学生党进阶指南:用闲置树莓派远程开发51单片机

2021年10月21日 15:22 次阅读 稿源:Oray新闻稿 条评论

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51单片机因为指令系统、内部结构相对简单,被国内许多高校用来进行单片机的入门教学。在今年年初的疫情防控期间,就有一名应届毕业生使用闲置的树莓派进行远程开发51单片机,以此锻炼自己的敲代码能力。远程连接上,因为没有公网IP,该同学使用花生壳内网穿透实现了远程开发。值得一提的是,花生壳目前向学生群体免费开放了旗下“青春版”服务,学生可以用来更好地进行远程学习、开发调试等。

image001.jpg

下面是该同学使用树莓派搭配花生壳,实现远程开发51单片机的具体步骤分享:

项目原件清单

1.用来远程连接的树莓派3B(已经吃灰很久了….)

2.执行程序的51开发板;

3.显示图像的摄像头(翻出了一个10年前的老USB摄像头…)

4.内网穿透工具花生壳;

5.一些继电器(是不是猜不到这个是干嘛的,先保密)

项目流程

虽然树莓派可以通过vnc进行远程桌面,但喜欢折腾的我怎么能甘心必须安装客户端呢?这绝对不行!!!所以我选择了带有html5解析vnc协议的novnc,远程部分ok。

51单片机的编译软件我选择的是sdcc进行编译,编译后会出现hex文件,但对于很多朋友来说这还不够,hex格式的文件还是很大,我们要用bin!!!大家可以使用Hex2bin来进行转换,okok现在就剩下串口下载了,我们来解决远程下载,这里我选择的是开源的stcgal进行烧写。

最后我们再来看看远程摄像头,远程摄像头的方案就有很多了,这里我选择的是motion。分析完了就让我们撸起袖子加油干吧!

1. 烧录完成系统后,老规矩来给树莓派更换国内源;

sudo cp /etc/apt/sources.list/etc/apt/sources.list.bak

sudo cp/etc/apt/sources.list.d/raspi.list /etc/apt/sources.list.d/raspi.list.bak

修改软件更新源,执行如下命令:

sudo vi /etc/apt/sources.list

按i进入编辑模式,改成清华的软件源地址,按ESC退出,然后 :x 回车保存退出。

deb http://mirror.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/buster main contrib non-free rpi

deb-srchttp://mirror.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ buster main contribnon-free rpi

修改系统更新源,执行如下命令:

sudo vi/etc/apt/sources.list.d/raspi.list

将原镜像用#号注释掉,然后插入清华的系统源地址,保存退出:

deb http://mirror.tuna.tsinghua.edu.cn/raspberrypi/buster main ui

同步更新源及更新软件包,执行如下命令:

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

2. 更换完成源以后,开启树莓派自带的开启VNC

在终端输入以下命令进入配置界面。

sudo raspi-config

依次操作:Interfacing Options -> VNC -> Yes。之后系统会提示你是否要安装 VNC 服务,输入 y 之后回车,等待系统自动下载安装完成,如果祖师爷还是爱我们的话应该已经开启成功了。

稳妥起见我们还是来查看本地是否安装了vncserver(其实就是看看上面祖师爷有没有显灵)

whereis vncserver

如果没有请手动安装

yum install -y tigervnc-server

如果按照成功了就看这里哦

使用下面的命令来运行vnc

vncserver

此时会要求输入密码。这里需要注意:

The VNC server will run in thebackground. The port that it runs on is the display number + 5900 (i.e. 5901 inthe case above).

意思就是当你执行vncserver :1设置为1时,下面要运行VNC是的端口号应该是5900+1,那就是5901,VNC的默认端口是5900。

3. 安装noVNC

#安装git

sudo apt-get install git

#获取novnc的源码

git clone https://github.com/kanaka/noVNC

进入novnc的目录

cd noVNC

运行novnc(第一次运行的时候会下载一个端口转发的程序可能需要一些时间)

./utils/launch.sh --vnclocalhost:5901

4. 安装51开发环境

这里的开发环境依赖python3,需要确保已安装python3, pip3.

