dPWR - ウェブベースのデジタル電源コントローラ

概要

ウェブベースの電力コントローラーが必要でした。大量のデバイスを遠隔制御するため、主電源（230VAC）と低電圧 DC の両方に対応し、スイッチ設定や電源状態などのリモート値も読み取れるものです。市場を調べたところ、許容できる価格帯に適切なものが見当たりませんでした（B2B 機器は数千ポンドの価格帯でした）。専用の回路基板を設計・製作したくなかったので、部品箱を漁り、手元にあるものを使って dPWR コントローラーが誕生しました。

Hardkernel.org の Odroid U3（Raspberry Pi 型の開発ボード）と U3 シールド、リレーおよびサイリスタスイッチングボード、いくつかの IO エキスパンダーチップと ATMega デバイスがありました。これらのパーツを組み合わせ、必要に応じてコンポーネントを追加できる先見性を持って dPWR を構築することにしました。ソフトウェアについては、Odroid が十分に強力で低消費電力であり、開発をはるかに容易にするため、組み込みアプリケーションではなく Linux オペレーティングシステムをベースプラットフォームとして採用しました。

時間が限られていたため、C/C++ は開発に時間がかかりすぎるとして除外し、Java、Python、Perl が候補に残りました。ちょうどクライアントの仕事で Perl アプリケーションを完成させたばかりだったこともあり、スクリプト言語として主にレポーティング用に開発されたものの、そのエコシステムが非常に豊富だったため、Perl を自然な選択としました。

dPWR の機能要件は以下のとおりでした：

GPIO、I2C、シリアルポート、イーサネットポートと直接通信し、手元の様々なボードを活用するために設定、設定、読み取りを行う。必要に応じてハードウェアとサポートソフトウェアを追加できるモジュラーシステムが必要でした。
リモート設定、制御、監視を可能にするウェブサーバーを提供する。
dPWR がデバイスを監視して必要な行動を取れるように（例：ping）、設定可能な自動化を提供する。

上記は開発・実装され、過去 4 年間で信頼性高く稼働してきました。最近、Corsair 電源が故障したため dPWR ハードウェアを取り外してメンテナンスを行い、下記の写真を撮影しました。

ソフトウェアをパブリックドメインに公開します。現状のままの形、またはその一部を使用してカスタムデジタル電力コントローラーを構築したり、そのウェブインターフェースを他のプロジェクトに活用できると考えているためです。

dPWR ハードウェアの回路図はすべて紙ベースだったため、再作成が必要です。

Docker での評価

dPWR を評価するには、Docker イメージを作成して実行するのが最も簡単な方法です。

リポジトリをクローンして Docker イメージをビルドします。

 cd ~
 git clone https://git.eaw.app/eaw/dPWR.git
 cd dPWR
 docker build -f Dockerfile.dpwr -t dpwr .

使用したいポートに 8080 をマッピングしてイメージを実行します。
```
 docker run --rm -p 8082:8080 --name dpwr dpwr
```
ウェブブラウザを開き、http://localhost:8082 にアクセスします。
以下の認証情報でログインします。
```
 ユーザー: root
 パスワード: 0000
```
アプリケーションを停止します。
```
 docker stop dpwr
```

dPWR のインストール

以下のセクションでは Debian またはその派生ディストリビューションへのインストールを前提としています。Red Hat ベースの Linux バージョンは yum コマンドに置き換えてください。

開発ボードのフラッシュ、SD、または eMMC に Linux をインストールします。
リポジトリをローカルの一時ディレクトリにクローンし、/usr/local にインストールして所有権を設定します。
```
 cd ~
 git clone https://git.eaw.app/eaw/dPWR.git
 cd dPWR
 cp -r dPWR/* /usr/local/DPWR/
 chown -R www-data:www-data /usr/local/DPWR
```
すべてのアップデートを適用します。
```
 apt-get update
 apt-get upgrade
```
必要な Linux パッケージをインストールします（Perl はパッケージのコンパイルにビルド環境が必要です。ビルド環境のインストールを避けたい場合はパッケージを手動で配置することもできます）。
```
 apt-get install procps build-essential perl socat cpanminus vim
```
必要な Perl パッケージをインストールします。
```
 cpanm forks Switch CGI CGI::Session Device::SerialPort
```

