使用樹莓派實現(xiàn)主機遠程斷電重啟

劉佳誕，周 琦

(無錫供電公司，江蘇無錫 214061)

在實際運行維護中，遇到變電站遠程錄音終端（嵌入式系統(tǒng)）死機，經(jīng)常采用的方法是通過遠程桌面或遠程TELNET、或者遠程多電腦切換器（KVM）等方式進行服務(wù)重啟。但在操作系統(tǒng)宕機情況下，遠程登陸和遠程KVM 方式就無法進行，此時常用的解決方法就是人員趕往現(xiàn)場進行設(shè)備的斷電重啟，費時費力；或者通過采用安裝智能電源分配單元（PDU）的技術(shù)解決方案，實現(xiàn)遠程設(shè)備的斷電重啟。但是，PDU的方案也存在一些不足，一是價格昂貴，一般在3 千元至五千元；二是擴展性不夠，功能較單一，無法根據(jù)客戶的需求進行功能擴展。

Raspberry Pi（樹莓派）是一款迷你電腦，預(yù)裝Linux 系統(tǒng)，體積僅信用卡大小，搭載ARM 架構(gòu)處理器，運算性能和智能手機相仿。它最大的特點就是成本低廉，僅35 美元，接口較豐富。除具備HDMI，USB，ETHERNET 接口外，同時具備8 路GPIO（通用輸入輸出口）接口，非常適合進行一些簡單的自動化設(shè)備控制，也方便進行功能的擴展。樹莓派官方在軟件編程方面推薦使用Python 語言，其提供了GPIO 庫，可以幫助用戶非常方便的完成相關(guān)IO 口的操作。同時,Python 作為腳本語言[1]，在web 編程方面具有天然的優(yōu)勢，其包含的webpy 庫能夠幫助用戶以很少量的代碼輕松的完成輕量級的web 框架的搭建。因此，基于樹莓派的上述優(yōu)勢，考慮采用它來控制遠程錄音終端的電源并通過遠程訪問實現(xiàn)斷電重啟。

1 方案設(shè)計

1.1 方案原理

解決方案如圖1 所示。首先在樹莓派上搭建web服務(wù)器，采用webpy 搭建Python Web 框架，并根據(jù)控制終端的請求實現(xiàn)GPIO 控制?？刂平K端首先通過web 方式遠程訪問樹莓派web 主文件（在本網(wǎng)站配置中定義為index.py），經(jīng)過用戶名密碼認證后，進入設(shè)備斷電重啟網(wǎng)頁對遠端錄音終端進行重啟操作。樹莓派web 主文件根據(jù)重啟請求，調(diào)用GPIO 操作函數(shù)，控制GPIO的輸出電平，從而控制繼電器觸點動作，實現(xiàn)錄音終端斷電重啟。

圖1 方案原理圖

1.2 硬件連接與配置

樹莓派GPIO 針腳定義如表1 所示。

表1 樹莓派GPIO 針腳定義

根據(jù)表1的針腳定義，選用GIPO 0 作為輸出。因此使用2，6，11 號針腳與繼電器（驅(qū)動電壓為直流5 V）連接。其中2 號針腳提供5 V 電壓輸出，與繼電器Vcc 針腳相連；6 號針腳為信號地，與繼電器GND 針腳相連，7 號針腳為GPIO 0 輸出，與繼電器IN 針腳相連，如圖2 所示。

圖2 GPIO 連接示意圖

2 軟件實現(xiàn)

2.1 Web 服務(wù)器搭建

選用nginx+webpy+fastcgi+flup的組合。

2.1.1 安裝上述應(yīng)用程序

使用如下命令行：

Sudo apt-get install python-webpy nginx spawn-fcgi python-flup[1]

2.1.2 修改Nginx 配置文件

Nginx（1.2.1 版本）的配置文件nginx.conf（在/etc/nginx/ 目錄下）包含了default文件（在/etc/nginx/sites-available/ 目錄下），關(guān)于server，location等配置都在default 文件中，這與以往的版本不同。對default 文件進行如下修改：

2.1.3 修改web 主文件屬性

在啟動spawn-fcgi 前將index.py 改為可執(zhí)行，使用以下命令行：

Sudo chmod+x index.py

2.1.4 啟動spawn-fcgi

在樹莓派9002 端口啟動webpy 應(yīng)用，webpy 主文件路徑為/home/pi/www/index.py，webpy的程序主目錄為/home/pi/www/，總共啟動10個spawn 進程.起用如下命令行：

spawn-fcgi -F 10 -d/home/pi/www -f/home/pi/www/index.py-a 127.0.0.1-p 9002

2.1.5 啟動nginx

命令行：Sudo nginx

2.1.6 增加自啟動功能

為了能讓樹莓派在系統(tǒng)啟動后自動加載fcgi,首先對/etc 目錄下rc.local 文件增加可執(zhí)行權(quán)限。

命令行：sudo chmod+x rc.local[2]

