连不上“网”？那就自己创造“网”！

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1.工程描述

制作背景——学校通常覆盖无线信号，但不让带手机，于是我希望能拥有一个设备，即使是没有网络的情况下，也能让校外的A同学联系到校内的我。

本文会对：硬件设计、软件设计、服务器端搭建进行详细教学。

2.硬件部分

首先，我需要介绍这个硬件设备——QucikChatBox 。

它担任着客户端的角色，它同时也是信息的发送者和接收者，在对该设备进行初始化配置后，设备会自动连接网络并从服务器端拉取数据并进行处理。

  

硬件设计说明

01.指示灯

上文的实物图中可以看，按钮下方有两个LED。

• 左侧为充电状态指示灯，当TypeC口有外部电源接入时，设备开始充电，该状态灯亮起，当电量满或者外部电源移除时为灭。

• 右侧则是状态指示灯，该灯连接到主控的GPIO2引脚，当上点电时该灯闪烁一次，其他情况我还没想好。

02.充电管理与修改充电电流

设备使用TC4056A作为锂电池的充电管理芯片，选择该芯片一是因为兼容TP4056，二是因为便宜。

  

  

在电路中，该芯片引脚PROG的接地电阻阻值改变充电电流，该电阻阻值在原理图中默认3K（充电电流400mA），建议该电阻阻值不大于4K，您可根据电阻与充电电流关系表自行改变充电速度。

框内的LED为充电指示引脚，亮起代表充电中。

03.ADC获取锂电池电压

ESP8266 ADC 引脚具有10 位分辨率，可以获得值范围为 0  - 1023，因此要检测电压最大为4.2V的锂电池，需要建立ADC分压电路，原理图如下：

  

当锂电池电量不足，设备会在屏幕上显示电量不足，提醒使用者充电，另外当向服务器请求数据时会将电压作为参数上传。

目前，该电压取的近似值与实际电压相差约0.1v，上传至服务器的电压会作为返回值给到对应账号的Anroid端QuickChatApp，详情请结合代码。

04.锂电池选型

影响锂电池规格的主要有两个参数，一个是续航，一个是放置电池的空间，在空间允许的范围内续航越大越好！

本项目锂电池的规格为：高 <= 13mm 宽 <= 42mm。（803040-1000mAh）

高取决于四周螺丝孔柱的高，宽度取决于预留空间的宽度。

05. OLED显示屏选型

中景园1.3寸OLED显示屏。

06.微动按钮

  

07.主控芯片 ESP8266EX

我希望设备有这些功能：

1. 设备能连接wifi 

2. 可以连接OLED显示屏

3. 有足够的IO进行按键监测和LED状态显示

4. 有ADC,可以检测电压

ESP8266满足这些要求，并且可以用Arduino快速开发。

其次，该芯片的市面价格最低可以到2.5元、算上外围电路也只有3.5-4元左右（大概），价格较友好。

3.固件烧录步骤

首先，我们需要了解一下ESP8266如何进行烧录：前提是GPIO0引脚在上电时为低电平（工作模式为高电平）。

另外，烧录孔不能让设备与电脑直接相连进行烧录工作，因此我们需要准备一个串口转TTL烧录器。

01. 详细步骤教程

1.首先我们需要下载Arduino 1.X版本。

项目的硬件设备是用Arduino进行编写的，请注意不要下载最新版2.X的Arduino。

  

2.安装完成之后我们需要为Arduino安装ESP8266FS插件。设备的静态资源（例如html）通过该插件进行上传。

在Arduino2.0版本中我暂时没找到版本安装该插件，这是我建议安装旧版本的原因。

在项目的附件压缩包中找到ESP8266FS文件夹，将ESP8266FS文件夹整个移到你的Arduino安装目录的tools文件夹下：

  

  

3.打开Arduino，配置ESP8266开发环境。

4.添加依赖库，项目所用到的依赖库有两种：

• 一种是可以在arduino管理库中直接搜索并安装的

• 另一种是需要通过zip进行导入的

它们的入口都在左上角的项目->加载库中。

如何使用设备？

1.进入配置模式，若设备未进行初始化配置则自启动AP模式。

使用者访问192.168.4.1进行初始化配置，手动进入模式请在关机状态下按住中间按键并启动，演示：

  

