EEPW论坛

　　背景：

　　话说自从我厂的商务部门搬到旁边的商务楼之后，工程师发现漂亮的前台MM也搬走了，某区只留下冷冷清清的鱼缸。然后，工程师们发现开门成了个问题。鉴于进门需要刷卡，所以没有带卡的工程师就不得不摁下门铃，等待其他人从座位上起身为自己开门。经历过多次不得不让别人来开门以及不得不为别人开门之后，终于有工程师不能忍受了(我就是其中一个)，于是，决定自己动手解决问题。要知道，地球上没有能难住工程师的问题!

　　研究与选择方案：

　　我厂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)，虽然RPI的硬件成本更高一点。

　　RPI与Arduino的设计目标不同，它主要是一个超小的PC主机。幸好RPI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。

　　RPI的GPIO引脚的定义：http://elinux.org/RPi_Low-level_peripherals#General_Purpose_Input.2FOutput_.28GPIO.29

　　引脚的输出规格：http://elinux.org/RPi_BCM2835_GPIOs

　　RPI的GPIO教程：http://log.liminastudio.com/writing/tutorials/tutorial-how-to-use-your-raspberry-pi-like-an-arduino

　　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整块RPI板子烧掉，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RPI的每个脚的输出不确定)。

　　操作步骤

　　在RPI上安装操作系统

　　拿到RPI后，首先要在RPI上安装操作系统。这里有份文档：http://log.liminastudio.com/writing/tutorials/getting-started-with-the-raspberry-pi，安装完操作系统后，确保重新启动成功(RPI的视频输出口是HDMI接口，可以直接连接在支持HDMI的显示器或是电视上，或者可以通过HDMI转VGA/DVI的连接线连接到支持VGA/DVI的显示器上。注意：无源的HDMI转VGA的线可能会损坏RPI板)。

　　配置网络

　　RPI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。

　　RPI仅对部分网卡支持较好，利用RPI的官网上的无线网卡兼容信息，最终选择了一款相对便宜且能得到较好支持的网卡：TP-LINK TL-WN823N，该网卡可以从amazon.cn购买，购买地址见本文最后的列表。

　　插入网卡后，修改网卡的配置信息：

　　sudo vi /etc/network/interfaces

　　修改其中与wlan0相关的部分：

　　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

　　这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。

　　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。我选择了web.py作为Web server的开发基础，加上GPIO的python库来完成工作。

　　Web.py的下载、安装与教程：http://webpy.org/

　　RPI GPIO的python库安装和使用：http://log.liminastudio.com/writing/tutorials/tutorial-how-to-use-your-raspberry-pi-like-an-arduino

　　接下来就是在RPI上设置Web server了。遵循我厂的传统，使用Python作为Web server的主要开发语言。

　　开门硬件控制相关代码：

　　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)

　　Web server代码(基于web.py)

　　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()

　　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(例如，用手机开门显然更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。

部署后的全景

豆瓣开门

豆瓣开门widget

　　后记与感谢

　　感谢所有参与这个项目的我厂同学们，豆瓣的确是个有着独特的技术文化的环境，这里不仅有许多可以互相交流想法的技术geek，还有这庞大的对所有新鲜的东西感兴趣的工程师群体，欢迎各位喜欢这个环境的同学们参观和加入。