2023-05-22

將 Android 裝置當作 IOT 裝置

過去在下曾將 Android 裝置當作伺服器使用
雖然效果不及正式的工具(例如 Raspberry Pi 及 NAS)
但作為既有工具，如果不轉售，當作後備裝置使用，亦可以強化其功能
只當作伺服器使用，又好像未完全發揮功能，因此在下再嘗試更多可能性

安裝 Termux 到 Android 6-

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由於在下使用較舊的 Android 裝置，雖然能夠安裝 Termux ，但新版的 Termux 需要在 Android 7+ 才能使用
另外 Termux 需要 下載 bootstrap 才能啟動，而舊版的 Termux 會從 termux.net 下載，但 termux.net 已經失效
因此即使 Android 6- 的裝置即使自行下載 apk 安裝舊版 Termux 仍然無法使用

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要將 Termux 安裝到 Android 6- 的裝置
要到 https://archive.org/download/termux-repositories-legacy 可以下載支援 Android 6- 的 Termux
而且 內建 bootstrap ，還有 Termux 的輔助套件

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由於自行下載及安裝 APK檔案 有安全風險， Android 會提出安全警告

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選取 未知的來源 ，並 確定 同意安全風險

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便可以安裝 Termux

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完成安裝後可以立即開啟 Termux

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雖然內建 bootstrap ，仍然需要時間安裝 bootstrap

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與一般 Termux 的開始畫面相同

安裝 Apache 及 PHP 到 Termux

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但由於剛才提及 termux.net 已經失效，當輸入
pkg update
會顯示無法找到套件庫的資料

雖然可以從 新版 Termux 的套件庫 https://packages.termux.dev/apt 直接下載及安裝套件
但每次都要手動下載、安裝、升級，會非常浪費時間
而且無法根據相依性自動下載相關套件同樣是麻煩

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令舊版 Termux 使用新版 Termux 的套件庫，除了套件來源，還需要受信任的 GPG簽署
先手動下載 新版 Termux 套件庫的 GPG簽署
輸入
file="termux-keyring_3.11_all.deb"
curl "https://packages.termux.dev/apt/termux-main/pool/main/t/termux-keyring/${file}" >"${file}"
dpkg -i "${file}"
rm "${file}"

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更新 Termux 套件庫的來源，輸入
apt_path="${PREFIX}/etc/apt"
printf "deb https://packages.termux.dev/apt/termux-main-21 stable main" >"${apt_path}/sources.list"
printf "deb https://termux.dev/science-packages-21-bin science stable" >"${apt_path}/sources.list.d/science.list"
printf "deb https://termux.dev/game-packages-21-bin games stable" >"${apt_path}/sources.list.d/game.list"

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更新來源後，輸入
pkg update
pkg upgrade
更新 Termux 的套件

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更新套件後，輸入
pkg install termux-services openssh
安裝 OpenSSH 伺服器 及 Termux 的 服務起動器，可以讓外部裝置能夠經 OpenSSH 登入，方便操作 Termux

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安裝後登出 Termux 並重新登入 Termux
輸入
sv-enable sshd
便可以在開啟 Termux 後自動起動 OpenSSH 伺服器

再輸入
passwd
修改 root 的密碼，讓外部裝置連接

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使用電腦連接後，可以更方便操作

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輸入
pkg install termux-api wget nano php-apache
由於要將 Android 當作 IOT 使用，必須直接能夠存取 Android 硬件的操作權限
使用 PRoot 無法存取 Android 硬件的操作權限
因此直接將在 Termux 上安裝如 Apache網頁伺服器 配合 Termux API 來控制 Android

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輸入
cp "${PREFIX}/etc/apache2/httpd.conf" "${PREFIX}/etc/apache2/httpd.conf.bak"
nano "${PREFIX}/etc/apache2/httpd.conf"
先備份 Apache網頁伺服器 的設定檔，編輯 設定檔

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將
LoadModule mpm_prefork_module libexec/apache2/mod_mpm_prefork.so
#LoadModule mpm_worker_module libexec/apache2/mod_mpm_worker.so
修改成
#LoadModule mpm_prefork_module libexec/apache2/mod_mpm_prefork.so
LoadModule mpm_worker_module libexec/apache2/mod_mpm_worker.so

