如何實(shí)現(xiàn)Raspberry Pi 3與開發(fā)板的無(wú)線連接

低成本的 Raspberry Pi 單板計(jì)算機(jī)已取得巨大成功，可為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供負(fù)擔(dān)得起的控制器板，這種開發(fā)板可采用業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的Debian Linux 編程。 Pi 目前尚缺乏的就是集成無(wú)線功能。 Raspberry Pi A 和 B 以及 Pi2 都需要外部 Wi-Fi 或藍(lán)牙適配器，才能實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接。 最新的版本 Raspberry Pi 3 增加了 64 位四核 ARM? Cortex?-A53 處理器，其頻率提升到 1.2 GHz，并增加了 Wi-Fi 和 Bluetooth Smart 4.0 功能，價(jià)格與之前版本相近。 該開發(fā)板在發(fā)布之前已經(jīng)預(yù)先生產(chǎn)了數(shù)月，并可從 Seeed 等供應(yīng)商處獲得。

這開啟了該開發(fā)板在物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 中使用的大好機(jī)會(huì)，它能輕松連接路由器或網(wǎng)關(guān)，進(jìn)而傳輸傳感器數(shù)據(jù)，或者從智能手機(jī)或互聯(lián)網(wǎng)的終端進(jìn)行控制。 四核處理器也具有強(qiáng)大的處理能力，可在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、運(yùn)行更廣泛的控制算法，以及提供更快的響應(yīng)。

許多這些 IoT 應(yīng)用都不使用屏幕，因此這些開發(fā)板通過(guò)“無(wú)頭”方式進(jìn)行配置。 這種方法采用以太網(wǎng)或者串行控制臺(tái)電纜連接終端。 執(zhí)行這種連接的軟件包含在標(biāo)準(zhǔn)軟件映像中，這些映像文件隨 Raspbian 操作系統(tǒng)一起包含在插入到開發(fā)板的 SD 卡中。

Raspbian 基于 Debian Linux，定期使用 Raspberry Pi 基金會(huì)的庫(kù)進(jìn)行更新，并通過(guò)開發(fā)板上的 NOOBS 安裝應(yīng)用程序進(jìn)行安裝。 然而，基金會(huì)刻意讓其它 ARM Linux 發(fā)行版更容易取代 SD 記憶卡上的根分區(qū)，使得開發(fā)板可以使用其它操作系統(tǒng)。 這些操作系統(tǒng)可在建立連接之前，通過(guò)與該開發(fā)板配合使用的 PC 或筆記本電腦下載到卡上。

圖 1： Raspberry Pi 3 開發(fā)板添加了 Wi-Fi 和 Bluetooth Smart 功能以及 1.2 GHz 四核 ARM Cortex-A53 處理器到同樣的開發(fā)板。

使用 Raspbian 配置無(wú)線連接的第一步是掃描本地網(wǎng)絡(luò)。 這可通過(guò) sudo 命令完成，格式為

: sudo iwlist wlan0 scan

它將返回所有 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的列表，以及安全連接和其他詳細(xì)信息。

要連接到該開發(fā)板，所選 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的名稱將在 ESSID（擴(kuò)展服務(wù)集標(biāo)識(shí)）下方列出。 這還將包括所使用的驗(yàn)證方法，可以是 WEP、WPA 或 WPA2。

這就提供了配置文件所需的數(shù)據(jù)。 訪問(wèn)命令為：

: sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

在文件底部是需要根據(jù)本地網(wǎng)絡(luò)更改的 Wi-Fi 設(shè)置。

在 network= 區(qū)塊中，ssid="" 條目需更改為本地網(wǎng)絡(luò)，psk="" 需更改為 Wi-Fi 密碼。

然后按下鍵盤上的 CTRL+X 可保存配置文件，再按下 Y 和回車進(jìn)行確認(rèn)。 配置文件通常將在幾秒內(nèi)更新，并嘗試連接到 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)。 若 Wi-Fi 未連接，則可能需要使用 sudo reboot 進(jìn)行重啟。 連接成功后，可通過(guò) ifconfig 命令進(jìn)行驗(yàn)證：

: ifconfig wlan0

若 inet addr 字段返回 IP 地址，則連接成功，IP 地址在遠(yuǎn)程連接到開發(fā)板時(shí)有用。

連接藍(lán)牙外設(shè)

Raspberry Pi 3 的優(yōu)勢(shì)之一是內(nèi)置藍(lán)牙功能。 這樣藍(lán)牙外設(shè)可輕松連接開發(fā)板，建立 IoT 網(wǎng)絡(luò)。

