Удалённое управление питанием и перезагрузкой компьютера, при помощи внешнего девайса20.09.2021 19:31

Каждый пользователь компьютера сталкивался хотя бы раз в своей жизни с такой ситуацией: ты ушёл к себе на работу, почти доехал до неё и вдруг вспомнил,- что забыл взять со своего личного компьютера какую-то очень важную вещь.

Ехать обратно — опоздаешь на работу. А ведь ситуация может развиваться и гораздо более драматично: допустим, человек поехал куда-то далеко за рубеж, в отпуск, и там ему приходит важный звонок, по результатам которого ему необходимо передать своему визави,- определённые документы. А документы остались дома! А дом находится за границей!

Или вот ещё такая беда: ваш персональный компьютер является мощной графической станцией, на которой установлено множество тяжёлых программ для работы с графикой, программными продуктами. А вы перемещаетесь по городу, имея в руках всего лишь «тонкий» клиент, в виде ноутбука…

Из этого описания становится понятно, что «тонкий» клиент не обладает соответствующей производительностью, для запуска множества высокопрофессиональных программ и проектов. Да и если даже он у вас достаточно мощный, — это в принципе неудобно, каждый раз синхронизировать проекты с «тонким» клиентом. Как быть в описанных выше ситуациях — мы и поговорим в этой статье.

На самом деле, указанная проблема очень легко решается: установкой на ваш персональный компьютер системы удалённого включения/выключения и перезагрузки. Этот подход позволит всегда иметь под рукой всю мощь вашей домашней машины и все необходимые документы, и проекты, хранящиеся на ней.

До начала описания своей разработки, хочу сказать, что конечно, она не является единственно возможным способом для удалённого включения выключенного компьютера. Например, хорошо известна технология Wake-on-LAN. Суть этой технологии заключается в том, что она позволяет включить выключенный компьютер, отправкой специального пакета на его MAC-адрес.

Сетевой адаптер компьютера, поддерживающего wake-on-lan, находится в этот момент в режиме пониженного употребления и анализирует все пакеты на него. Если одним из поступающих пакетов окажется так называемый magic packet, сетевой адаптер выдаст сигнал на включение питания компьютера.

Согласно wiki: Magic packet — это специальная последовательность байтов, которую для нормального прохождения по локальным сетям можно вставить в пакеты транспортного уровня, не требующие установки соединения (например, протокол UDP или устаревший IPX). Обычно для Wake-on-LAN пакеты протоколов верхнего уровня рассылают широковещательно, так как в случае динамического присвоения адресов неизвестно, какой IP-адрес соответствует какому MAC-адресу. Однако, для корректного прохождения через маршрутизатор, запрещающий широковещательные пакеты, можно послать пакет по какому-то определённому адресу.

Из минусов данной технологии стоит отметить, что она:

1. должна поддерживаться аппаратно (например, мой компьютер её не поддерживает, насколько мне известно);
2. как пишут некоторые пользователи, наблюдаются проблемы с восстановлением работы, если пропадало напряжение в сети или компьютер вынимали из розетки;
3. является небезопасной, хотя бы даже из-за этого.

Понимаю, что вы мне ответите, что «жить вообще вредно, но это не значит, что не надо жить».

В любом случае, я подумал, что создание девайса, о котором пойдёт дальше речь, будет интересной затеей, так как:

1. это более безопасно, чем Wake-on-LAN;
2. можно установить даже на устройства, не поддерживающие Wake-on-LAN;
3. прошивка устройства снабжена средствами восстановления связи, после пропадания питания/перезагрузки;
4. позволяет принудительно перезагрузить «зависший» компьютер — удалённо;
5. в принципе интересно, так как позволяет реализовать новый девайс на esp32, в рамках растущего «интернета вещей».

Почему я выше выделил пункт о принудительной перезагрузке: в период активного «сидения на удалёнке» во время пандемии, мне неоднократно приходилось сталкиваться с тем, что мой рабочий компьютер зависал и работа останавливалась на целый день, потому что специалисты IT службы — тоже на удалёнке. И им приходилось ехать в офис, чтобы «клацнуть» reset моего компьютера! И это — международная компания с множеством офисов…

▍ Итак, приступим…

Некоторое время назад, решение указанной проблемы было достаточно затруднённым: необходимо было обладать достаточно высоким уровнем профессионализма и наличием глубоких знаний в области электроники, чтобы собрать требуемое для решения этой задачи устройство.

С появлением платформы Arduino, данная задача существенно облегчилась, однако, она продолжала оставаться достаточно неудобной в своей реализации, ввиду наличия клубка проводов, соединяющих требуемые компоненты, либо, ввиду необходимости покупки соответствующих wi-fi шилдов.

В текущее же время, этот вопрос ещё более облегчился, из-за появления платы espressif esp32. Для тех, кто не знает, это двухъядерный модуль, содержащий множество необходимых для любого самодельщика свойств. В рамках же данного проекта, нас будет интересовать наличие встроенного wi-fi модуля.

