24、打造无线便捷的计算环境：从零开始的技术实践

最新推荐文章于 2025-12-14 08:46:06 发布

keras9composer

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分类专栏：树莓派实战：从零到精通文章标签：树莓派无线计算 SSH

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打造无线便捷的计算环境：从零开始的技术实践

1. 初步实践与准备

在开始一些技术项目时，首先可以对提交元素进行一些调整。比如更改每个提交元素的 value 选项，让它们明确显示其用途，如“插入”或“删除”。还可以围绕插入表单元素创建一个表格，为每个标签和插入字段分配独立的行和单元格，这样能让显示更加整齐。同时，CSS 对界面外观有很大影响，Twitter 的“bootstrap”是一个很好的入门选择。

前期我们已经完成了不少工作，安装并配置了 Apache、MySQL 和 PHP，学会了创建简单的 SQL 语句来创建和删除数据库与表格，还掌握了向这些表格插入和删除数据的方法，以及了解了 Apache 网络服务器如何显示网页内容。最后通过结合 PHP 和 HTML 生成了一个可访问数据库待办事项列表表格的应用程序。这是一项重大的任务，我们不仅安装了三个不同的应用程序并创建了相互关联的应用栈，还运用了三种语言在应用栈之上开发了应用。

2. 树莓派的优势与局限

树莓派体积小巧，几乎可以放置在任何狭小的角落，搭配合适的外设就能完成各种任务，而且功耗低，无需大量电力供应就能正常工作，性价比极高。然而，它也存在一些限制。树莓派需要外部电源供电，仅靠 5 伏电源，它本身的作用有限，若要作为家用电脑使用，至少需要以下设备：
- HDMI 或复合视频电缆
- 以太网电缆，用于互联网和网络访问
- 键盘，用于输入数据
- SD 卡，用于提供存储

这些需求使得树莓派实际上受到诸多线缆的束缚，为了获得基本功能，需要连接大量线缆。不过，我们可以采取一些方法让树莓派更加移动和灵活。

3. 为无线计算做准备

若要实现树莓派的无线计算（WiPi），除了在 SD 卡上安装 Raspbian 系统，还需要确保系统已升级，因为 9 月发布的版本在 WiFi 访问管理方面有显著改进。需运行以下命令：

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get upgrade

第一个命令会让 apt-get 更新软件版本信息，第二个命令会比较并安装系统中所有软件的升级版本。定期运行这些命令有助于保持系统使用最新版本的软件。

4. 移除部分约束

在随意切断线缆之前，需要明确使用树莓派的目标，这会对后续操作产生一定限制。以下是一些让树莓派摆脱线缆束缚的方法：
- 移除人类输入设备 ：先从移除显示器、键盘和音频电缆开始。虽然同时移除三个外设听起来有些困难，但实际上是将人为因素从操作中移除。通过 SSH 可以远程连接到树莓派，获得完整的命令行访问权限来执行所需任务。还可以使用 sudo raspi-config 更改树莓派的内存分配，将 memory_split 值设置为 240/16，把大部分内存分配给系统使用，减少图形显示的内存占用。不过，在移除这些设备之前，应在有键盘、显示器、鼠标等设备的环境中测试和配置树莓派的各项功能，确保系统能在无人干预的情况下正常运行后，再移除所有人类接口设备。这样不仅可以通过网络远程管理树莓派，还能通过手机或工作场所的系统跨互联网进行管理。
- 添加远程 GUI ：对于不习惯仅在控制台远程环境中工作的人，可以使用虚拟网络计算（VNC）工具从另一台机器与树莓派的桌面进行交互。具体操作步骤如下：
1. 在树莓派上安装 VNC 服务器，使用以下命令：

$ sudo apt-get install tightvncserver

安装过程中会显示相关信息，如额外安装的包、建议的包等。
2. 启动 VNC 服务器：

$ tightvncserver

启动时会提示输入一对密码，一个是用于操作屏幕的 VNC 密码，另一个是可选的“仅查看”密码。
3. 使用 tightvnc 客户端进行连接。在客户端输入树莓派的 IP 地址和屏幕编号（如 :1 ），然后点击连接即可进入树莓派环境。
4. 若要重启 VNC 服务器，可使用以下命令：