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在 設定檔 最後加上 
LoadModule php7_module libexec/apache2/libphp7.so
AddHandler php7-script .php
Android 7+ 改為
LoadModule php_module libexec/apache2/libphp.so
AddHandler php-script .php
完成後，儲存並離開
(php_module 使用 底線(underscore)， php-script 使用 減號(minus))

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輸入
apachectl start

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使用網頁瀏覽器輸入 http://<Android裝置 的 IP>:8080
顯示 It Works! 表示 Android 的 Apache網頁伺服器 正常運作

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輸入
nano "${PREFIX}/share/apache2/default-site/htdocs/phpinfo.php"
製作 phpinfo.php 檔案

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輸入
<?php phpinfo();
完成後，儲存並離開

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使用網頁瀏覽器輸入 http://<Android裝置 的 IP>:8080/phpinfo.php
顯示 PHP 的資料

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輸入
nano "${PREFIX}/share/apache2/default-site/htdocs/led.php"

輸入
<?php
if (filter_input(INPUT_GET, "led") == 1) {
	system("termux-torch on");
} else {
	system("termux-torch off");
}
?>
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
	<head>
		<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"/>
		<title>LED Control</title>
		<style>
a { font-size: 128pt; }
		</style>
	</head>
	<body>
		<div><a href="?led=1">LED On</a></div>
		<div><a href="?led=0">LED Off</a></div>
	</body>
</html>

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使用網頁瀏覽器輸入 http://<Android裝置 的 IP>:8080/led.php
顯示網頁效果

安裝 Termux:API

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由於操作涉及 Termux API 因此需要安裝 Termux:API 的 Android 套件

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提供操作權限給予 Termux 及 Termux:API

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效果如同使用 ESP8266 等具備 WiFi 的微控制器經網頁控制一些 Android裝置 的硬件

製作 HTTP伺服器

由於 Java 能夠編譯成能在 Android 執行的程式，而且 Java 亦可以自行製作 HTTP伺服器
雖然 Java 提供 com.sun.net.httpserver 的 HTTP伺服器，但 Android 並沒有提供，因此無法使用
網上很多自製 Android HTTP伺服器 建議使用 NanoHTTPD ，但在下使用時發現有些功能無法使用
結果還是自己製作 HTTP伺服器

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class HttpServer implements Runnable {
	private ServerSocket server;
	private boolean running = false;
	public HttpServer(int port) throws IOException {
		this.server = new ServerSocket(port);
	}
	public boolean isRunning() {
		return this.running;
	}
	public void start() {
		this.running = true;
	}
	public void stop() {
		this.running = false;
	}
	@Override
	public void run() {
		while (true) {
			if (this.isRunning()) {
				try {
					Socket client = this.server.accept();
					InputStream input = client.getInputStream();
					ByteArrayOutputStream bytes = new ByteArrayOutputStream();
					while (input.available() > 0) {
						bytes.write(input.read());
					}
					bytes.flush();
					bytes.close();
					OutputStream output = client.getOutputStream();
					output.write("HTTP/2 200 OK\n".getBytes());
					output.write("Connection: close\n".getBytes());
					output.write("\n".getBytes());
					output.write("hello, world".getBytes());
					output.flush();
					output.close();
					input.close();
					client.close();
				} catch (Exception ex) {
					ex.printStackTrace();
				}
			}
		}
	}
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		// could change other unused port
		HttpServer server = new HttpServer(8080);
		server.start();
		Thread thread = new Thread(server);
		thread.start();
	}
}
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輸入
javac HttpServer.java
編譯 Java 程式
輸入
java HttpServer
執行 Java 程式

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使用網頁瀏覽器或能發送 HTTP請求 的工具瀏覽 Java 的 HTTP伺服器
例如在下使用 Curl ，輸入
curl -i "http://127.0.0.1:8080/"
發送成功，會顯示與 OutputStream 相同的輸出結果

編寫 Android 應用程式

編寫 Android 應用程式 最簡單是使用 Android Studio
安裝的步驟在下不詳細說明，但由於 Android Studio 需要使用 Java 編譯程式碼
因此仍然需要安裝 Java 的編譯器

