RaspberryPiでミニPCを遠隔操作する 2 ー PiKVM自作・ミニPCの改造

はじめにミニPCの改造 PiKVMの電源制御機能を使う際の問題ミニPCの調査電源スイッチ信号の取り出し作業電源制御回路の制作 USBケーブルの加工システム全体の接続映像入力電源制御機能 USB制御（マウス・キーボード）まとめ参考サイト

はじめに

本記事ではPiKVMの構築手順について説明していきます。前回の記事で揃えた部品を使用して、実際の組み立てを行っていきます。

不明点は公式ハンドブック（https://docs.pikvm.org/v2/）を併せて参照してください。

ミニPCの改造

PiKVMの電源制御機能を使う際の問題

PiKVMの電源制御機能を使うためには、デスクトップPCのマザーボードのピンに繋いである電源スイッチ（電源SW）用のケーブル2本の信号を分岐してくる必要があります。この2本の信号線を短絡すると電源スイッチが押されたことになるので、別途作る制御回路を使ってラズパイのGPIOから制御することで、電源スイッチがラズパイから擬似的に操作できるようになります。

ミニPCの場合はマザボから電源SWに繋がっているケーブルが存在しないので普通はこの機能が使えないのですが、今回はどうにか頑張ってミニPCの電源制御信号の取り出しにトライしてみようと思います。

ミニPCの調査

手元のミニPCを分解して確認してみると、電源ボタンの裏側にタクトスイッチが実装されていました（写真参照）。当初の考えとしてはタクトスイッチの端子から信号を抜き出す予定だったのですが、恐らく表面実装になっていて表に端子が出ていませんでした。

タクトスイッチの上部に金属部分が2つ出ているのですが、もしやと思いテスターを使って調べてみたところタクトスイッチを押した際に導通したので、端子の信号がそのまま上部の金属部分にも繋がっているみたいです。

ということでこのタクトスイッチ上部の金属部分から無理やり電源スイッチ信号を取り出すことにします。

⚠️

注意事項

この改造によってメーカー保証は恐らく無効になります。また、改造に失敗したら最悪の場合PCが故障するので、もし同じことをするのであれば全て自己責任で実施してください。

電源スイッチ信号の取り出し作業

配線の接続
タクトスイッチの上に出ている金属部分に頑張って単芯の被覆電線をはんだ付けします。はんだ付けを想定した端子ではなくはんだが乗りづらいので、予備はんだをしつつどうにか接続します。電線をハンダ付けできたら、電源スイッチを押した際に電線同士がきちんと導通するかをテスターでチェックします。
電源SWに導線をはんだ付け
外部への配線取り出し
導線をケースの排気口から外に出します。このままでは電線を引っ張った瞬間に外れてしまうので2箇所をホットボンドで固めます。はんだ付け部分とケースから外に出る所を固めることで、外から電線を引っ張った際にスイッチ側にテンションが掛からないようにします。
ホットボンドを2箇所で固める
この後で使いやすいように、電線の先にピンヘッダをはんだ付けします。熱収縮チューブではんだ付けした根元を隠しておきます。
電線の先にピンヘッダをはんだ付け

電源制御回路の制作

電源スイッチ信号をコントロールするための制御回路を作成します。

作成する回路図を以下に示します：

メインとなる部品はフォトリレーという素子で、この素子の入力側に信号を入れると出力側が導通します。一般的なフォトカプラと違って双方向に電流を流せるので出力側の極性は無視して問題ありません。

使う素子はフォトリレー1個と抵抗1個だけなので、簡易的にミニブレッドボード上に回路を組んでしまいます。この回路によって、ラズパイのGPIO23ピンを制御することでPCの電源スイッチを操作できるようになります。

USBケーブルの加工

USB-CのY字スプリッタケーブルのデータ側にUSB Type-C to Type-Aケーブルを差してPCに接続するのですが、このままだとラズパイと接続先PCの両方からUSBの電源ライン(VBUS)に5Vが供給されてしまうため、どこかでUSBのVBUS信号線をカットする必要があります。

そこで、USB Type-C to Type-Aケーブルを加工して電源がカットされたケーブルを作成します。方法としては、USBケーブルの被覆を剥いてVBUS線（恐らく赤色の線）を切断したものを作るだけです。ただしケーブルの再利用性を考えるとこの方法は微妙なので、USBケーブルとPC間に挟み込んで使う電源カット基板的なものを、オス・メスのUSBコネクタを買ってきて作った方がいいかもしれません。

（綺麗に作れなかったので加工したケーブルの写真は省略）

システム全体の接続

作成した電源制御回路とその他購入したパーツを使って、ラズパイをミニPCと以下の図のように接続します。

graph LR
  B <-- 電源カット済み<br/>USB C-Aケーブル --> PcUsb
  C <--> AC[USB-C 電源アダプタ]
  subgraph pc[制御対象PC]
	  PcUsb[USB TypeA ポート]
	  PcHdmi[HDMIポート]
	  PcPwrSw[電源スイッチ信号]
  end
  subgraph RasPi[ラズパイ4]
	  RasPiC["USB-C ポート"]
	  RasPiCsi["CSIポート"]
	  RasPiGpioPins[GPIOポート]
  end
  subgraph Splitter[USB-C Y字ケーブル]
	  direction LR
	  A[USB-C オス]
	  A -- データ--> B[USB-C メス]
	  A -- 電源 --> C[USB-C メス]
  end
	RasPiC <--> A
  subgraph HdmiModule[CSI-HDMIモジュール]
	  direction LR
	  HdmiModuleCSI[CSIポート]
	  HdmiModuleHdmi[HDMIポート]
	  HdmiModuleCSI ~~~ HdmiModuleHdmi
  end
  RasPiCsi -- フラットケーブル --> HdmiModuleCSI
  HdmiModuleHdmi --> PcHdmi
  subgraph PowerController[電源制御回路]
	  PwrInput[信号入力]
	  PwrOutput[フォトリレー出力]
	  PwrInput　~~~ PwrOutput
  end
  RasPiGpioPins -- GND --> PwrInput
  RasPiGpioPins -- GPIO23 --> PwrInput
  PwrOutput --> PcPwrSw
  PwrOutput --> PcPwrSw

各コンポーネントの接続関係

すべて接続すると、次の写真のようになります。