     */
    protected void controlLed(String command) {
        Request request = new Request.Builder().url(url + command).build();
        try {
            Response response = client.newCall(request).execute();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

这里使用 okhttp 来发送请求，需要在 Gradle 中添加：

implementation "com.squareup.okhttp3:okhttp:4.9.0"

最后打包成 apk 即可。

参考

https://shumeipai.nxez.com/2021/01/20/how-to-install-java-jdk-on-raspberry-pi.html

https://blog.csdn.net/qq_33259323/article/details/104441715?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-baidujs_title-0&spm=1001.2101.3001.4242

https://zhuanlan.zhihu.com/p/100355512

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