2.连接设备热点并使用浏览器访问 http://192.168.4.1 进行初始化配置。

3.确认无误点击保存配置并重启，设备自动重启并搜寻初始化配置中的网络且自动连接，在连接成功后则可进行正常使用，如何使用请参考原文。

3.软件说明

软件程序作为客户端，还可以对设备的各项功能、参数进行修改保存，显示设备电量等等。

Android端软件程序

软件使用AndroidStudio+Kotlin进行开发，对安卓系统版本6以上的手机提供支持。

01. 设置服务器

在写这个项目的时候，我构想的是服务器私有部署化，这样就更需要把设置服务器功能单独拿出来。

安装软件，打开软件之后是如下的界面，如果您自行部署了服务器，请点击右下角的“设置服务器”对服务器进行修改。

  

02. 登录或注册账户

参考上面的Login to server界面，在邮箱一栏填写能够接收到验证码的邮箱。

点击获取验证码，若服务器地址正确很快验证码就会发送到你的邮箱，微信接受邮件效果:

  

输入验证码后，点击登录或注册并登录按钮，如果邮箱在这个服务器上没有注册过，服务器将自动注册，若存在该邮箱则正常登录。

成功后跳转至主界面 MainActivity ，登陆部分完毕。

03 注销账户

注销账户是指删除在该服务器上的关于该账户的所有数据，包括但不限于用户表、作为发送者的所有聊天数据、从所有好友的好友列表中移除、清除DKey、UserKey等一切关于该账户的数据。

注销成功后跳转至登陆界面，该按钮在如下图所示右上角区域。

  

04. 数据轮询间隔

数据轮询就是定期向服务器申请最新数据并将其展示出来。

在MainActivity界面中，好友的申请信息、未读消息、设备状态、参数等需要不断刷新的数据，这些都需要数据轮询。

您可以自定义该轮询的间隔，默认为3秒，如果您服务器的交互速度快可以适当降低该值，若服务器速度慢且刷新间隔短，或导致软件闪退，一般情况3s就OK。

  

05. 收到消息时向邮箱发信

当收到好友消息时并不会通过系统弹窗进行提示，这个功能也是由于时间关系暂时简化了。

替代方案就是当好友向你发送消息时，服务器会通过邮箱向你的邮箱发信进行提醒，目前该提醒无间隔，意思就是好友发多少条消息就提醒多少次，后面我会增加提醒间隔，格式如下：

  

06. 修改硬件设备参数

在我的使用情境中，可能出现以下几种情况：

1. 设备对设备进行消息交互

2. 设备对手机进行消息交互

3. 手机对手机进行消息交互

这个项目主要针对上面的1、2种情况。第3种就不做讨论了，两个人都有手机了还用这个干什么……

下面我会对软件段进行设备参数修改进行说明。

首先要了解一个名词：DKey -> DeviceKey——设备的唯一密钥。

每个账户都拥有一个DKey，当对设备进行初始化时DKey是必填项，若设备无此参数，则无法访问服务器。

• DKey是唯一的，请确保只有自己知晓DKey。

• DKey可以被重置，当你重置DKey后旧的DKey会被删除，服务器会重新生成新的DKey并返回，而旧DKey的参数会被保留下来，如快捷回复列表、附加网络配置等。

• 
  

快捷回复列表：上面说明过设备的结构，它只有三个按钮进行操控以完成上翻、下翻、确定等逻辑功能。

就目前而言，设备无法进行拼音输入等功能，即使实现也会变得很麻烦，所以我采用的是预填充内容方案——通过软件将想要回复的消息内容上传至服务器，设备再访问服务器同步该回复消息的数据列表以作为回复项。

硬限制：每条最多50字，最多200条。

附加网络配置：整个硬件设备的构建以来的就是它可以进行WIFI通信，这就会产生一个弊端，倘若我换了一个环境，由于设备性质又无法手动更换网络，那该怎么办？

解决这个问题的就是附加网络配置功能，通过软件将固定的地点的WIFI账号密码进行服务器上传，再让设备访问服务器进行保存，设备开机后会搜寻附近是否存在已保存的WIFI数据，若存在则自动连接。

  

07. 好友管理

我分三个状态进行说明。

A.发出好友申请，作为申请人可以使用添加好友功能，通过对方的邮箱向对方发出好友申请，此时处于等待对方同意或拒绝状态，申请人状态如下图所示，您可在此时取消该申请：

  

B.等待被申请人同意或拒绝该好友申请：作为被申请人接收到来自其他用户的申请，界面如下所示，在此时可以可以选择同意或拒绝该用户的好友申请，若同意则成为好友，显示在好友列表中，拒绝则显示如C所示：

  

C.作为申请者的好友申请被拒绝，则显示如下界面，此时可点击了解，则该Item被删除：

  

08. 与好友的信息交互

在与其他用户成为好友后，软件会将好友显示在消息列表中，如下图所示:

