IoT实践–电脑远程开关的制作

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IoT实践–电脑远程开关的制作

本文为看雪论坛精华文章

看雪论坛作者ID: 深山修行之人

前言

想远程家里电脑,又不想一直开着浪费电。试过WOL(局域网唤醒)的方案不太靠谱,一来唤醒可能会失败,二来电脑如果蓝屏/卡机没法强制关机。于是想到了单片机来控制,至于控制部分,考虑过机械臂,但成本太高,通过步进电机制作又略显麻烦。

后面想到了个简单的方案,通过短接PWR-SW开机键两端,产生开机触发信号即可模拟开机动作。所以就有了本文这个简易东西,文章写得有些琐碎,留个纪念吧。

完整代码和相关资料已放:



Github:


https://github.com/BlackINT3/iot-security/tree/master/minisw

硬件部分

硬件属于本文重点,虽然原理比较简单,但相对软件,需要准备的东西较多,都可以在X宝买,有些商家为了堆销量1块钱都包邮。

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基本原理


STM32板子利用ESP8266模块的WiFi功能连接路由(和Web服务端处于同一个内网),然后定时轮询Web服务器,获取指令(开机/关机、强制关机),得到指令后STM32板子操作GPIO,控制继电器开闭,从而控制PWR-SW开机键闭合。

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硬件准备


MCU:STM32F030F4 Cortex-M0入门级,¥6块多。之前用的F103开发板,后面觉得功耗较高、功能过剩,就买了一块F0最小系统。

继电器:1路5v光耦隔离的即可。

WiFi模块:ESP8266-01s(出厂一般都是刷了固件的,我之前用Arduino把固件写坏了,后面重刷了一次,也顺带升级了版本)

USB转UART下载器(可选):可用USART烧录程序。

JLink仿真器(可选):支持SWD,可用SWD烧录程序。

杜邦线:公对公/公对母/母对母若干根。

烙铁、助焊剂(焊膏/松香)、焊锡备用。

热缩管:包扎飞线和杜邦线的接线处。

飞线:接电脑开机键两端。

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电路接线

拆下电脑前端面板,用飞线连接开机键两端(无需焊接,捆住固定即可)。飞线出来的两端连接到继电器(可通过杜邦线间接连接)。

买到的STM32F030F4板子有两块引脚排针,需要自己焊上去,当然你也可以买焊好的。

板子需要5v Micro USB电源线,可用普通充电头(我是直接用的电脑USB口,关机状态下提供电源,需要在BIOS里设置)

板子PA1连接到继电器作为电平输入,同时连接5V引脚和共地。

JLink接线:

UART接线按常规连接TX/RX/GND即可。

ESP8266的TX和RX分别连接PA9和PA10,同时连接3.3V引脚和共地,PA0连接RST用于复位。模块启动时CH-EN引脚默认高电平,因此无需使能。

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开发环境


Keil5:例如安装5.29。KeyGen下载:



http://www.openedv.com/forum.php?mod=viewthread&tid=275700

安装STM32F0开发包:Keil.STM32F0xx_DFP.2.0.0.pack,建议用迅雷下载。



https://keilpack.azureedge.net/pack/Keil.STM32F0xx_DFP.2.0.0.pack

配置烧录和调试器:Flash–Configure Flash Tools–Debug–选择
JLink,然后设置,没问题的话能SW Device里看到JLink的设备,最后选择Flash Download把STM32F0xx的烧录信息添加进去,例如STM32F0xx 16KB Flash,地址范围0x08000000~(+0x00004000)。
然后勾选Reset and Run(下载后运行)。

配置编译,优化选择O1(O0生成的文件超出了Flash的容量)。

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代码实现


因为工程比较简单,也写了注释,所以我将代码全部放入main.c中便于阅读。

程序首先初始化定时器以及各外设,连接WiFi后开始轮询获取服务端数据,通过解析数据来设置PA1端口的高低电平,进而控制继电器闭合。

初始化定时器:

//接收数据定时器

TIM1_Init(50);

//接收超时定时器

TIM3_Init(5000);

//轮询定时器

TIM14_Init(3000);

初始化ESP8266,控制WiFi:

void WiFi_Init()

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;

GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

RESET_IO(1);

}

char WiFi_Start()

{

//复位

if (WiFi_Reset(50)) {

return 1;

}

//设置STA模式

if (WiFi_SendCmd("AT+CWMODE=1",50)) {

return 1;

}

//取消自动连接

if (WiFi_SendCmd("AT+CWAUTOCONN=0",50)) {

return 1;

}

//开始连接

if (WiFi_Connect(30)){

return 1;

}

//开启透传

if(WiFi_SendCmd("AT+CIPMODE=1",50)){

return 1;

}

//关闭多路连接

if(WiFi_SendCmd("AT+CIPMUX=0",50)){

return 1;

}

return 0;

}

初始化USART:

void USART1_Init(unsigned int baud)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

//设置PA9/PA10作为TX/RX端口

GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_1);

GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_1);

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud;

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);

USART_Cmd(USART1, ENABLE);

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPriority = 0x02;

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

}

初始化GPIO,控制继电器:

void RelayIO_Init()

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;

GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

//默认低电平,高电平闭合

RESET_BUTTON(0);

}

轮询服务器:

