Développement d'une passerelle IoT basée sur Raspberry CM3 +

Figure 1 - Carte de périphérique

Une grande expérience dans le domaine de l'automatisation industrielle et du contrôle de processus devrait, semble-t-il, contribuer au fait qu'au fil du temps, j'ai déjà vu beaucoup de choses et je connais beaucoup de choses. Mais ça y était. Il s'avère que parfois des tâches et des projets peuvent survenir et sont difficiles à mettre en œuvre à l'aide d'outils standard. Ainsi, dans le cadre d'un grand projet de surveillance et de gestion dans le «nuage» d'une plante notoire N, il a fallu trouver du fer adapté. Cependant, il s'est avéré qu'en Russie, selon les exigences de l'immunité au bruit de l'appareil et de l'ouverture du système, rien de convenable n'existe. Une tentative de commande d'un appareil qui nous convenait parfaitement à l'étranger a échoué, car il est très difficile d'introduire dans notre pays un équipement marqué «IoT» à l'échelle industrielle. D'autres fournisseurs n'ont pas organisé de délais de livraison de 12 semaines avec de petits volumes et prix. Par conséquent, dans ma tête, l'idée de créer mon appareil est née et s'est fermement établie. Et tel qu'il était universel et convenait non seulement spécifiquement pour ce seul projet, mais pour de nombreux autres. En conséquence, beaucoup de temps s'est écoulé depuis la naissance de l'idée, la sélection des fournisseurs et du boîtier, le développement de la carte, son débogage et ses tests, la rédaction d'instructions et la documentation technique. Mais maintenant, je tiens avec un frisson dans les mains un appareil entièrement fini et fonctionnel, et je peux dire que nous l'avons fait!

Pourquoi la framboise?

Le Raspberry Pi est un petit micro-ordinateur universel bon marché qui peut être configuré de manière flexible pour n'importe quelle tâche. Depuis 2014, il est sorti en tant que module de calcul Compute Module indépendant, c'est-à-dire, à partir de la carte familière avec diverses interfaces et connecteurs, il ne reste que le plus important: un processeur, une ROM et une RAM. Cette conception vous permet d'utiliser cet appareil pour toutes les tâches imaginables et inconcevables, tout dépend de la possibilité d'imagination pour créer un harnais autour du module. Il convient également de noter que depuis la sortie de la première version de l'appareil, trois versions des modules ont déjà été publiées, et après la sortie du Raspberry Pi 4, vous pouvez probablement vous attendre à la quatrième version dans un avenir proche. Tout cela suggère que les développeurs développent activement leur produit, augmentent sa puissance et sa vitesse, et que leur appareil est très populaire parmi les gens. Cette popularité n'est pas sans fondement: pendant tout ce temps, ils se sont imposés comme des appareils fiables capables de résoudre des tâches de différents niveaux dans toutes les conditions, même dans l'espace . Il est également conditionnellement simple à programmer sur le Raspberry Pi, ils disposent d'un grand nombre d'intégrateurs à travers le monde.

Le système d'exploitation Linux ouvert vous permet d'installer absolument n'importe quel logiciel sur l'appareil, en fonction de la tâche requise. Par exemple, pour des solutions dans le domaine de la maison intelligente, un amarrage avec OpenHab, Home Assistant, iRidiumMobile, NodeRed, etc. est possible (un exemple d'utilisation d'un appareil pour une maison intelligente peut être trouvé ici ). Pour l'industrie, il est possible d'installer des systèmes SCADA, tels que CODESYS, Rapid SCADA, OpenSCADA avec la possibilité d'utiliser l'appareil comme passerelle pour transférer des données vers le niveau supérieur à l'aide des protocoles MQTT, http, REST API ou CoAP. L'intégration avec divers services cloud est également possible.

Quelles sont les interfaces?

Figure 2 - Vue de la carte de dessus et de dessous

Le périphérique en exécution minimale prend en charge les interfaces suivantes:

• RS485 x 2;
• RS232 x 1;
• CanBus x 1;
• 1 fil 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 (programmable);

Les interfaces ci-dessus vous permettent d'implémenter l'appareil dans n'importe quel projet. Et des modules matériels supplémentaires pour l'installation dans des emplacements Mini PCI-e de fabricants tiers résolvent le problème de la disponibilité de la communication et d'Internet sur l'appareil. Nous n'avons pas choisi un tel moyen avec l'installation de modules de communication, car la présence d'adaptateurs USB (les soi-disant «sifflets») n'est pas une option très fiable et de haute qualité, et l'installation de routeurs industriels comme Robustel R2000-3P coûte cher (environ 12 tr .). Par conséquent, nous avons décidé d'installer deux emplacements pour les modules Mini PCI-e, qui peuvent être utilisés à volonté:

• Module 3G, LTE, GPRS (HUAWEI MU709s-2, prix: 2,5 tr);
• Module Wi-Fi avec la possibilité d'y connecter une antenne directionnelle;
• Module NB-IoT;
• Module LoraWan pour la construction du réseau Internet des objets.

Ainsi, il existe une certaine variabilité et flexibilité dans le choix des bonnes interfaces de communication pour une tâche spécifique.

Solutions complémentaires

• Chien de garde matériel;
• Horloge matérielle en temps réel;
• EEPROM de mémoire non volatile;
• Boîtier et couvercles en métal (aluminium 3 mm);
• Plage de puissance 9-36 V;
• Plage de température -25 ... + 80 ° C (selon les documents, les tests n'ont pas encore été effectués).

Figure 3 - Dispositif AntexGate dans le boîtier

J'aimerais recevoir des commentaires d'experts. Et peut-être entendre des conseils ou des suggestions.