  

马赛克掉的是邮箱号，右侧的是在线状态，此时显示暂无消息，说明好友没有新的消息传来，对于好友的消息新旧的状态判断请自行查看代码。

点击View进入与该好友的消息界面，以app 1.0V 为例，界面组成如下：

4.搭建服务器端

建议您搭建自己的服务器。在这里我以华为云为例进行搭建，你可以参考下方教程：

1.下翻页面可以看到有不同规格的服务器，这里选择最低配的1核1G就够用了，不过既然是免费的也可选择更高配。

  

点击0元试用按钮进行购买，在购买页面中需要注意的是镜像，请按下图进行配置：

其他配置项默认即可。

  

2.点击右上角控制台: 购买服务器成功后点击右上角的控制台

  

3.在左侧的总览菜单中找到弹性云服务器ECS并点击:

  

4.此时应该能看到我们刚才新创建的服务器实例，根据华为云的规定，新创建实例需要重置密码，点击右侧更多->重置密码（不要忘记勾选自动重启）：

  

  

5.点击远程登录，此时会弹出一个界面用于选择登陆方式，这里我们选择第一种 "CloudShell登录":

  

  

6：点击连接按钮登录CloudShell，跳转至如下所示界面:

  

7.安装宝塔面板，点击蓝字跳转至宝塔官网，找到下图中界面并点击右侧复制:

  

等待一段时间后弹出 Do you want to install Bt-Panel to the /www directory now?(y/n):

这里选择y并回车，若后续还有询问项，同样输入y并回车.

  

8.等待宝塔安装，当出现如下数据，则安装完成：

妥善保存如下信息，我们后续的操作都在宝塔面板上进行。

  

9.对外网面板地址进行访问，此时大概率是无法访问的，查看上图的黄字，无法访问的原因就是服务器没有开放该端口，在此示例中是23829，请以实际为准。

我们需要在安全组中开放该端口，操作如下:

首先打开实例的详细界面：

  

  

  

再说一下，在实际操作时，该端口不一定是我示例中的23829，具体要看步骤8的图片中数据。

开放端口后再次访问外网面板地址，正常会出现如下界面,密码账号请参照步骤8中的username,password:

  

10.安装服务器所需依赖程序，请按照图片内版本下载:

  

所有软件均选择极速安装

  

11.当所有软件安装完成,点击Python项目管理器右侧的设置:

  

点击左侧的版本管理，安装python3.7.9:

  

12.创建数据库: 点击宝塔左侧的数据库，再点击添加数据库，数据库参数如下所示，用户名和密码可进行自定义，其他请与图保持一致：

  

点击提交后数据库创建完成，再次点击该数据库右侧的管理按钮进入phpMyAdmin导入模板数据库：

用户名、密码与数据库对应：

  

  

  

  

  

  

创建站点，点击宝塔右侧网站按钮，再点击添加站点: 请注意箭头所指的IP需要改成自己服务器的外网ip，域名一行是ip+端口，请在安全组中放行8000端口。

  

此时站点中应该有你新建的网站：

  

以我的为例，访问http://139.9.90.194:8000可看到如下所示，则站点创建成功，若无法访问请检查端口是否放行，创建站点时参数是否填写错误:

  

点击网站右侧的配置修改配置文件，将下面的代码复制到指定位置并保存：

  

进入站点根目录，将根目录所有文件删除:

点击上传，将DJ_QuickChatServer.zip上传至根目录后右键进行解压，解压后如图所示：

进入如下图所示目录，找到settings.py，在约80行的位置修改参数为你的数据库参数:

  

邮箱管理者：我们接收的验证码和消息提醒都是通过这个邮箱管理者实现的，它负责服务器中所有邮件的收发，在搭建服务器后，您必须修改服务器中的EmailSender.py文件中的全局参数，如下所示：

  

可以看到其实质就是依托于第三方邮箱的smtp服务，因此你需要申请到一个邮箱并开启smtp，请参考https://blog.csdn.net/liuyuinsdu/article/details/113878840

  

  

  

等待很长时间后安装完成：

1. 点击模块手动安装Django

2. 安装完成后点击运行中停止项目，如上图绿色箭头所示。

3. 点击配置适当增大进程线程

4. 重新启动项目

到此服务器端的配置全部完成，请参考上方的软件说明，在软件端进行服务器配置后尝试登录，能够收到验证码证明服务器端正常运行。

更多详情及附件，可从原工程查看。

本文作者：立创开源硬件平台 OSHWHub 用户@zhbaa，禁止商用，未经许可禁止转载