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在建立專案的範本中，選擇 Empty Activity

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輸入專案的名稱
程式語言可以選擇 Kotlin 或 Java (在下使用 Java 編寫)
Minimum SDK 可以根據需要的程式碼，選擇較舊或較新的 SDK
較舊的 SDK 可以支援較多 Android 裝置，但支援的功能較少；反之亦然

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建立專案需要一些初始化時間

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修改 java/<project-package>/MainActivity
將先前測試成功的 HttpServer.java 類別內容複製到 MainActivity.java (作為內部類別會比較容易測試)

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將 HttpServer.java 的 public static void main 內容
複製到 MainActivity.java 的 protected void onCreate 中
由於 protected void onCreate 不能使用 throws 語法，因此需要改為 try catch

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由於 HTTP伺服器 需要使用 存取網絡，因此需要加入網絡使用權限
到 manifests/AndroidManifest.xml 中加入
<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET"/>
(大小寫相符)

建立 APK 檔案及安裝

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到 Build > Build Bundle(s) / APK(s) > Build APK(s) 建立 APK檔案

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APK檔案 建立後， Android Studio 會顯示完成資訊
按 locate 開啟保存 APK檔案 的目錄

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APK檔案 預設名稱為 app-debug.apk
並保存在 <project-package>/app/build/outputs/apk/debug 的目錄中

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將 Android裝置 連接到 電腦，同並允許電腦能夠存取 Android裝置 的內容

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將 app-debug.apk 複製到 Android裝置
(複製位置並沒有限制)

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在 Android裝置 尋找 app-debug.apk 並安裝
(安裝流程與 Termux 相同，因此在下不重覆說明)

使用 ADB 安裝及執行

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到 設定 > 關於裝置

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點擊 內部版本號 7次，以啟用 開發人員選項

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在 開發人員選項 ，啟用 USB除錯

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將 Android裝置 連接到 電腦，按 允許 讓電腦能夠以 USB除錯 控制 Android裝置

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Android Studio 能偵測到已啟動 USB除錯 的 Android裝置
並選取需要測試的 Android裝置

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到 Run > Run 'app' 或 按 F6 編譯專案並安裝到已選擇的 Android裝置

使用 APK檔案 或 ADB 安裝結果都是相同
APK檔案 可以方便傳送給不同 Android裝置 安裝，除了 USB ，亦可以使用 藍牙、網絡 等方法傳送檔案
ADB 會自動安裝並執行應用程式比較簡單及快捷

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不論用甚麼方法，安裝完成後，開啟應用程式

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再次使用 Curl 測試
(對應 Android裝置 的 IP地址)

指派不同 HTTP請求

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確認 HTTP伺服器 能夠在 Android 運作後，修改 HTTP伺服器 的程式碼
接收不同的 HTTP請求 ，傳回相對的 HTTP回應

String[] requests = bytes.toString().split("\r\n\r\n", 2);
String[] heads = requests[0].split(" ");
if (heads[1].equals("/torch-on")) {
	CameraManager cameraManager = getSystemService(CameraManager.class);
	for (String cameraId : cameraManager.getCameraIdList()) {
		if (cameraManager.getCameraCharacteristics(cameraId).get(CameraCharacteristics.FLASH_INFO_AVAILABLE)) {
			cameraManager.setTorchMode(cameraId, true);
		}
	}
	OutputStream output = client.getOutputStream();
	output.write("HTTP/2 200 OK\n".getBytes());
	output.write("Connection: close\n".getBytes());
	output.write("\n".getBytes());
	output.write("torch on".getBytes());
	output.flush();
	output.close();
} else if (heads[1].equals("/torch-off")) {
	CameraManager cameraManager = getSystemService(CameraManager.class);
	for (String cameraId : cameraManager.getCameraIdList()) {
		if (cameraManager.getCameraCharacteristics(cameraId).get(CameraCharacteristics.FLASH_INFO_AVAILABLE)) {
			cameraManager.setTorchMode(cameraId, false);
		}
	}
	OutputStream output = client.getOutputStream();
	output.write("HTTP/2 200 OK\n".getBytes());
	output.write("Connection: close\n".getBytes());
	output.write("\n".getBytes());
	output.write("torch off".getBytes());
	output.flush();
	output.close();
} else {
	OutputStream output = client.getOutputStream();
	output.write("HTTP/2 200 OK\n".getBytes());
	output.write("Connection: close\n".getBytes());
	output.write("\n".getBytes());
	output.write("hello, world".getBytes());
	output.flush();
	output.close();
}

