树莓派遇上Java 01：总述篇

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我是一个喜欢玩的人，尤其对遥控玩具情有独钟，小时候为看它们的工作原理不知有多少玩具被我大卸八块，但除了发现几块电路板、几节电池和一堆马达外总是一无所获。而且即使在我小时候也能看到它们在设计和功能上存在的各种缺陷，特别想拥有一个可以完全自定义的大玩具。

三个月前我获得第一台树莓派，一种为方便学生计算机教育而设计的卡片式电脑，机身集成RJ45、USB、HDMI、AV等接口和MicroSD卡插槽，可以运行Linux或Windows10 IoT操作系统，配有的23个GPIO针脚则为控制其它设备提供了无限的可能性。我买到的是RaspberryPi 3B，板载蓝牙和无线网卡，淘宝200元左右。

对于操作系统，我接触过Linux，所以选择树莓派官方的Raspbian，安装过程很简单，只需按照说明把系统文件写入到一张MicroSD卡上，将卡插入树莓派即可。我身边没有显示器，只能用Terminal的SSH通过网络进行命令行操作，或用VNC-Viewer这种远程桌面软件来显示图形化界面，相关细节随后提到。

树莓派支持多语言编程，最受欢迎的是Python，但对我而言Java才是最合适的（实际上我只学过Java和C++）。Raspbian自身集成JDK，对GPIO的操作则基于Pi4J项目，它对底层C接口用JNI进行封装为Java开发提供了友好的面向对象API。Java一直宣称具有良好的跨平台性，所谓“一次编译，到处运行”，所以操作树莓派最好的方式是在PC上用Intellij IDEA这种成熟IDE编程并生成Jar包，再用FileZilla之类的FTP工具传输到树莓派上执行。

借助GPIO接口，树莓派可以控制很多外围设备，诸如各种传感器、马达、舵机、Led灯、显示屏等，为软硬结合带来无限可能性。近年来虽然有很多类似的廉价设备出现，但都无法复制它在开源社区的核心优势，有无数开发者贡献代码，各种框架、套件层出不穷，其可玩性和易用性是其它设备不可比肩的。对大部分玩家，树莓派通常被用作控制物联网设备，制成各种轮式或仿形机器人，让普通人用自己的双手就可以体验“创造”，其中的乐趣自然无穷。

我用树莓派做了一台履带式机器人，配备机械手和摄像头，还有一些传感器没来得及安装，机器人和Android控制程序初期效果如下:

用到的配件淘宝上都能找到，需要自己接线并编写Linux端和Android端的控制程序。

在不依赖互联网的情况下，手机和树莓派建立连接有两种方式，必须处在同一个局域网中：

1. 树莓派和手机连接在同一个路由器上。
2. 树莓派发射一个WiFi热点，手机连接该热点。

一般对于这种移动机器人会使用第二种方式，不依赖固定路由器，准确的说，发射WiFi的树莓派就是路由器，通信距离内可以在任何地点遥控。如果要做接入互联网的IOT设备从外网访问，则依赖路由器的端口映射功能，或直接给它加上带物联网卡的移动通信模块。

具体通信，我使用Java原生的Socket连接，通过IP地址和端口找到对应设备的对应软件，然后建立数据流连接传输数据。但有一个小问题，如果Socket连接意外断开，服务端和客户端是不会收到任何通知的，我在控制软件上用一个View显示实时连接状态，它会检测定时发送的心跳包是否异常，在指定时间内收不到心跳即判断连接已经断开。

我在打造自己设备的那段时间里遇到很多陌生问题，但都被一一解决，发现问题、解决问题的过程是软硬件创造中很大的乐趣。有时候实现一种功能会有多种不同方案，这时就要比较取舍，以最适合的方式解决实际问题。