Android Things Day 0-5

Day 0

2016年的最后几天, Google 发布了为 物联网(IoT)系统打造的操作系统 Android Things。这其实不是一个全新的系统,而是过去几年 Google 为 IoT 打造的系统 [Brillo] 的升级版, 可以称为Brillo 2.0。 现在Google 改名了, 叫Android Things。 估计是为了搭Android 的便车。 (话说为不成熟的内部系统费尽心思起名和改名( naming and renaming )这点, Google 真是得到了 Microsoft 的真传。)

简介

从发布的 Preview 版本来看, Android Things 基于 Android 7.0, 做了一些裁剪, 把一些手机特有的功能给去掉了, 其余和 Android 基本相同。

开发环境

一个非常大的好处是继承了Android的整个生态,包括开发环境。 为Android Things 开发应用基本和Android开发应用相同。 使用Android Studio,可以现在模拟器或者Android 手机上跑通(对那些不需要连接硬件附件的应用)。

硬件

Android Things 目前支持 3 种开发板:

  • Intel Edison
  • NXP Pico
  • Raspberry Pi 3
    买来自己刷系统就好了。
    我用了Raspberry Pi 3 Model B, 比起Intel 的板子动辄上千, 这个真心是良心价,淘宝可买190RMB。
    另外记得需要买一些配件: 包括各种连接线,SDcard,传感器套件等。

强烈建议购买之前读一遍Android Things 的文档,对开发过程有个基本了解。

Day 1

pre-requisite:

  1. Android 开发相关知识以及环境
  2. Raspberry Pi 3 Model B 开发板, 红外传感器

Hello, world!

环境搭建

环境搭建分成几个部分, 一是开发Android应用相关的环境, 比如电脑, Android Studio 等。

Android 开发环境

  • Mac Pro
  • Android Studio 2.2.3
  • Android SDK 最新版本
    关于Android应用开发环境这里不再赘述。

Raspberry Pi 3 Model B with Android Things Developer Preview

需要将买回的树莓派刷上新的 Android Things 操作系统。
刷系统也很简单, 从官网上下载系统镜像, 写入到micro sdcard 就好了。详细流程说明参考: https://developer.android.com/things/preview/index.html

关于刷机
flashing image to sdcard is dead slow. Instead, by flashing to rdisk to improve the speed significantly.

checkout http://daoyuan.li/solution-dd-too-slow-on-mac-os-x/
/dev/rdisk nodes are character-special devices, but are “raw” in the BSD sense and force block-aligned I/O. They are closer to the physical disk than the buffer cache. /dev/disk nodes, on the other hand, are buffered block-special devices and are used primarily by the kernel’s filesystem code.

diskutil unmountDisk /dev/disk2
sudo dd bs=1m if=~/Downloads/2013-10-09.alice.img of=/dev/rdisk2

所以刷系统时,一定注意 /dev/rdisk2 中的 r,加上之后,几分钟, 不加的话,可能得好几个小时。

启动

将 Pi 通上电, HDMI 连接显示器, 接上网线和键盘,启动之后, 屏幕上就会显示IP地址了。
比较不方便的是需要接网线和显示器, 可能有很多人家里都没有这两样东西, 或者不在一块。

看到IP 之后,就可以在PC 端通过 adb 网络连接到Pi 上了。 然后再设置 WiFi 连接, 就可以不需要再插着网线和显示器了。

# connect to Pi with eth0
➜ adb connect ip

# connect WiFi
adb shell am startservice \
    -n com.google.wifisetup/.WifiSetupService \
    -a WifiSetupService.Connect \
    -e ssid <Network_SSID> \
    -e passphrase <Network_Passcode>

# check ip address
➜  ifconfig 
➜  Downloads adb connect 192.168.1.109
connected to 192.168.1.109:5555

Pi 连接上 WiFi 之后, PC 就可以通过adb 无线控制 Pi了,就再也不需要让Pi 连接各种线了。当然电源线还是需要的,也可以直接将Pi 通过USB 连接到 Mac Pro 上。(某些电脑的USB 电压和Pi 电压电流要求不同, 请谨慎。 我的 MacBook Pro (Retina, 15-inch, Mid 2015) 没有问题。 )