連接藍(lán)牙設(shè)備的最佳方法是使用 Raspbian 操作系統(tǒng)中的命令行界面的 bluetoothctl 命令。

對(duì)于其他操作系統(tǒng)，藍(lán)牙模塊可以使用命令進(jìn)行安裝：

: sudo apt-get install pi-bluetooth

運(yùn)行 bluetoothctl 需要通過(guò)以下命令將藍(lán)牙芯片打開：

: power on

這將提供之前連接到該開發(fā)板的設(shè)備列表。 使用

: scan on

命令，進(jìn)入發(fā)現(xiàn)模式，查找附近的藍(lán)牙設(shè)備。

然后，需要打開代理，處理外設(shè)和開發(fā)板的配對(duì)：

: agent on

需要外設(shè) MAC 地址才能進(jìn)行配對(duì)，該地址通常印刷在外設(shè)上，并使用該命令輸入

: pair MAC 地址

也可能出現(xiàn)要求輸入外設(shè)（如藍(lán)牙鍵盤）密碼的提示。

若外設(shè)經(jīng)常使用，可使用命令將其添加到受信設(shè)備：

: trust MAC 地址

然后，使用命令進(jìn)行連接

: connect MAC 地址

BeagleBone Green

其他流行的低成本單板計(jì)算機(jī)，如 BeagleBone Green，并未嵌入無(wú)線功能，因此需要配置適配器或軟件狗才能實(shí)現(xiàn) Wi-Fi 連接。 配置方法隨使用的適配器而不同。 但是，這些通常是通過(guò)操作系統(tǒng)進(jìn)行處理，對(duì)于 BeagleBone Green 而言是 Debian Linux 發(fā)行版 3.8 版。

圖 2： BeagleBone Green 開發(fā)板使用帶 ARM Cortex-A8 內(nèi)核的 1 GHz Sitara 處理器

該開發(fā)板上 Wi-Fi 連接的一個(gè)問(wèn)題是：Grove 端口的接地和電源層靠近可插入 Wi-Fi 適配器的 USB 端口。 這會(huì)使信號(hào)減弱，并導(dǎo)致連接不良。 對(duì)于許多無(wú)頭嵌入式應(yīng)用，這些端口可能并不需要，并且可通過(guò)設(shè)備樹關(guān)閉。 對(duì)應(yīng)的命令可在 uEnv.tx 文件中找到。

另一個(gè)方法是使用短 USB 延長(zhǎng)線，這樣 Wi-Fi 適配器能與開發(fā)板相隔一段較短的距離，以避免這個(gè)問(wèn)題。

開發(fā)板還需要為 Wi-Fi 適配器提供充足電源，至少需要1 A 、 5 V 電源。

無(wú)論哪種情況下，第一步要使用 SSH 將開發(fā)板上的 USB 端口連接到 PC，內(nèi)核升級(jí)可確保 Wi-Fi 適配器使用最新的庫(kù)：

: cd /opt/scripts/tools/

: ./update_kernel.sh

內(nèi)核映像應(yīng)會(huì)自動(dòng)下載并安裝，然后重啟。

通過(guò)添加小腳本，適配器會(huì)在開發(fā)板啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)開啟，這有助于確?？梢允褂盟胁煌倪m配器。 方法如下 方法如下

: cd ~

: ntpdate -b -s -u pool.ntp.org

: apt-get update && apt-get install git

: git clone https://github.com/adafruit/wifi-reset.git

: cd wifi-reset

: chmod +x install.sh

: ./install.sh

該腳本在開發(fā)板啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)開啟適配器，然后運(yùn)行 iwconfig 命令，提供可用網(wǎng)絡(luò)列表，以及 /etc/network/interfaces 文件所需的 ESSID，從而指定適當(dāng)?shù)倪B接。

使用 nano 編輯器命令配置該文件：

: nano /etc/network/interfaces

這將顯示 Wi-Fi 的帶注釋配置塊：

# WiFi Example

#auto wlan0

#iface wlan0 inet dhcp

# wpa-ssid "essid"

#wpa-psk "password"

移除注釋，并用相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)名稱和密碼更換 ESSID 和密碼，以對(duì)適配器進(jìn)行配置。 網(wǎng)絡(luò)連接可使用 ifup wln0 命令進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試，這將返回該連接的 IP 地址，這在遠(yuǎn)程訪問(wèn)開發(fā)板時(shí)有用。 現(xiàn)在，重啟開發(fā)板將調(diào)用打開適配器并配置網(wǎng)絡(luò)連接的腳本。

結(jié)論

aspberry Pi 3 開發(fā)板加入Wi-Fi 和 Bluetooth Smart 功能，可讓開發(fā)人員通過(guò)簡(jiǎn)單配置即可使用許多新的嵌入式無(wú)頭應(yīng)用。 這樣，可通過(guò) PC、智能手機(jī)和云服務(wù)遠(yuǎn)程輕松訪問(wèn)開發(fā)板。 但是，其他開發(fā)板的用戶仍可使用無(wú)線適配器提供同樣的功能。