基于OpenWrt和TCP/IP協(xié)議的的Android遠(yuǎn)程無線智能機械彈琴手系統(tǒng)

【摘 要】本文利用TCP/IP協(xié)議，再利用流行的Android設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程發(fā)送控制信號給刷有OpenWrt嵌入式系統(tǒng)的3G路由器，路由器用串口將信號給Arduino控制板解析控制信號并控制機械彈琴手動作，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。

【關(guān)鍵詞】TCP/IP協(xié)議 Android OpenWrt 遠(yuǎn)程無線控制

一、TCP/IP協(xié)議

TCP/IP協(xié)議棧是一個實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上通信的協(xié)議族，這種協(xié)議使得不同平臺架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)成為可能，它是一個真正開放系統(tǒng)，最早起源于一個關(guān)于分組交換網(wǎng)絡(luò)研究的項目，后來發(fā)展成為Internet 事實上的通信標(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OSI結(jié)構(gòu)的簡化，它們每一層都實現(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支持，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 TCP/IP協(xié)議結(jié)構(gòu)

二、OpenWrt路由嵌入式系統(tǒng)

OpenWrt是一個開源的Linux版本，主要是用于嵌入式系統(tǒng)，其強大之處在于它的網(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做成的。OpenWrt是運行在嵌入式CPU上，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。對于開發(fā)人員，OpenWrt 是使用框架來構(gòu)建應(yīng)用程序，而無需建立一個完整的固件來支持；對于用戶來說，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。

本文中的mini路由器是常見的TP-LINK TL-WR703N v1，4MFlash，32MDDR，無線標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.11n、IEEE 802.11g、IEEE 802.11b， 有線標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.3、IEEE 802.3u，最高傳輸速度150Mbps，信道數(shù)1-13，1個10/100Mbps LAN/WAN復(fù)用接口，1個USB接口，內(nèi)置天線，支持3G、VPN、WDS無線橋接、無線MAC地址過濾、無線安全功能開關(guān)、64/128/152位WEP加密、WPA-PSK/WPA2-PSK、WPA/WPA2安全機制，遠(yuǎn)程WEB管理，配置文件導(dǎo)入與導(dǎo)出，WEB軟件升級。

在www.openwrt.org.cn下載中心下載TL-WR703N的OpenWrt固件，路由器通過網(wǎng)線連接電腦后登陸路由器，在路由器的固件升級中選擇文件進(jìn)行升級，升級中不要斷電，否則導(dǎo)致路由器損壞，整個過程需要5分鐘左右，升級后路由器的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 FirmWare Attitude Adjustment（r31054）/LuCI Trunk（trunk-svn8380），嵌入式Linux內(nèi)核版本為3.2.12。WIFI 智能模塊， 就是把 3G 路由器改裝的， 直接把 TTL 焊點引到了迷你 USB 接口，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線路由器添加一個虛擬服務(wù)器，IP為192.168.1.17，新建兩個服務(wù)端口，視頻接入端口為8080，控制端口為2001，將3G無線路由器的模式從Access Point改為Client并連上無線路由器，查看無線路由器的WAN口IP地址為202.203.41.14，在手機端接入服務(wù)器IP設(shè)置為202.203.41.14，這樣手機連上寬帶后就可以連接上遠(yuǎn)程的3G路由器。圖2是一個IP遠(yuǎn)程連接控制的拓?fù)鋱D。

圖2 IP遠(yuǎn)程連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

三、Arduino控制系統(tǒng)

Arduino平臺的基礎(chǔ)就是AVR指令集的單片機。Arduino是一個能夠用來感應(yīng)和控制現(xiàn)實物理世界的一套工具。它由一個基于單片機并且開放源碼的硬件平臺，和一套為Arduino板編寫程序的開發(fā)環(huán)境組成。Arduino可以用來開發(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，并且可以控制各式各樣的電燈、電機和其他物理設(shè)備。圖3是Arduino控制板的框圖。

圖3 Arduino控制板的框圖。

圖4 控制系統(tǒng)組成框圖

四、Android手機端軟件設(shè)計

Android提供一套關(guān)于wifi連接和數(shù)據(jù)信號收發(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

視頻傳輸與呈現(xiàn)的MySurfaceView.java的基本函數(shù)構(gòu)成如圖6。

圖6 MySurfaceView.java基本函數(shù)構(gòu)成

常用鋼琴鍵為21個鍵，即分別實現(xiàn)高中低三個音階，安卓軟件界面如圖7。

圖7安卓軟件界面效果圖

在代碼段將視頻接入IP地址和控制IP地址均設(shè)置為服務(wù)器IP地址202.203.41.14，經(jīng)過實踐，這套系統(tǒng)可以很好的實現(xiàn)遠(yuǎn)程連接與控制，達(dá)到了預(yù)期的效果。

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)程無線控制的發(fā)展，這個方向會越來越被大家所青睞，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營商動態(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問題，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，理論上全國各地均可以進(jìn)行遠(yuǎn)程連接和控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]候國照.基于OpenWrt的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究與實現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[2]焦雙偉.基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的智能家居控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].南昌航空大學(xué)，2012.

[3]肖飛.嵌入式Internet遠(yuǎn)程控制設(shè)計與實現(xiàn)[D].河南師范大學(xué)，2009.

[4]周正杰.基于Internet的家電控制的研究[D].廣西大學(xué)，2011.

[5]劉維群.基于TCP/IP的多媒體實時教學(xué)系統(tǒng)的實現(xiàn)研究[D].西北大學(xué)，2006.

[6]鄭哲，任芊.基于動態(tài)IP的遠(yuǎn)程控制[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2007，29（14）.