Note: 在开发过程中,可能经常插拔线,需要关闭电源。 Pi 重启后IP 可能会变,这个时候重新连接显示器查看会很麻烦。 我是通过 nmap 这个工具扫描局域网的活跃IP 查找 Pi 的。 当然你也可以看看无线路由器的管理页面, 得知 Pi 的IP 地址。

➜  ~ nmap -sP 192.168.1.1/24

Starting Nmap 7.12 ( https://nmap.org ) at 2017-01-07 17:39 CST
Nmap scan report for 192.168.1.1
Host is up (0.0076s latency).
Nmap scan report for 192.168.1.101
Host is up (0.038s latency).
Nmap scan report for 192.168.1.102
Host is up (0.079s latency).
Nmap scan report for 192.168.1.105
Host is up (0.00054s latency).
Nmap done: 256 IP addresses (4 hosts up) scanned in 2.94 seconds

最后,通过adb 可以查看到 系统的版本等信息

➜  ~ adb shell

# execute in Raspberry Pi 

rpi3:/ $ cat /system/build.prop

# begin build properties
# autogenerated by buildinfo.sh
ro.build.id=NIF73
ro.build.display.id=iot_rpi3-userdebug 7.0 NIF73 3565696 test-keys
ro.build.version.incremental=3565696
ro.build.version.sdk=24
ro.build.version.preview_sdk=0
ro.build.version.codename=REL
ro.build.version.all_codenames=REL
ro.build.version.release=7.0
ro.build.version.security_patch=2016-12-05
ro.build.version.base_os=
ro.build.date=Mon Dec 12 20:53:57 UTC 2016
ro.build.date.utc=1481576037
ro.build.type=userdebug
ro.build.user=android-build
ro.build.host=vpeb11.mtv.corp.google.com
ro.build.tags=test-keys
ro.build.flavor=iot_rpi3-userdebug
ro.build.system_root_image=true
ro.build.ab_update=true
ro.product.model=iot_rpi3
ro.product.brand=generic
ro.product.name=iot_rpi3
ro.product.device=rpi3
ro.product.board=rpi3
# ro.product.cpu.abi and ro.product.cpu.abi2 are obsolete,
# use ro.product.cpu.abilist instead.
ro.product.cpu.abi=armeabi-v7a
ro.product.cpu.abi2=armeabi
ro.product.cpu.abilist=armeabi-v7a,armeabi
ro.product.cpu.abilist32=armeabi-v7a,armeabi
ro.product.cpu.abilist64=
ro.product.manufacturer=unknown
ro.wifi.channels=
ro.board.platform=
# ro.build.product is obsolete; use ro.product.device
ro.build.product=rpi3
# Do not try to parse description, fingerprint, or thumbprint
ro.build.description=iot_rpi3-userdebug 7.0 NIF73 3565696 test-keys
ro.build.fingerprint=generic/iot_rpi3/rpi3:7.0/NIF73/3565696:userdebug/test-keys
ro.build.characteristics=default
# end build properties
#
# from device/pifoundation/rpi3/system.prop
#
ro.kernel.qemu=1
ro.kernel.qemu.force_gles=-1
wifi.interface=wlan0
wifi.supplicant_scan_interval=15

#
# ADDITIONAL_BUILD_PROPERTIES
#
ro.carrier=unknown
ro.hardware.gps=iot
ro.hardware.sensors=iot
log.tag.Hyphenator=SUPPRESS
ro.config.notification_sound=OnTheHunt.ogg
ro.config.alarm_alert=Alarm_Classic.ogg
camera.disable_zsl_mode=1
ro.hardware.camera=v4l2
dalvik.vm.heapsize=256m
persist.sys.dalvik.vm.lib.2=libart.so
dalvik.vm.isa.arm.variant=generic
dalvik.vm.isa.arm.features=default
dalvik.vm.lockprof.threshold=500
net.bt.name=Android
dalvik.vm.stack-trace-file=/data/anr/traces.txt
rpi3:/ $

另外, Android Things 自带了 toyBox, 就不用安装 busybox 了。 不知道以后的正式版本发布后还会不会带这个。

App 开发

同Android 应用开发基本一样。 几处不同在https://developer.android.com/things/training/first-device/create-studio-project.html#declare_a_home_activity 都提出来了

  1. Add the dependency artifact to your app-level build.gradle file:
dependencies {
    ...
    provided 'com.google.android.things:androidthings:0.1-devpreview'
}

Note: Use the provided dependency configuration to indicate that your app should use the existing shared library on the device at run-time.