如果没有下载pip3请下载安装

安装sdcc

sudo apt-get install sdcc

编译程序例子:

sdcc 1.c

安装hex2bin(如果是不是专业开发者感觉可以不安装)

百度网盘分享地址:https://pan.baidu.com/s/1iky8HsB-nVn1p5J3EzB8NQ

提取码:tg3v

安装pyserial

sudo pip3 install pyserial

安装stcgal

pip3 install stcgal

测试

stcgal -h

#下载程序样例(建议完成安装ch340后在进行下载测试)

stcgal 1.ihx

5. 树莓派安装CH340驱动

驱动下载官方网址(linux版本)

http://www.wch.cn/download/CH341SER_LINUX_ZIP.html

cd 进入文件夹

安装依赖环境

sudo apt-get install linux-headers

修改make文件

打开ch34x.c源码,添加#include<linux/sched/signal.h>,并注释掉waitqueuet wait

编译并加载驱动

make

make load

6. 安装usb摄像头监控界面

sudo apt-get install motion

然后打开 motion daemon 守护进程,让他可以一直在后台运行:

sudo nano /etc/default/motion

#no修改成yes:

start_motion_daemon=yes

修改motion的配置文件:

sudo vim /etc/motion/motion.conf

#deamon off 改成 on

deamon on

#设置分辨率

width 800

height 600

#关闭 localhost 的限制

webcam_localhost off

然后运行 motion:

sudo motion

现在我们的摄像头已经变成了一台网络摄像头。在chrome浏览器下访问 http://[your.domain]:8081 即可看到摄像头当前拍摄的画面。

7. 简单修改noVNC界面

在noVNC源码的app目录下面添加camera文件夹

这里是jq的一个小插件实现了一个可以拖动的小框框

链接:https://pan.baidu.com/s/1VZSh14pUXK36NcxrYTM1-A

提取码:swk9

最后修改vnc.html文件让我们把摄像头和远程界面合二为一

<!DOCTYPE html>

<html >

<head>

<!--

noVNC example: simple example using default UI

Copyright (C) 2019 The noVNC Authors

noVNC is licensed under the MPL 2.0 (see LICENSE.txt)

This file is licensed under the 2-Clause BSD license (see LICENSE.txt).

Connect parameters are provided in query string:

http://example.com/?host=HOST&port=PORT&encrypt=1

or the fragment:

http://example.com/#host=HOST&port=PORT&encrypt=1

-->

<title>noVNC</title>

<meta charset="utf-8">

<!-- Icons (see app/images/icons/Makefile for what the sizes are for)-->

<link rel="icon"sizes="16x16"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-16x16.png">

<link rel="icon"sizes="24x24"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-24x24.png">

<link rel="icon"sizes="32x32"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-32x32.png">

<link rel="icon"sizes="48x48"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-48x48.png">

<link rel="icon"sizes="60x60"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-60x60.png">

<link rel="icon"sizes="64x64"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-64x64.png">

<link rel="icon"sizes="72x72"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-72x72.png">

<link rel="icon"sizes="76x76"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-76x76.png">

<link rel="icon"sizes="96x96"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-96x96.png">

<link rel="icon"sizes="120x120"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-120x120.png">

<link rel="icon"sizes="144x144"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-144x144.png">

<link rel="icon"sizes="152x152"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-152x152.png">

<link rel="icon"sizes="192x192"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-192x192.png">

<!-- Firefox currently mishandles SVG, see #1419039

<link rel="icon"sizes="any"type="image/svg+xml"href="app/images/icons/novnc-icon.svg">

-->

<!-- Repeated last so that legacy handling will pick this -->

<link rel="icon"sizes="16x16"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-16x16.png">

<!-- Apple iOS Safari settings -->

<meta name="viewport"content="width=device-width, initial-scale=1.0,maximum-scale=1.0, user-scalable=no">

<meta name="apple-mobile-web-app-capable"content="yes">

<meta name="apple-mobile-web-app-status-bar-style"content="black-translucent">

<!-- Home Screen Icons (favourites and bookmarks use the normalicons) -->

<link rel="apple-touch-icon"sizes="60x60"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-60x60.png">

