Entwicklung eines IoT-Gateways auf Basis von Raspberry CM3 +

Abbildung 1 - Geräteplatine

Eine große Erfahrung im Bereich der industriellen Automatisierung und Prozesssteuerung dürfte dazu beitragen, dass ich im Laufe der Zeit schon viel gesehen habe und viel weiß. Aber da war es. Es stellt sich heraus, dass manchmal Aufgaben und Projekte entstehen, die mit Standardwerkzeugen nur schwer zu realisieren sind. Im Rahmen eines großen Projekts zur Überwachung und Verwaltung in der „Wolke“ eines berüchtigten Werks N war es daher erforderlich, geeignetes Eisen zu finden. Es stellte sich jedoch heraus, dass in Russland gemäß den Anforderungen der Störfestigkeit des Geräts und der Offenheit des Systems nichts Passendes vorhanden ist. Der Versuch, ein für uns ideal geeignetes Gerät aus dem Ausland zu bestellen, schlug fehl, da es sehr schwierig ist, Geräte mit der Aufschrift „IoT“ in industriellem Maßstab in das Gebiet unseres Landes einzuführen. Andere Anbieter haben keine Lieferfristen von 12 Wochen mit geringen Mengen und Preisen vereinbart. Daher war in meinem Kopf die Idee, mein Gerät zu erstellen, geboren und fest verankert. Und so, dass es universell und nicht nur speziell für dieses eine Projekt, sondern für viele andere geeignet war. Infolgedessen verging von der Idee an viel Zeit, von der Auswahl der Lieferanten und des Gehäuses über die Entwicklung des Boards, das Debuggen und Testen bis hin zum Schreiben von Anweisungen und technischen Dokumentationen. Aber jetzt halte ich mit einem Nervenkitzel in meinen Händen ein vollendetes und funktionierendes Gerät, und ich kann sagen, dass wir es geschafft haben!

Warum Himbeere?

Raspberry Pi ist ein kleiner und günstiger Universal-Mikrocomputer, der für jede Aufgabe flexibel konfiguriert werden kann. Seit 2014 ist es als eigenständiges Compute Module-Computing-Modul erhältlich, das heißt von der bekannten Karte mit verschiedenen Schnittstellen und Anschlüssen bleibt nur das Wichtigste übrig: ein Prozessor, ein ROM und ein RAM. Dieses Design ermöglicht es Ihnen, dieses Gerät für alle denkbaren und unvorstellbaren Aufgaben zu verwenden. Es hängt alles von der Möglichkeit der Vorstellungskraft ab, einen Kabelbaum um das Modul herum zu erstellen. Es ist auch erwähnenswert, dass seit der Veröffentlichung der ersten Version des Geräts bereits drei Versionen der Module veröffentlicht wurden und nach der Veröffentlichung des Raspberry Pi 4 wahrscheinlich bald die vierte Version erwartet werden kann. All dies deutet darauf hin, dass Entwickler ihr Produkt aktiv weiterentwickeln, seine Leistung und Geschwindigkeit steigern und dass ihr Gerät bei Menschen sehr beliebt ist. Diese Popularität ist nicht unbegründet: In all dieser Zeit haben sie sich als zuverlässige Geräte etabliert, die in der Lage sind, Aufgaben auf verschiedenen Ebenen unter allen Bedingungen, auch im Weltraum , zu lösen. Es ist auch bedingt einfach, auf dem Raspberry Pi zu programmieren, sie haben eine große Anzahl von Integratoren auf der ganzen Welt.

Mit dem offenen Linux-Betriebssystem können Sie abhängig von der gewünschten Aufgabe absolut jede Software auf dem Gerät installieren. Zum Beispiel ist für Lösungen im Bereich Smart Home das Andocken mit OpenHab, Home Assistant, iRidiumMobile, NodeRed usw. möglich (ein Beispiel für die Verwendung eines Geräts für ein Smart Home finden Sie hier ). Für die Industrie ist es möglich, SCADA-Systeme wie CODESYS, Rapid SCADA, OpenSCADA zu installieren und das Gerät als Gateway für die Übertragung von Daten auf die übergeordnete Ebene mithilfe der Protokolle MQTT, http, REST API oder CoAP zu verwenden. Die Integration mit verschiedenen Cloud-Diensten ist ebenfalls möglich.

Was sind die Schnittstellen?

Abbildung 2 - Ansicht der Platine von oben und unten

Das Gerät in minimaler Ausführung unterstützt die folgenden Schnittstellen:

• RS485 x 2;
• RS232 x 1;
• CanBus x 1;
• 1 Draht 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 (programmierbar);

Über die oben genannten Schnittstellen können Sie das Gerät in ein beliebiges Projekt implementieren. Zusätzliche Hardwaremodule zum Einbau in Mini-PCI-e-Steckplätze von Drittherstellern lösen das Problem der Verfügbarkeit von Kommunikation und Internet auf dem Gerät. Bei der Installation von Kommunikationsmodulen haben wir diese Option nicht gewählt, da das Vorhandensein von USB-Adaptern (so genannte „Whistles“) keine sehr zuverlässige und qualitativ hochwertige Option darstellt und die Installation von Industrieroutern wie dem Robustel R2000-3P teuer ist (ca. 12 tr.) .). Daher haben wir uns entschlossen, zwei Steckplätze für Mini-PCI-e-Module zu installieren, die nach Belieben verwendet werden können:

• 3G, LTE, GPRS-Modul (HUAWEI MU709s-2, Preis: 2,5 tr);
• Wi-Fi-Modul mit der Möglichkeit, eine Richtantenne daran anzuschließen;
• NB-IoT-Modul;
• LoraWan-Modul zum Aufbau eines Internet-of-Things-Netzwerks.

Somit besteht eine gewisse Variabilität und Flexibilität bei der Auswahl der richtigen Kommunikationsschnittstellen für eine bestimmte Aufgabe.

Zusätzliche Lösungen

• Hardware-Watchdog;
• Hardware-Echtzeituhr;
• Nichtflüchtiger Speicher EEPROM;
• Metallgehäuse und Abdeckungen (3 mm Aluminium);
• Leistungsbereich 9-36 V;
• Temperaturbereich -25 ... + 80 ° C (laut Unterlagen wurden noch keine Tests durchgeführt).

Abbildung 3 - AntexGate-Gerät im Gehäuse

Ich möchte Feedback von Experten erhalten. Und vielleicht ein paar Ratschläge oder Vorschläge hören.