  1. Add the things shared library entry to your app’s manifest file:
<application ...>
    <uses-library android:name="com.google.android.things"/>
    ...
</application>

如果忘记添加,会出现这样的错误:

--------- beginning of crash
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime: FATAL EXCEPTION: main
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime: Process: asylum.digithome, PID: 6861
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime: java.lang.NoClassDefFoundError: Failed resolution of: Lcom/google/android/things/pio/PeripheralManagerService;
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at asylum.digithome.MainActivity.testGPIO(MainActivity.java:64)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at asylum.digithome.MainActivity.onCreate(MainActivity.java:46)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:6662)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at android.app.Instrumentation.callActivityOnCreate(Instrumentation.java:1118)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at android.app.ActivityThread.performLaunchActivity(ActivityThread.java:2599)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at android.app.ActivityThread.handleLaunchActivity(ActivityThread.java:2707)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at android.app.ActivityThread.-wrap12(ActivityThread.java)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at android.app.ActivityThread$H.handleMessage(ActivityThread.java:1460)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:102)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at android.os.Looper.loop(Looper.java:154)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:6077)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at java.lang.reflect.Method.invoke(Native Method)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at com.android.internal.os.ZygoteInit$MethodAndArgsCaller.run(ZygoteInit.java:865)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:755)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime: Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: Didn't find class "com.google.android.things.pio.PeripheralManagerService" on path: DexPathList[[zip file "/data/app/asylum.digithome-2/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/asylum.digithome-2/lib/arm, /data/app/asylum.digithome-2/base.apk!/lib/armeabi-v7a, /system/lib, /vendor/lib]]
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at dalvik.system.BaseDexClassLoader.findClass(BaseDexClassLoader.java:56)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:380)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:312)
01-05 11:00:43.663  6861  6861 E AndroidRuntime:     ... 14 more
01-05 11:00:43.664  6861  6970 D MscSpeechLog: MscHttpRequest start Post
  1. 操作外设
public class HomeActivity extends Activity {
    private static final String TAG = "HomeActivity";

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        PeripheralManagerService service = new PeripheralManagerService();
        Log.d(TAG, "Available GPIO: " + service.getGpioList());
    }
}

点击运行, 就能在Android Studio logcat 中看到 log 了。

 

Day 2

前两天是需要了解基本知识和搭建环境。
今天开始可以做一些有趣的事情了。

本质上来说Android Things 就是一台可扩展的Android, 所以Android 手机拥有的Google 全套云服务基本上在Android Things 上都可以用。 这意味着什么呢?

你可以通过互联网方便地监控和控制各种传感器,记录数据, 监事等等。
尤其配合上简单易用的Firebase 的 realtime database 以及 online config 之后, 开发传感器应用更加如鱼得水。

应用场景

通过温湿度传感器DHT11 每5分钟测量一次室内温度和湿度, 上传到网上, 再通过网页展示室内的温湿度时序图。

实现思路

连接 DHT11 到 Pi, 启动Android应用, 每5分钟读取一次温湿度值,通过Firebase SDK 将温湿度值上传到 Firebase 服务器。 再使用Vue.js 写一个SPA 应用, 从Firebase 读取数值, 用HighChart 动态 展示数据。 Android / iOS 手机通过浏览器查看数据。

Firebase 服务简介

Firebase 服务在瓷器国访问不通(依赖不同网络运营商)。主要原因是域名被河蟹了。 修改Pi 的DNS 解析可能会解决部分地区问题。

adb shell

setprop net.eth0.dns1 8.8.8.8
setprop net.eth0.dns2 4.4.4.4

架构

misc

DHT 11 的数据读取其实很麻烦。 网上有C 和python 版本的应用。
这可能也是Android Things 在很长一段时间的问题, 就是缺乏硬件驱动,需要开发者自己去写。 而Rasbian 等系统可能已经有相对成熟的驱动代码可以使用。

最后搞了很长时间, 也没有读出来,怀疑DHT11 坏掉了。 换了另外一个红外传感器, 能正确读出来状态了。

Day 3

DIY 壁挂炉地暖温控器

家里用的地暖, 使用壁挂炉自采暖。 开发商装的是老式的机械式温控器, 而且貌似还没用就已经被过来维修地暖的师傅判定为坏了。 过了几天自己把温控器拆了有重新装上, 貌似又能工作了。 Anyway,对这个没有数字显示的瞎子温控器着实非常不爽, 何不自己DIY 一个?