//根据实际情况配置

#define ACCESS_KEY "Basic aW90MTpwYXNzd2Qx" //base64(iot1:passwd1)

#define SSID "****"

#define PASSWORD "****"

#define SERVER_IP ""

#define SERVER_PORT 0

//构造HTTP请求开关数据

void WiFi_MiniSW_Status()

{

char temp[128];

memset(TXbuff,0,sizeof(TXbuff));

memset(temp,0,sizeof(temp));

sprintf(TXbuff,"GET /minisw/ HTTP/1.1rn");

sprintf(temp,"Authorization:%srn",ACCESS_KEY);

strcat(TXbuff,temp);

strcat(TXbuff,"Host:33322.zicp.vip:30000rnrn");

}

//连接服务器

if (!WiFi_Connect_Server(50)) {

//连接成功,Http请求数据

WiFi_RxCounter = 0;

memset(WiFi_RxBuff,0,WiFi_RxBuff_Size);

Conn_Status = 1;

WiFi_MiniSW_Status();

WiFi_Input(TXbuff);

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

} else {

//失败重置

TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);

TIM_Cmd(TIM14, DISABLE);

Conn_Status = 0;

Reset_Status = 1;

Poll_Status = 0;

}

解析返回数据,控制继电器闭合:

//时间戳改变,说明控制命令有更新

if (memcmp(ts, sw_ts, sizeof(ts))) {

if (sw_ts[0] != '') {

presult = strstr(json,""act": ");

if(presult!=NULL){

if(*(presult+7) == '1') {

//闭合1s,实现关机或开机

PRESS_BUTTON();

Delay_Ms(1000);

RELEASE_BUTTON();

} else {

//闭合5s,实现强制关机(重复5次,这样写是防止用5000导致溢出结果不准确)

PRESS_BUTTON();

Delay_Ms(1000);

Delay_Ms(1000);

Delay_Ms(1000);

Delay_Ms(1000);

Delay_Ms(1000);

RELEASE_BUTTON();

}

}

}

}

服务端

服务端使用Python 3.7开发,个人比较喜欢小巧的webpy框架。



https://webpy.org/

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环境准备


安装virtualenv:pip install virtualenv

创建:virtualenv –no-site-packages minisw_web


激活: call minisw_xxx/Scripts/activate.bat (Windows) source minisw_web/bin/activate (Linux)

安装webpy:pip install web.py

程序运行:python minisw_web.py [监听端口]

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交互接口


登录接口:HTTP Basic认证,只需验证密码正确与否。

查询接口:读取数据,返回当前状态

更新接口:写入数据,返回操作结果

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代码实现


需求简单无需考虑性能和并发,因此省了很多东西,干脆连数据库都不用了,直接上一个pickle序列化作为存储即可,协议字段如下:

{

'pc':1, //机器id(保留)

'act':1, //0:强制关机 1:开机/关机

'ts':15212121 //时间戳

}

下面是完整代码实现:

手机端

同样为了简化,没考虑跨平台,直接用Java写了个Android程序,总共两个Activity,一个登录,一个控制台,截图如下:

接下来说下开发过程:

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环境搭建


从官网下载Android Studio最新版,例如3.5.3 (截止2020年1月)。

准备梯子,设置好代理(File–Settings–Http Proxy)。

下载安装SDK,推荐安装4.4到10.0,一劳永逸。

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代码实现


使用OkHttp3访问服务端接口,实现对应的功能,Android 9使用HTTP需要配置network_security_config.xml。

代码也比较简单,主要是一些按钮对应功能的实现。

部分代码片段:

public class GlobalData {

//服务端地址

public static String authUrl = "http://www.aaabbbccc.com:30000/minisw/";

public static OkHttpClient buildBasicAuthClient(final String name, final String password) {

return new OkHttpClient.Builder().authenticator(new Authenticator() {

private int responseCount(Response response) {

int result = 0;

while ((response = response.priorResponse()) != null) {

result++;

}

return result;

}

@Override

public Request authenticate(Route route, Response response) throws IOException {

if (responseCount(response) >= 1) {

System.out.println("认证失败,返回null");

return null;

}

String credential = Credentials.basic(name, password);

return response.request().newBuilder().header("Authorization", credential).build();

}

}).connectTimeout(2, TimeUnit.SECONDS).readTimeout(2, TimeUnit.SECONDS).build();

}

public static class AuthRequest implements Callable<String>{

private String username;

private String password;

private String url;

public AuthRequest(String user, String passwd, String url) {

this.username = user;

this.password = passwd;

this.url = url;

}

public String call() throws Exception {

OkHttpClient client = GlobalData.buildBasicAuthClient(username, password);

Request request = new Request.Builder()

.url(url)

.build();

Response response = client.newCall(request).execute();

if (!response.isSuccessful()) throw new IOException("Unexpected code " + response);

return response.body().string();

}

};

public static String AuthGet(String url, String username, String password) {

try {

FutureTask<String> ftask = new FutureTask<String>(new GlobalData.AuthRequest(username, password, url));

Thread t = new Thread(ftask);

t.start();

t.join();

String res = ftask.get();

return res;

} catch (Exception e) {

return "err";

}

}

}



看雪ID:




深山修行之人

https://bbs.pediy.com/user-857678.htm  


*本文由看雪论坛 深山修行之人  原创,转载请注明来自看雪社区。

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