Использование этой платы позволит нам легко и просто построить требуемое устройство, не загромождая всё проводами и за достаточно малую цену. Рискну предположить, что суммарная стоимость компонентов нашего решения не превысит 350–400 руб.

Для того, чтобы создать устройство, нам понадобится всего лишь четыре резистора, два мосфет- транзистора и плата esp32.

А если точнее:

• 2 резистора на 10 кОм, мощностью на 1 ватт или меньше;
• 2 резистора на 100 Ом, мощностью на 1 ватт или меньше;
• 2 мосфет-транзистора с логическим уровнем IRLZ44NPBF;
• 1 модуль микроконтроллера esp32

Суть нашего решения вкратце будет заключаться в том, что мы будем удалённо «нажимать» на кнопку вкл/выкл на корпусе системного блока компьютера, а также на кнопку перезагрузки, там же, на системном блоке. «Нажимать» я специально написал в кавычках, так как фактически, мы будем замыкать контакты указанных кнопок, не нажимая их физически.

По набору компонентов, искушённый читатель сразу понял, что мы будем делать: с помощью esp32 мы будем управлять ключами на основе мосфет-транзисторов.

При использовании мосфет-транзистора нужно иметь в виду один нюанс: транзистор должен открыться полностью, если этого не произойдёт, то он в работе будет сильно греться и будет фактически, работать в роли резистора.

В данном конкретном случае, это, конечно, не так важно, так как мы будем коммутировать достаточно малые токи кнопки включения/выключения и reset-a.

Кстати, весьма рекомендую к прочтению хорошую статью про подбор мосфетов.

Конечно, можно не напрягаться и взять релейные модули для ардуино:

Но это не наш путь и вот почему: а) щелчки реле; б) наклёп контактов; в) высокое энергопотребление релейным модулем.

Оно нам надо? Нет, оно нам не надо :-)

Так как мы хотим сделать «всё красиво» — мы будем использовать специальные мосфеты с логическим уровнем. Хорошая статья про мосфеты и их выбор находится по данному адресу, рекомендую почитать.

В рамках данного проекта, я выбрал мосфет-транзистор IRLZ44NPBF. У него порог срабатывания от 2 Вольт. То, что надо.

Как собрать ключ на мосфете — можно почитать тут.

По поводу конкретных силовых исполнительных устройств более-менее всё понятно. Однако нам ведь нужно ещё и каким-то образом «рулить» esp32 внешнего интернета!

То есть, задача в общем виде представляется следующей: некий интерфейс из внешнего интернета, зная IP адрес esp32, может отдавать ей команды.

Однако, подключение к устройству, находящемуся в сети за роутером, может стать неудобством, ввиду, как минимум, смены IP адреса у управляемого устройства, после каждой перезагрузки.

Да, вы скажете, что IP на самом деле не меняется, он может поменяться, только если кто-нибудь из домашних тоже подключится к сети, в тот момент, пока esp32 перезагружается, и ей придётся взять другой свободный IP.

Как бы там ни было, но все эти частности не важны, так как данный вопрос можно решить намного проще, чем выяснять какой текущий IP у платы и каким образом его сообщить во внешний интернет: для этого мы будем использовать протокол mqtt. Для тех, кто не сталкивался, вкратце можно сказать, что протокол предназначен для интернета вещей, «умного» дома и не только.

Использование протокола позволяет с лёгкостью обойти проблему прохода за роутер (тут следует сделать оговорку, что мы делаем допущение, что большая часть пользователей интернета, которая выходит в сеть, используя персональные компьютеры, имеют дома wi-fi точку доступа в виде роутера).

❒ В нашем случае, использование протокола будет выглядеть следующим образом:

используя смартфон и интерфейс публичного mqtt-клиента, мы оставляем сообщение (цифру 0 или 1 или 2) в соответствующем топике (MoyComp/1 — переименуйте под себя), который постоянно мониторится платой esp32. Пользуясь терминологией протокола mqtt, можно сказать, что «esp32 подписана на соответствующий топик», в котором наш смартфон будет оставлять сообщение, о потребности совершения неких действий.

Значение отправляемых цифр:

0 — «выключить компьютер»;
1 — «включить компьютер»;
2 — «перезагрузить компьютер»;

После того, как сообщение получено платой, она выполняет определённые действия, и отчитывается в другом топике, на который, в свою очередь, подписан смартфон, с которого мы отправили задание. Таким образом, владелец смартфона узнает о том, что плата получила задание и выполнила его.

Как работать с клиентом: при запуске указанного выше mqtt-клиента — мы видим вот это окно. Ничего в нём не меняем, жмём кнопочку «Connect»:

Далее, появится следующее окно, где мы подписываемся на топик, в котором esp32 оставит сообщение о выполнении задания. Для этого жмём Add new topic subscription:

Вводим топик и жмём «Subscribe»:

Топик, на который мы подписались — появился справа, наверху:

Теперь, мы можем ввести топик, в который надо отправить сообщение и собственно, сообщение. И жмём «Publish». Сообщение уехало на esp32, и она отчиталась внизу, о выполнении задания:

То есть, для работы всей системы нужны:

• компьютер с установленной в него сборкой на базе esp32;
• точка доступа wifi (домашний роутер);
• MQTT-брокер;
• публичный MQTT-клиент (который мы запускаем на смартфоне).