网上查了温控器原理,其实非常简单。
有一个温度传感器, 检测到当前温度如果低于设定温度(delta 值), 就打开继电器, 接通壁挂炉线路, 壁挂炉就开始启动燃烧, 当温度达到设定温度, 温控器就断开继电器,从而壁挂炉停止燃烧。 过一段时间,室内温度下降了, 温度传感器检测到温度下降, 又重新打开继电器, 这个过程周而复始,从而维持室内的温度在设定水平。

壁挂炉本身是有水温设定的。 当壁挂炉自身检测到水管里的温度低于某个温度,就开始燃烧, 当温度达到设定温度,就停止燃烧。 然而地暖是慢热型,通过壁挂炉水温来控制室内温度, 很粗放,效率也很低,浪费能源。 相比起来, 温控器直接测量室内空气温度, 节能很多。

实现思路

壁挂炉端安装一个无线继电器。
室内放置(无线)温度传感器 。都和Pi (无线)连接。 Pi 每5分钟读取一次温度传感器的温度, 当温度低于设定温度时, 接通继电器, 启动壁挂炉。 当温度达到设定值时, 关闭继电器, 壁挂炉停止燃烧。

可以通过网络设置Pi 上应用的温度设定规则, 比如按照星期、日夜等设置不同温度。

Day 4

Raspberry Pi 智能小车

在淘宝上找到微雪公司出品的 AlphaBot 小车, 可以用Raspberry Pi 3 控制驱动, 立即下单, 不过是过了两周才到货。

花了4个小时组装完成。 这套小车是完成度相对较高的, 按照说明书逐步组装就好了。
在组装过程中不要急于拧螺丝,先看清楚, 想清楚。免得装完之后不对需要返工,那是相当费劲的。

上图。

AlphaBot-RaspberryPi

完工:

AlphaBot-RaspberryPi

装上电池, 开机, 居然没有反应,想必是没电了。 套件带的是UltraFire 18650电池 2PCS x1

18650 Battery

7200mAh *2 , 超大炸弹,小车估计能跑上半个小时没有问题。

充电中, 等明天看能不能跑起来。

小车装好后,有个问题一直没想明白。之前使用Raspberry Pi 都是通过micro-usb 供电。这次安装小车时并没有给Pi的micro-usb接线,说明书上也没有提,那Raspberry Pi是怎么供电的呢? 难不成要接着USB 线?
查了一下, 原来有3种办法可以给Pi 供电:

  • micro-usb 常规办法,类似手机充电
  • 通过USB 口供电
  • 通过GPIO 接口也是可以供电。

AlphaBot 就是通过 GPIO 给PI 供电。

GPIO

计划小车跑起来后,加上摄像头麦克风和音箱,就成了会动的机器人了。
接下来的计划是将Rasbian 系统换成 Android Things,使用Face++ SDK 和科大讯飞的语音识别以及合成做一个能听能说能看能走的机器人。

也可以尝试下Amazon的Alexa, 这个良心公司提供的SDK 很好用。

Day 5

让Alphabot 能看见世界

Alphabot 配备了RPi Camera 摄像头和 SG90舵机2个,可控制摄像头360度旋转(由于被基座挡住,所以是XY面上的180° + Z方向的180°)。
为了方便之后的开发调试, 需要做一些准备工作和背景知识的学习。

WebIOPi

WebIOPi 项目使用Web 来控制 Raspberry Pi 3 Model B 的 40个通用输入输出接口GPIO(General Purpose Input Output)。

WebIOPi

WebIOPi 提供多种编程接口可供访问。可以使用Python/Javascript/Java 来开发应用, 非常方便调试。
使用这个工具的好处是,一方面很直观的看到各个端口的状态, 另一方面不需要写代码就能直接控制各个端口。比如后面需要驱动小车前进,直接将对应端口设置高低电平就可以了。

按照说明安装成功之后, 打开web 控制界面:

WebIOPi web 管理页面

GPIO Header

帮助调试控制GPIO 各个针脚。

GPIO Header

左右两边的INOUT 表示当前的输入/输出状态。鼠标点击之后会相应切换。
RPi.GPIO 库使用以下方法来编程控制。

GPIO.setup(self.IN2,GPIO.OUT)