$ vncserver :1 -geometry 1920x1080 -depth 24

该命令指定在屏幕 :1 上以 1920x1080 的分辨率和 24 位色深运行 VNC 服务器。为了让 VNC 服务器在开机时自动启动，可以将 vncserver 命令添加到 /etc/rc.local 文件中，在 exit 0 之前添加以下行：

vncserver :1 -geometry 1920x1080 -depth 24

也可以使用以下脚本作为 /etc/init.d/tightvnc 文件来实现更规范的启动过程：

### BEGIN INIT INFO
# Provides: tightvnc
# Required-Start: $remote_fs $syslog
# Required-Stop: $remote_fs $syslog
# Default-Start: 2 3 4 5
# Default-Stop: 0 1 6
# Short-Description: Start Tight VNC Server at boot time
# Description: Start Tight VNC Server at boot time.
### END INIT INFO
#! /bin/sh
# /etc/init.d/tightvnc

USER=pi
HOME=/home/pi
export USER HOME

case "$1" in
 start)
   echo "Starting Tight VNC Server"
   /usr/bin/vncserver :1 -geometry 1920x1080 -depth 24
;;

 stop)
   echo "Stopping Tight VNC Server"
   /usr/bin/vncserver -kill :1
   ;;

 *)
   echo "Usage: /etc/init.d/tightvnc {start|stop}"
   exit 1
   ;;
esac

exit 0

创建该文件后，需要执行以下命令使其可执行：

$ sudo chmod +x /etc/init.d/tightvnc

然后可以使用 /etc/init.d/tightvnc 来启动和停止脚本。首次运行该脚本时，需要再次输入 VNC 密码，因为脚本是以 root 用户身份运行的。最后，使用以下命令让脚本自动开机启动：

$ sudo update-rc.d tightvnc defaults

4. 实现真正的无线计算

在使用 VNC 和 SSH 移除人类输入设备后，树莓派对网络连接的依赖增加，而以太网连接仍然是有线的。为了解决这个问题，可以使用 WiFi。但树莓派本身没有内置 WiFi，需要购买无线适配器。在选择无线适配器时，需要考虑以下因素：
- 功耗：所有 USB 设备都需要电源，树莓派仅靠 5 伏电源供电，因此需要选择功耗较低的无线设备，否则可能会导致树莓派崩溃。或者可以选择连接外部电源的有源 USB 设备，但这可能不符合我们的需求。
- 兼容性 ：一些特殊的无线适配器可能在 Linux 系统中没有支持，需要确保所选适配器与树莓派兼容。

以 D - Link DWA - 131 无线适配器为例，配置树莓派与本地无线网络通信的步骤如下：
1. 插入无线适配器，注意树莓派可能会重启，所以在插入前保存好工作。
2. 打开 shell 并运行 lsusb 命令，查看系统是否识别无线适配器：

$ lsusb
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 001 Device 002: ID 0424:9512 Standard Microsystems Corp.
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp.
Bus 001 Device 004: ID 07d1:3303 D-Link System DWA-131 802.11n Wireless N Nano Adapter(rev.A1) [Realtek RTL8192SU]

如果系统未识别适配器，需要安装相应的驱动程序。可以通过谷歌搜索找到 WiFi 卡的芯片组，进而确定需要安装的驱动包。
3. 运行 ifconfig 命令，检查无线设备是否正确注册为网络设备：

$ ifconfig
eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr b8:27:eb:8a:46:ba
          inet addr:10.0.0.20  Bcast:10.0.0.255  Mask:255.255.255.0
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:6558 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:268 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:374403 (365.6 KiB)  TX bytes:28129 (27.4 KiB)

lo        Link encap:Local Loopback
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:16436  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

wlan0     Link encap:Ethernet  HWaddr 90:94:e4:51:81:7a
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

该命令会显示三个设备的信息：
|设备名称|说明|
| ---- | ---- |
|eth0|物理以太网设备|
|lo|系统的内部自引用设备，用于在树莓派内处理流量|
|wlan0|无线设备，需要配置 IP 地址、掩码、SSID 和安全设置才能与无线网络通信|