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由於部分程式碼無法在 版本較低的 Android裝置 中執行，因此會出現 警告或提示
按 左邊的紅色警告圖示 查看修正方法
在下使用 Add @RequiresApi(M) Annotation
Android Studio 會將 @RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.M) 安置到功能註解

當 @RequiresApi 已經安置
當程式碼中再有相同的修正建議
Android Studio 不會更新已存在的註解
需要手動更新 或 刪除已存在的註解再使用自動修正

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向 HTTP伺服器 發送 指定 HTTP請求，達至遙距操作效果

製作操作界面

雖然使用 Curl 發送 HTTP請求 很方便，但一般使用者並不容易使用指令操作的工具
製作只需要點擊操作的界面便可以更簡單控制 Android裝置

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到 res > New > Directory

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目錄名稱為 raw
(必須是 raw ，大小寫相符)

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到 res > raw > New > File

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檔案名稱為 index
(檔案名稱並沒有限制，但不能具備副檔名，大小寫相符)

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製作 HTML檔案
<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-yue">
	<head>
		<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"/>
		<title>Android As IOT Index</title>
		<script>
// <!--
function sendHttpRequest(form, data) {
	var xhr = new XMLHttpRequest();
	var method = form.getAttribute("data-method").toUpperCase();
	if (method == "GET") {
		xhr.onreadystatechange = function() {
			if (xhr.readyState == XMLHttpRequest.DONE) {
				window.alert(xhr.responseText);
			}
		}
	}
	xhr.open(form.getAttribute("data-method").toUpperCase(), form.action, true);
	xhr.send(data);
	return method == "GET";
}
// -->
		</script>
	</head>
	<body>
		<form action="/torch-on" method="get" data-method="PUT" onsubmit="return sendHttpRequest(this, null);">
			<input type="submit" value="Torch On"/>
		</form>
		<form action="/torch-off" method="get" data-method="PUT" onsubmit="return sendHttpRequest(this, null);">
			<input type="submit" value="Torch Off"/>
		</form>
	</body>
</html>
由於在下使用不同 請求方法 區分 操作類型，例如：
  • 讀取資料 使用 GET
  • 寫入資料 使用 POST
  • 修改資料 使用 PUT
  • 刪除資料 使用 DELETE
避免單純的連結便可以執行寫入、修改、刪除等操作
但 HTML 的 表單提交 不支援 GET 及 POST 以外的 請求方法
因此使用 XMLHttpRequest 來代替 表單提交 ，並使用 data-method 的取代 method

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將 HttpServer 修改，加入索引頁，並將 index HTML檔案引導至 HttpServer
if (heads[1].equals("/index")) {
	ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
// R.raw.index matches file located in raw/index
	InputStream inputStream = getResources().openRawResource(R.raw.index);
	byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 16];
	for (int length; (length = inputStream.read(buffer)) > 0; ) {
		byteArrayOutputStream.write(buffer, 0, length);
	}
	inputStream.close();
	byteArrayOutputStream.flush();
	byteArrayOutputStream.close();
	OutputStream output = client.getOutputStream();
	output.write("HTTP/2 200 OK\n".getBytes());
	output.write("Content-Type: text/html; charset=UTF-8\n".getBytes());
	output.write("Connection: close\n".getBytes());
	output.write("\n".getBytes());
	output.write(byteArrayOutputStream.toByteArray());
	output.flush();
	output.close();
} else if (heads[0].toUpperCase().equals("GET")) {
// do something with GET method
} else if (heads[0].toUpperCase().equals("POST")) {
// do something with POST method
} else if (heads[0].toUpperCase().equals("PUT")) {
// do something with PUT method
} else if (heads[0].toUpperCase().equals("DELETE")) {
// do something with DELETE method
}

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測試效果

使用上，自製HTTP伺服器 的回應速度比 Termux 上的 HTTP伺服器 快

總結

由於 Android裝置 通常都已經內建大量模組，除了能控制閃光燈外
還可以監察定位、陀螺儀、文字轉語音等服務；亦有儲存空間以紀錄資訊

美中不足的是普遍常見既 Android裝置 都沒有 GPIO 能夠使用

參考資料

Posted by HKGoldenMr.A at 10:48
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