GPIO List

类似GPIO Header, 不过过滤了不能控制的端口。

Serial Monitor

直接调试穿行接口。

Device monitor

调试或者控制转换器或者传感器,目前未用到。 之后接温度传感器等可能用到。

Device monitor

Weaved/remote3.it

remote3.it 是Weaved的新版,rebranding。一些代码层面的库可能还是保留Weaved 字眼。
作用类似 ZeroTier 。让Raspberry Pi 穿墙连上互联网, 这样从互联网上就可以访问Pi了。也就不需要在同一个LAN 才能访问了。 一些使用场景包括:

  • Pi 留在办公室或者实验室, 在家也能连上进行调试。 (传统的解决方案是使用VPN 连到办公室网络, 再SSH登陆办公室网络内的机器)。大大的便利。
  • Pi 放在犄角旮旯的角落,物理接触不到, 或者干脆在异地。 还经常重启变动IP(DHCP)。 使用Weaved 的好处是设备重启后会重新自动注册到remote3.it 的服务器, 通过remote3.it 网站管理平台可以看到设备,从而可以通过remote3.it的代理连接上设备。 你再也不需要知道设备本身的IP了。

dashboard

这是remote3.it 自己的介绍

A new era in remote device management
We have been hard at work creating a more powerful, flexible and intelligent remote device management platform. It’s called remot3.it (remote-it) and delivers a host of new features that will make it easier to connect, manage and update remote devices. The new remot3.it web UI makes it easier then ever. And it’s all built on top of the Weaved features and services you’ve come to trust.

Cayenne

Create your Internet of Things with Cayenne

Cayenne IoT Ready Program ™ for Hardware Manufacturers

阿里云镜像源

国内apt-get 安装慢如蜗牛, 使用阿里云的镜像速度能稍微好点。 建议设置。

  1. 添加源
    pi@raspberrypi:~ $ sudo vi /etc/apt/sources.list
    deb http://mirrordirector.raspbian.org/raspbian/ jessie main contrib non-free rpi
    # Uncomment line below then 'apt-get update' to enable 'apt-get source'
    #deb-src http://archive.raspbian.org/raspbian/ jessie main contrib non-free rpi
    deb http://mirrors.aliyun.com/raspbian/raspbian/ wheezy main non-free contrib
    deb-src http://mirrors.aliyun.com/raspbian/raspbian/ wheezy main non-free contrib
  2. 更新源
    pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get update
    pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get upgrade

安装 Camera驱动

enable raspberry pi camera

enable raspberry pi camera

enable raspberry pi camera
# /etc/modules: kernel modules to load at boot time.
#
# This file contains the names of kernel modules that should be loaded
# at boot time, one per line. Lines beginning with "#" are ignored.

i2c-dev
bcm2835-v4l2

重启

pi@raspberrypi:~ $ sudo reboot now
pi@raspberrypi:~ $ ls -lah /dev/video0 
crw-rw----+ 1 root video 81, 0 Jan 18 13:50 /dev/video0

# 安装依赖
pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get install libv4l-dev libjpeg8-dev subversion
pi@raspberrypi:~/AlphaBot/mjpg-AlphaBot/mjpg-streamer $ make USE_LIBV4L2=true clear all
pi@raspberrypi:~/AlphaBot/mjpg-AlphaBot/mjpg-streamer $ sudo ./start.sh

安装 mjpg-streamer

mjpg-streamer

至此就看到摄像头了。

然而一直无法控制摄像头的转动。 调试了很久, 把代码也看了一遍, 无所收获。 仔细看了看电路板的走线, 表示看不懂。 只能回到Alphabot的说明书,看了一遍又一遍。 终于注意到说明书里不经意的提到跳线。然而并不明白跳线是什么意思, 网上也没有查到更加深入的解释。 又只好如端详美丽的少女一样仔细端详线路板,在看过数十遍之后,终于发现了,这排黄色的小块是可以动的。

Pi 跳线

按照各个组件的说明跳完线之后: (其实应该是把所有的接线切换到最里面来,表示接到PI 上,而不是Arduino上)

跳线

黄色连线边上有凹槽,手指甲用点力,就能拔出来。

References

  1. WebIOPi
  2. weaved

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