如果适配器在 lsusb 中显示但在 ifconfig 中未显示，可以尝试重启并重复上述步骤，安装驱动包可能是解决问题的方法。
4. 为了简化无线设备的安装和配置，可以通过命令行安装 wpa - gui ：

$ sudo apt-get install wpagui

如果已经安装了最新版本的 Raspbian 且包含 wpagui ，会显示该包已安装的信息；如果未安装，会显示需要安装的额外包和新包信息。
5. 安装完成后，重启树莓派，确保系统稳定。
6. 可以先通过 GUI 配置无线适配器，之后也可以学习通过命令行进行配置。如果发现树莓派变慢或无法连接到 WiFi，可能是键盘功耗过大，尝试移除键盘并使用 VNC 或 SSH 配置无线连接。

通过以上步骤，我们可以逐步让树莓派摆脱线缆的束缚，实现更加便捷的无线计算。

打造无线便捷的计算环境：从零开始的技术实践

5. 无线适配器配置的深入解析

在配置无线适配器时，除了前面提到的基本步骤，还需要更深入地理解一些关键概念和操作。

5.1 无线适配器的驱动安装

当 lsusb 能识别无线适配器，但 ifconfig 中未显示时，说明系统虽然能检测到设备，但无法正确与之交互，此时需要安装驱动包。以下是具体的操作流程：
1. 确定芯片组 ：通过 Google 搜索无线适配器的型号，找到其芯片组信息。例如，D - Link DWA - 131 的芯片组是 Realtek RTL8192SU。
2. 查找驱动包 ：在芯片组信息的基础上，在搜索引擎中输入芯片组型号和“Linux 驱动”，找到适合树莓派系统的驱动包。
3. 安装驱动包 ：将下载的驱动包通过 dpkg -i 命令进行安装，或者使用 apt - get 从软件源中安装。例如：

$ sudo apt-get install <驱动包名称>

5.2 无线配置文件的手动编辑

除了使用 wpa - gui 进行图形化配置，还可以手动编辑无线配置文件 /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf 。以下是一个示例配置：

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=CN

network={
    ssid="Your_WiFi_SSID"
    psk="Your_WiFi_Password"
    key_mgmt=WPA-PSK
}

在这个配置中：
- ssid 是无线网络的名称。
- psk 是无线网络的密码。
- key_mgmt 是密钥管理方式，常见的有 WPA - PSK。

配置完成后，使用以下命令重启网络服务：

$ sudo systemctl restart networking

6. 树莓派无线计算的应用场景

树莓派实现无线计算后，可以应用于多个场景，以下是一些常见的应用：

应用场景	说明
智能家居控制中心	树莓派可以连接各种智能设备，如智能灯泡、智能插座等，通过手机或电脑远程控制这些设备，实现智能家居的自动化控制。
无线监控系统	搭配摄像头，树莓派可以作为无线监控设备，将监控画面实时传输到手机或电脑上，实现远程监控。
移动数据采集站	在野外或移动环境中，树莓派可以通过无线连接收集传感器数据，如温度、湿度、光照等，并将数据传输到服务器进行分析。

7. 总结与回顾

整个实现树莓派无线计算的过程可以用以下 mermaid 流程图表示：

graph LR
    A[准备工作] --> B[移除人类输入设备]
    B --> C[添加远程 GUI]
    C --> D[选择无线适配器]
    D --> E[配置无线适配器]
    E --> F[实现无线计算应用]

通过以上步骤，我们从最初的环境搭建，到移除有线设备的束缚，再到配置无线适配器，最终实现了树莓派的无线计算。在这个过程中，我们学习了多个关键技术，包括 SSH、VNC 的使用，无线适配器的选择和配置，以及无线配置文件的编辑等。

在实际应用中，我们可以根据自己的需求和场景，灵活运用这些技术，让树莓派发挥更大的作用。同时，不断学习和探索新的技术，进一步优化树莓派的性能和功能，为我们的生活和工作带来更多的便利。

希望通过这篇文章，能帮助大家更好地理解和掌握树莓派无线计算的技术，开启无线便捷计算的新篇章。