<link rel="apple-touch-icon"sizes="76x76"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-76x76.png">

<link rel="apple-touch-icon"sizes="120x120"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-120x120.png">

<link rel="apple-touch-icon"sizes="152x152"type="image/png"href="app/images/icons/novnc-152x152.png">

<!-- Stylesheets -->

<link rel="stylesheet"href="app/styles/base.css">

<script src="app/error-handler.js"></script>

<script type="module"crossorigin="anonymous"src="app/ui.js"></script>

<link rel="stylesheet"type="text/css"href="app/camera/css/normalize.css"/>

<link href="app/camera/src/css/interactive.css"rel="stylesheet"/>

<style>

html, body {

width: 100%;

height: 100%;

background-color: gainsboro;

}

.content {

margin: 10px;

}

#element {

height: 280px;

width: 340px;

top: 240px;

left: 240px;

background-color: #82ABC0;

}

</style>

</head>

<body>

<!-- 摄像头显示框-->

<div id="element"name="Close false">

<div>

<imgsrc="http://192.168.3.208:8081/">

</div>

</div>

<divid="noVNC_fallback_error">

<div>

<div>noVNC encountered anerror:</div>

<br>

<divid="noVNC_fallback_errormsg"></div>

</div>

</div>

<!-- noVNC Control Bar -->

<div id="noVNC_control_bar_anchor">

<divid="noVNC_control_bar">

<divid="noVNC_control_bar_handle"title="Hide/Show the controlbar"><div></div></div>

<div>

<h1 translate="no"><span>no</span><br>VNC</h1>

<!-- Drag/Pan the viewport-->

<input type="image"alt="Drag"src="app/images/drag.svg"

id="noVNC_view_drag_button"

title="Move/DragViewport">

<!--noVNC Touch Device onlybuttons-->

<divid="noVNC_mobile_buttons">

<inputtype="image"alt="Keyboard"src="app/images/keyboard.svg"

id="noVNC_keyboard_button"title="Show Keyboard">

</div>

<!-- Extra manual keys -->

<input type="image"alt="Extra keys"src="app/images/toggleextrakeys.svg"

id="noVNC_toggle_extra_keys_button"

title="Show ExtraKeys">

<div>

<divid="noVNC_modifiers">

<inputtype="image"alt="Ctrl"src="app/images/ctrl.svg"

id="noVNC_toggle_ctrl_button"

title="ToggleCtrl">

<inputtype="image"alt="Alt"src="app/images/alt.svg"

id="noVNC_toggle_alt_button"

title="ToggleAlt">

<inputtype="image"alt="Windows"src="app/images/windows.svg"

id="noVNC_toggle_windows_button"

title="ToggleWindows">

<inputtype="image"alt="Tab"src="app/images/tab.svg"

id="noVNC_send_tab_button"

title="SendTab">

<input type="image"alt="Esc"src="app/images/esc.svg"

id="noVNC_send_esc_button"

title="SendEscape">

<inputtype="image"alt="Ctrl+Alt+Del"src="app/images/ctrlaltdel.svg"

id="noVNC_send_ctrl_alt_del_button"

title="SendCtrl-Alt-Del">

</div>

</div>

<!-- Shutdown/Reboot -->

<input type="image"alt="Shutdown/Reboot"src="app/images/power.svg"

id="noVNC_power_button"

title="Shutdown/Reboot...">

<div>

<div id="noVNC_power">

<div>

<img alt=""src="app/images/power.svg"> Power

</div>

<inputtype="button"id="noVNC_shutdown_button"value="Shutdown">

<inputtype="button"id="noVNC_reboot_button"value="Reboot">

<inputtype="button"id="noVNC_reset_button"value="Reset">

</div>

</div>

<!-- Clipboard -->

<input type="image"alt="Clipboard"src="app/images/clipboard.svg"

id="noVNC_clipboard_button"

title="Clipboard">

<div>

<divid="noVNC_clipboard">

<div>

<img alt=""src="app/images/clipboard.svg"> Clipboard

</div>

<textareaid="noVNC_clipboard_text"rows=5></textarea>

<br>

<inputid="noVNC_clipboard_clear_button"type="button"

