Desarrollo de una puerta de enlace IoT basada en Raspberry CM3 +

Figura 1 - Placa de dispositivo

Al parecer, la gran experiencia en el campo de la automatización industrial y el control de procesos debería contribuir al hecho de que con el tiempo ya he visto muchas cosas y sé muchas cosas. Pero ahí estaba. Resulta que a veces pueden surgir tareas y proyectos que son difíciles de implementar utilizando herramientas estándar. Por lo tanto, bajo un gran proyecto sobre monitoreo y gestión en la "nube" de una notoria planta N, fue necesario encontrar hierro adecuado. Sin embargo, resultó que en Rusia, de acuerdo con los requisitos de inmunidad al ruido del dispositivo y la apertura del sistema, no existe nada adecuado. El intento de pedir un dispositivo ideal para nosotros desde el extranjero fracasó, porque es muy difícil introducir equipos marcados como "IoT" a escala industrial en nuestro país. Otros proveedores no acordaron plazos de entrega de 12 semanas con pequeños volúmenes y precios. Por lo tanto, en mi cabeza, la idea de crear mi dispositivo nació y se estableció firmemente. Y de tal manera que fuera universal y adecuado no solo específicamente para este proyecto, sino para muchos otros. Como resultado, ha pasado mucho tiempo desde el momento en que nació la idea, la selección de proveedores y el caso, el desarrollo de la junta, su depuración y prueba, la redacción de instrucciones y documentación técnica. Pero ahora tengo con la emoción en mis manos un dispositivo completamente terminado y en funcionamiento, ¡y puedo decir que lo hicimos!

¿Por qué frambuesa?

Raspberry Pi es un microordenador universal pequeño y económico que se puede configurar de manera flexible para cualquier tarea. Desde 2014, se ha lanzado como un módulo de cómputo independiente del Módulo de cómputo, es decir, de la placa familiar con varias interfaces y conectores, solo queda lo más importante: un procesador, ROM y RAM. Este diseño le permite usar este dispositivo para cualquier tarea concebible e inconcebible, todo depende de la posibilidad de la imaginación para crear un arnés alrededor del módulo. También vale la pena señalar que desde el lanzamiento de la primera versión del dispositivo, ya se han lanzado tres versiones de los módulos, y después del lanzamiento de Raspberry Pi 4, probablemente pueda esperar la cuarta versión en el futuro cercano. Todo esto sugiere que los desarrolladores están desarrollando activamente su producto, aumentando su potencia y velocidad, y que su dispositivo es muy popular entre las personas. Esta popularidad no es infundada: durante todo este tiempo se han establecido como dispositivos confiables capaces de resolver tareas de varios niveles en cualquier condición, incluso en el espacio . También es condicionalmente simple de programar en Raspberry Pi, tienen una gran cantidad de integradores en todo el mundo.

El sistema operativo Linux abierto le permite instalar absolutamente cualquier software en el dispositivo, dependiendo de la tarea requerida. Por ejemplo, para soluciones en el campo de la casa inteligente, es posible acoplar con OpenHab, Home Assistant, iRidiumMobile, NodeRed, etc. ( aquí se puede encontrar un ejemplo de uso de un dispositivo para una casa inteligente). Para la industria, es posible instalar sistemas SCADA, como CODESYS, Rapid SCADA, OpenSCADA con la capacidad de usar el dispositivo como una puerta de enlace para transferir datos al nivel superior utilizando los protocolos MQTT, http, REST API o CoAP. La integración con varios servicios en la nube también es posible.

¿Qué son las interfaces?

Figura 2 - Vista del tablero desde arriba y abajo

El dispositivo en ejecución mínima admite las siguientes interfaces:

• RS485 x 2;
• RS232 x 1;
• CanBus x 1;
• 1 cable x 1;
• USB x 1;
• Ethernet x 1;
• SMA x 2;
• SIM x 1;
• miniPCIe x 2;
• HDMI 4k x 1;
• MicroUSB x 1;
• MicroSD x 1;
• GPIO x 1.
• LED x 1 (programable);

Las interfaces anteriores le permiten implementar el dispositivo en cualquier proyecto. Y los módulos de hardware adicionales para la instalación en ranuras Mini PCI-e de fabricantes externos resuelven el problema con la disponibilidad de comunicación e Internet en el dispositivo. No elegimos este camino con la instalación de módulos de comunicación por accidente, ya que la presencia de adaptadores USB (los llamados "silbatos") no es una opción muy confiable y de alta calidad, e instalar enrutadores industriales como Robustel R2000-3P es costoso (aproximadamente 12 tr .). Por lo tanto, decidimos instalar dos ranuras para módulos Mini PCI-e, que pueden usarse a voluntad:

• Módulo 3G, LTE, GPRS (HUAWEI MU709s-2, precio: 2.5 tr);
• Módulo Wi-Fi con la capacidad de conectarle una antena direccional;
• Módulo NB-IoT;
• Módulo LoraWan para construir la red de Internet de las cosas.

Por lo tanto, existe una cierta variabilidad y flexibilidad en la elección de las interfaces de comunicación adecuadas para una tarea específica.

Soluciones adicionales

• Perro guardián de hardware;
• Reloj de hardware en tiempo real;
• EEPROM de memoria no volátil;
• Caja y tapas metálicas (aluminio de 3 mm);
• Rango de potencia 9-36 V;
• Rango de temperatura -25 ... + 80 ° C (según los documentos, las pruebas aún no se han llevado a cabo).

Figura 3 - Dispositivo AntexGate en el caso

Me gustaría recibir comentarios de expertos. Y tal vez escuche algunos consejos o sugerencias.