Хорошая инфографика, о работе протокола mqtt приведена на картинке ниже:

Источник картинки: wikihandbk.com

И работает оно так (текст оттуда же):

• ESP32 #1 подключена к светодиоду и считывает температуру с датчика DS18B20;
• ESP32 #2 подключена к кнопке, и нажатие на неё будет включать/выключать светодиод, подключённый к ESP32 #1;
• ESP32 #2 подключена к LCD-дисплею (передающему данные по I2C), на котором будут печататься данные о температуре, полученные от ESP32 #1
• ESP32 #1 подписана на топик «esp32/led» и публикует данные о температуре в топик «esp32/temperature»;
• При нажатии на кнопку, подключённую к ESP32 #2, эта плата будет публиковать соответствующее сообщение в топик «esp32/led», с помощью которого управляется светодиод, подключённый к ESP32 #1;

Картинка напрямую не относится к нашему случаю, она показывает пример, как это всё может работать, если использовать для включения светодиод и кнопку.

Модифицируем её для нашего случая:

Прошивка проекта написана в Arduino IDE и доступна на моём гитхабе.

Пробежимся по основным моментам.

В своей работе мы будем использовать публичный mqtt broker по адресу: broker.hivemq.com:

const char* mqtt_server = "broker.hivemq.com";

Вы можете использовать любой другой — это вопрос исключительно предпочтений. Я выбрал этот и он у меня заработал. А так как я обычно иду по пути наименьшего сопротивления (в рамках парадигмы «и так сойдёт!»), то искать что-то иное не было смысла. Ибо любая минута поиска — воровала у меня время, которое я мог бы с пользой провести, лёжа на диване, с думами о вечном :-))).

Для начала мы в блоке изначальной инициализации переменных указываем порт для подключения к mqtt брокеру, при необходимости — имя пользователя и его пароль (или имя и пароль оставляем пустыми, если брокер публичный — как в нашем случае):

#define mqtt_port 1883
#define MQTT_USER "" 
#define MQTT_PASSWORD "" 

Далее мы указываем два топика, — один из которых для публикации статуса компьютера в данный момент (то есть компьютер включён/выключен, или перезагружается):

#define MQTT_SERIAL_PUBLISH_CH "/MoyComp/1/Status"

Именно туда esp32 выводит строгие и выверенные системные сообщения, о происходящем с компьютером:

 
client.publish(MQTT_SERIAL_PUBLISH_CH, "Ваш компьютер включён, господин!");
client.publish(MQTT_SERIAL_PUBLISH_CH, "Ваш компьютер выключен, господин!");
client.publish(MQTT_SERIAL_PUBLISH_CH, "Ваш компьютер перезагружается, господин!");

Другой, для получения сообщений из внешнего интернета (сюда мы постим со смартфона цифры 0, 1 или 2, в зависимости от которых выключается/включается/перезагружается компьютер):

#define MQTT_SERIAL_RECEIVER_CH_1 "MoyComp/1"

Для подключения мосфет-транзисторов, я использовал пины, под номерами 19 и 21. Вы можете использовать, в принципе, любые допустимые пины, хорошее описание которых содержится по следующему адресу.

Из ещё одного интересного момента можно рассмотреть следующие три переменные:

const uint32_t comp_ON_period = 500;
const uint32_t comp_OFF_period = 4000;
const uint32_t comp_Restart_period = 500;

В них мы задаем время в миллисекундах, в течение которого наше устройство будет держать нажатой соответствующую кнопку. Данные переменные вам нужно определить самостоятельно, опытным путём (если мои значения не будут работать)- для вашего конкретного компьютера, так как, вероятно, они могут отличаться в вашем конкретном случае. В прошивке значения переменных указаны для моего случая.

Ещё одним любопытным моментом, который некоторые могут не знать, является то, что встроенный в esp32 светодиод привязан к пину, под номером 2. Я решил, что «инженерия инженерией, но и красотень тоже должна быть». Поэтому наша esp-шка будет мигать встроенным светодиодом:

const int LED = 2;

Теперь, что касается питания нашей сборки на esp32: единственный более-менее комфортный способ это осуществить,- запитать нашу сборку от дежурного питания компьютера. Так как наша сборка потребляет совсем немного, её подключение к дежурному питанию не должно вызвать проблемы с невозможностью включения компьютера из-за просадки напряжения.

А далее, когда компьютер включён — можно подключиться к нему, с помощью предварительно настроенных программ удалённого администрирования, удалённого рабочего стола и т.д. и т.п.

Ну, вот на этом кажется и всё. Ещё раз только остановлюсь на том факте, что вся эта идея со сборкой системы для удалённого управления компьютером была продиктована не только, и не столько потребностью в доступе к файлам (потому что, как альтернативу, можно купить в таком случае NAS), а скорее даже необходимостью иметь возможность доступа к своему пулу рабочих программ, которые установлены только на домашнем компьютере.

Успехов вам в сборке этого устройства!

© Habrahabr.ru