构建远程实验室：大学生如何利用树莓派进行机器人开发

树莓派RemoteLab的实现

远程机器人开发在大学校园中已不再是梦想，在弗罗茨瓦夫科技大学，这一愿景已成为现实。在《The MagPi》的最新一期中，Rob Zwetsloot与RemoteLab进行了深入交流，并在#MagPiMonday的特别节目中进行了分享。几期前，我们采访了Wojciech Domski，他讲述了自己的遥控飞机OSD项目，该项目不仅展示了遥控飞机的飞行位置，还提供了一些HUD信息。这项成果令人印象深刻，而Wojciech还与弗罗茨瓦夫大学合作，热衷于分享更多的项目经验。有关遥控飞机OSD的详细信息，请访问：遥控飞机OSD

RemoteLab平台使学生能够远程访问多种开发板，包括ST的Nucleo板和Discovery板。Wojciech解释道：“RemoteLab被称为硬件即服务（Hardware-as-a-Service），它为开发板等资源提供远程访问服务。该项目设立在弗罗茨瓦夫科技大学[WRUST]，主要用于机器人控制器和高级机器人控制课程。”

项目的起源与发展

RemoteLab的创建背景源于2020年新冠疫情的影响，弗罗茨瓦夫科技大学的面授课程被迫暂停，学生无法接触到实际的开发板和实验室设备。为了应对这一挑战，Wojciech开始构建一种通过树莓派远程访问开发板的解决方案。他表示：“2020年底，我在家中开发并运行了第一个版本。2021年，我建立了环境并正式推出了服务。如果没有我所在大学的支持，以及来自私营公司ST提供开发板的团队的帮助，一切都不可能实现。”

这个网络界面还包括一个摄像头，可以实时监控电路板的状态。项目的初始版本使用了Raspberry Pi 3，因其兼顾低功耗与高性能，且支持多种Linux发行版，使其成为理想选择。Wojciech提到：“它的性能足以同时为十几名学生提供服务。不过，在提供开发板视图的视频流方面效果不佳。我因此决定采用基于静态图像的视频预览。之后，升级版转向使用Raspberry Pi 4。现在，甚至可以直接在Raspberry Pi上编写和开发代码，因为它提供了足够的计算能力。到了2024年，我们再次升级，三台服务器换成了Raspberry Pi 5，并更新了网络界面。根据我的实验，Raspberry Pi 5甚至可以为全班学生提供实时视频反馈。”

制作过程的挑战

在谈到制作过程时，Wojciech以幽默的口吻回应：“实在太可怕了 :D”，而这正是每个制造者所经历的真实感受。他承认：“我不愿去计算晚上花在硬件安装上的时间。软件的准备相对简单，可以逐步添加新功能并在必要时进行调整。但我印象最深的是将额外的硬件（如传感器）连接到开发板上，这让我花费了大约三天的时间进行设置和测试。”尽管组装过程中遇到失败的挫折，最终他还是成功完成了所有工作。用户只需通过SSH连接到RemoteLab服务器，即可通过网络界面查看和控制实验室中的开发板。值得一提的是，得益于升级到Raspberry Pi 5，用户现在还可以获得视频反馈。

远程学习体验

对于任何项目而言，来自最终用户的反馈至关重要，而RemoteLab系统似乎得到了学生们的广泛欢迎。Wojciech表示：“一些学生非常喜欢RemoteLab，称其对他们的学习帮助巨大。该系统的突破性在于它可以全天候使用。我收到了很多反馈，学生们表示能够更好地为课程做准备，并且不受时间限制。”

Wojciech持续对该系统进行开发与改进，最近刚刚增加了通过网络界面的串行控制台功能。接下来，他将探索如何实现实时绘图，并考虑扩展到第四台Raspberry Pi服务器，增加对Raspberry Pi Pico及Pico 2的支持。他总结道：“我认为RemoteLab完全体现了Raspberry Pi基金会的宗旨，旨在支持教育并鼓励创新。”

工作原理简介

1. 用户与服务器之间通过SSH连接，传输两个端口，其中一个端口用于网络用户界面。在此界面上，用户可以查看开发板的状态、调试器是否运行及其他功能。

2. 第二个端口专门用于调试器（如openocd或st-link），通过SWD接口连接，类似于Raspberry Pi Pico。远程调试允许用户上传新固件或调试开发板上的源代码。

3. 管理端的复杂性稍高，需要网络服务器来管理上述功能。团队创建了一套Python脚本，用于在任何特定RemoteLab设置的一台或所有服务器上自动执行重复任务，例如更新代码。