value="Clear">

</div>

</div>

<!-- Toggle fullscreen -->

<input type="image"alt="Fullscreen"src="app/images/fullscreen.svg"

id="noVNC_fullscreen_button"

title="Fullscreen">

<!-- Settings -->

<input type="image"alt="Settings"src="app/images/settings.svg"

id="noVNC_settings_button"

title="Settings">

<div>

<divid="noVNC_settings">

<ul>

<li >

<imgalt=""src="app/images/settings.svg"> Settings

</li>

<li>

<label><inputid="noVNC_setting_shared"type="checkbox"> SharedMode</label>

</li>

<li>

<label><inputid="noVNC_setting_view_only"type="checkbox"> ViewOnly</label>

</li>

<li><hr></li>

<li>

<label><input id="noVNC_setting_view_clip"type="checkbox"> Clip to Window</label>

</li>

<li>

<labelfor="noVNC_setting_resize">Scaling Mode:</label>

<selectid="noVNC_setting_resize"name="vncResize">

<optionvalue="off">None</option>

<optionvalue="scale">Local Scaling</option>

<optionvalue="remote">Remote Resizing</option>

</select>

</li>

<li><hr></li>

<li>

<div>Advanced</div>

<div><ul>

<li>

<labelfor="noVNC_setting_quality">Quality:</label>

<inputid="noVNC_setting_quality"type="range"min="0"max="9"value="6">

</li>

<li>

<labelfor="noVNC_setting_compression">Compression level:</label>

<inputid="noVNC_setting_compression"type="range"min="0"max="9"value="2">

</li>

<li><hr></li>

<li>

<labelfor="noVNC_setting_repeaterID">Repeater ID:</label>

<inputid="noVNC_setting_repeaterID"type="text"value="">

</li>

<li>

<div>WebSocket</div>

<div><ul>

<li>

<label><input id="noVNC_setting_encrypt"type="checkbox"> Encrypt</label>

</li>

<li>

<label for="noVNC_setting_host">Host:</label>

<inputid="noVNC_setting_host">

</li>

<li>

<label for="noVNC_setting_port">Port:</label>

<input id="noVNC_setting_port"type="number">

</li>

<li>

<label for="noVNC_setting_path">Path:</label>

<input id="noVNC_setting_path"type="text"value="websockify">

</li>

</ul></div>

</li>

<li><hr></li>

<li>

<label><input id="noVNC_setting_reconnect"type="checkbox"> Automatic Reconnect</label>

</li>

<li>

<labelfor="noVNC_setting_reconnect_delay">Reconnect Delay(ms):</label>

<inputid="noVNC_setting_reconnect_delay"type="number">

</li>

<li><hr></li>

<li>

<label><input id="noVNC_setting_show_dot"type="checkbox"> Show Dot when No Cursor</label>

</li>

<li><hr></li>

<!-- Loggingselection dropdown -->

<li>

<label>Logging:

<selectid="noVNC_setting_logging"name="vncLogging">

</select>

</label>

</li>

</ul></div>

</li>

<li><hr></li>

<li>

<span>Version:</span>

<span></span>

</li>

</ul>

</div>

</div>

<!-- Connection Controls -->

<input type="image"alt="Disconnect"src="app/images/disconnect.svg"

id="noVNC_disconnect_button"