開発ボードにシリアルポート（物理または USB）がない場合は、socat 仮想 tty をインストールして、ATMEGA328P デバイスの選択が dPWR アプリケーションの停止を引き起こさないようにします。

 # dPWR ATMEGA がシリアルポートと通信することを期待するため、仮想ポートを作成します。
 # 必要であれば、コンテナのポートフォワーディング経由でシリアルポートに接続できます。
 for i in {0..4}
 do
     socat  pty,link=/dev/vcom${i},raw  tcp4-listen:1000${i} &
 done

 # 上記は開発ボードの再起動時に失われます。dPWR 実行時に仮想ポートを永続的に
 # 存在させたい場合は、/usr/local/DPWR/etc/startDPWR スクリプトを編集して、
 # 上記のコードブロックと同一の行のコメントを解除してください。

設定ファイル /usr/local/DPWR/etc/DPWR.cfg を編集し、以下の「HTTP Server configuration」ブロックを見つけて「your」で始まる値を設定します：
```
 # HTTP サーバー設定パラメーター。
 #
 HTTP_SERVER_HOST                    = "<your IP Address>"
 HTTP_SERVER_PORT                    = <your Port Number>
 HTTP_DOC_PATH                       = "/usr/local/DPWR/htdocs"
 HTTP_LOGFILE                        = "/usr/local/DPWR/log/dpwr_http.log"
 HTTP_PASSWORD                       = "0000"
 HTTP_MAX_RETRIES                    = 3
 HTTP_SESSION_TIMEOUT                = 600
```
開発ボードにシリアルポートがある場合は、以下を見つけてボードの実際のデバイス名に変更してください。そうでない場合はステップ 6 を実行してください。
```
 DEVICE_1_UART                       = "/dev/<your serial 1 device>"
 DEVICE_2_UART                       = "/dev/<your serial 2 device>"
```
注意: 設定ファイルには 2 つの CONFIG ブロックがあります。「PRODUCT v2dev」キーワードが使用するブロックを示します。このようなブロックはいくつでも作成できますが、アクティブにできるのは 1 つだけで、PRODUCT キーワードで示されます。
dPWR サーバーはユーザースペースプロセスとして実行されますが、システムレベルの設定プログラムへのアクセスが必要です。このために SUID root で実行し必要なシステムコマンドを呼び出すラッパースクリプトが作成されています。ix プログラムは以下のように SUID root を設定する必要があります：
```
cd /usr/local/DPWR/bin
chown root:root ix ix-x86 ix-arm
chmod 4755 ix ix-x86 ix-arm
```
dPWR アプリケーションを起動します。
```
 cd /usr/local/DPWR/bin
 ./startDPWR
```
エラーメッセージが出力されている場合は修正してください。例：「Cannot open UART」は 7 で設定した UART に問題があることを意味します。確認して、必要であれば物理的なシリアルポートが動作するまでステップ 6 に戻ってください。
ネットワーク上のウェブブラウザを開き、7 で設定した http://<IP>:<Port> に接続して動作を確認します。

dPWR ウェブインターフェース

設定ファイルとページを可能な限り活用した包括的なウェブインターフェースが Perl で開発されました。以下の画像はウェブインターフェースの基本画面を示しています。

ユーザー/パスワードでログインします。4 人のユーザーが事前定義されており、それぞれ異なる権限を持っています。

ホーム画面 — 空白ですが、ステータスや他の必要なデータ/説明を簡単に追加できます。

プライマリ出力画面
プライマリ出力制御画面。有効化されて出力用に設定された各ポートが説明とオン/オフスイッチとともに表示されます。制御デバイスの状態を簡単に変更できます。複数のユーザーがシステムを使用している場合、「自動更新」をチェックすると別のユーザーがスイッチを変更した際にこのビューが更新されます。