編輯rc.local，在exit 0 行的前面增加2.1.4 中的命令行。

2.2 GPIO 編程要點

GPIO 控制程序為control.py,作為模塊導(dǎo)入web主文件中。其具備初始化GPIO 和斷電重啟功能。

2.2.1 初始化GPIO

通過initGPIO（）函數(shù)，選用GPIO 0，設(shè)置GPI0的使用方式為BOARD（該方式參考Raspberry Pi 主板上P1 接線柱的針腳編號。使用該方式的優(yōu)點是無需考慮主板的修訂版本，硬件始終都是可用的狀態(tài)，無需從新連接線路和更改代碼），設(shè)置GIPO 0為輸出通道，并輸出低電平（因為選用的繼電器模式在高電平下為釋放，低電平下吸合），使繼電器觸點處于常閉狀態(tài)，錄音設(shè)備保持有電狀態(tài)。

2.2.2 斷電重啟

通過調(diào)用powerreboot（）函數(shù)，將GPIO 0 通道輸出設(shè)置為高電平，釋放繼電器觸點，斷開設(shè)備電源斷開設(shè)備電源，保持斷電3 s，將GPIO 0 通道輸出設(shè)置為低電平，接通設(shè)備電源，進行設(shè)備重啟。

其中pwoerreboot()函數(shù)中主要調(diào)用了GPIO 模塊的以下幾個主要函數(shù)：

（1）調(diào)用GPIO.setup（0，GPIO.OUT），將GPIO 0通道設(shè)置為輸出模式。

（2）調(diào)用GPIO.output（0，true），將GPIO 0 通道輸出設(shè)置為高電平，斷開設(shè)備電源。

（3）調(diào)用time.sleep（3），讓斷電保持3 s。

（4）調(diào)用GPIO.output（0，false）,將GPIO 0 通道輸出設(shè)置為低電平，接通設(shè)備電源。

2.3 Web 主文件編程要點

編寫web 主文件index.py，將改文件放置于web服務(wù)器根目錄下（即在2.1.2 配置文件設(shè)置的web 根目錄）。

2.3.1 功能

Index.py 文件實現(xiàn)以下幾項主要功能：

（1）導(dǎo)入模塊control.py；（2）用戶登錄校驗；（3）根據(jù)用戶GET 請求，控制GPIO 電平輸出，進行斷電重啟操作。

2.3.2 處理流程

Inder.py 處理流程如圖3 所示。用戶通過訪問web主文件index.py 進入登陸界面，通過密碼認證后，樹莓派開始對GPIO 0 端口進行初始化，并向用戶返回電源重啟操作網(wǎng)頁。當index.py 接收到用戶斷電重啟請求后，調(diào)用powerreboot（）函數(shù)，控制GPIO 端口的輸出電瓶，完成對控制設(shè)備的斷電重啟操作。

3 結(jié)束語

在生產(chǎn)實際運行維護過程中，已多次通過使用樹莓派，對遠程出現(xiàn)死機故障的主機進行斷電重啟，避免了人員趕往變電站現(xiàn)場人工復(fù)位的問題，節(jié)約了故障處理時間和人力資源。與采用智能PDU的技術(shù)方案相比，成本約為前者的1/20，價格優(yōu)勢明顯。缺點是與設(shè)備電源接線稍顯麻煩，且沒有進行工業(yè)化封裝，布線和設(shè)備美觀性上明顯不足。

樹莓派功能強大，設(shè)備運行穩(wěn)定，后續(xù)可進一步進行開發(fā)。比如外接攝像頭，實現(xiàn)對站內(nèi)設(shè)備的圖像監(jiān)控；外接溫濕度傳感器實現(xiàn)溫濕度采集；通過串口對其他運行設(shè)備進行運行工況監(jiān)測和維護等。合理應(yīng)用樹莓派，能給電力通信信息運行維護工作帶來很大便利。

圖3 index.py 處理流程

[1]MAGNUS L H.Python 基礎(chǔ)教程[M].北京：人民郵電出版社，2010：1-3.

[2]SARWAR S M.UNIX 教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：179-180.