title="Disconnect">

</div>

</div>

<divid="noVNC_control_bar_hint"></div>

</div> <!-- End of noVNC_control_bar -->

<!-- Status Dialog -->

<div id="noVNC_status"></div>

<!-- Connect button -->

<div >

<divid="noVNC_connect_dlg">

<divtranslate="no"><span>no</span>VNC</div>

<divid="noVNC_connect_button"><div>

<img alt=""src="app/images/connect.svg"> Connect

</div></div>

</div>

</div>

<!-- Password Dialog -->

<div >

<div id="noVNC_credentials_dlg"><form>

<ul>

<li id="noVNC_username_block">

<label>Username:</label>

<inputid="noVNC_username_input">

</li>

<liid="noVNC_password_block">

<label>Password:</label>

<input id="noVNC_password_input"type="password">

</li>

<li>

<inputid="noVNC_credentials_button"type="submit"value="Send Credentials">

</li>

</ul>

</form></div>

</div>

<!-- Transition Screens -->

<div id="noVNC_transition">

<divid="noVNC_transition_text"></div>

<div>

<input type="button"id="noVNC_cancel_reconnect_button"value="Cancel">

</div>

<div ></div>

</div>

<!-- This is where the RFB elements will attach -->

<div id="noVNC_container">

<!-- Note that Google Chrome onAndroid doesn't respect any of these,

html attributes which attempt todisable text suggestions on the

on-screen keyboard. Let's hopeChrome implements the ime-mode

style for example -->

<textareaid="noVNC_keyboardinput"autocapitalize="off"

autocomplete="off"spellcheck="false"tabindex="-1"></textarea>

</div>

<audio id="noVNC_bell">

<sourcesrc="app/sounds/bell.oga"type="audio/ogg">

<sourcesrc="app/sounds/bell.mp3"type="audio/mpeg">

</audio>

<scriptsrc="app/camera/src/interactive.js"></script>

<script>

let options = {close: false };

interactive('element', options);

</script>

</body>

</html>

8. 编写继电器控制脚本控制单片机上电

首先我们选用树莓派上的一个引脚来控制继电器,而继电器来控制单片机的通电与断电。脚本代码如下,大家可以选择不同的引脚进行控制,不再做过多的赘述。

# -*- coding: utf-8 -*-

import RPi.GPIO as GPIO

import time

# BOARD编号方式,基于插座引脚编号

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

# 输出模式

GPIO.setup(0, GPIO.OUT)

GPIO.output(0, GPIO.HIGH)

time.sleep(1)

GPIO.output(0, GPIO.LOW)

time.sleep(1)

这里运行这个代码以后我们会看到一个警告如下

RuntimeWarning: This channel is already inuse, continuing anyway.  UseGPIO.setwarnings(False) to disable warnings.

这个警告我们直接忽略就好~

9. 花生壳内网穿透配置

我们可以先到下面的URL中下载花生壳软件,我们这里使用的是树莓派当然要使用树莓派版本的软件了。

https://hsk.oray.com/download/

在下载软件的界面中我们有可以看到帮助选项,这里有很多我们可以参考的设置例子

安装第一步

sudo -s  //切换到管理员权限

dpkg -i  <安装包名称>   //回车,等待安装完成。

我们可以使用下面的命令启动花生壳服务,更多命令可以到帮助网页中查看

phddns start  //启动花生壳

phddns enable  //设置花生壳开机自启

然后我们可以用过下面的网址远程设置花生壳

http://b.oray.com

首次登录,需先激活。提供扫码激活和密码激活两种方式

激活成功后,进入花生壳管理平台。

image003.png

添加内网穿透映射时,点击页面上的“增加映射”按钮,根据页面提示填写映射所需的信息:

image005.png

1:自定义;2:选择HTTP(因为我们要映射的部分都是网页);3:选择用作外网访问的域名,直接选择注册帐号时花生壳免费赠送的壳域名即可;4:选择动态端口;5:树莓派设备的内网IP地址;6:映射的服务类型对应端口;7:确认映射内容无误后,点击“确定”。

下面对摄像头和noVNC进行映射,映射添加完成将生成格式为域名+5位数端口号的外网访问地址:

image007.jpg

然后,在远程外网环境下,直接访问花生壳生成的域名地址就可以实现远程开发51单片机了。好了,本次分享到这里!感谢大家的耐心阅读。

image009.png

值得强调的是,花生壳可以将自己的电脑迅速变成一台云服务器,运行基于http的web服务、基于socket的通讯项目等,如远程访问NAS、Web网站、数据库、Windows RDP远程桌面、游戏联机等,通过内网穿透实现没有公网IP时各种局域网服务的跨网段远程访问。有需要的童鞋,可以直接到花生壳官网“未来之星”页面“白嫖”花生壳“青春版”服务。

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