Desenvolvimento de um gateway IoT baseado em Raspberry CM3 +

Figura 1 - Placa do dispositivo

Parece que uma grande experiência no campo da automação industrial e dos sistemas de controle de processos deve contribuir para o fato de que, com o tempo, já vi muitas coisas e sei muitas coisas. Mas lá estava. Acontece que, às vezes, podem surgir tarefas e projetos difíceis de implementar usando ferramentas padrão. Assim, em um grande projeto de monitoramento e gerenciamento na “nuvem” de uma planta notória N, era necessário encontrar ferro adequado. No entanto, na Rússia, de acordo com os requisitos de imunidade a ruídos do dispositivo e a abertura do sistema, não existe nada adequado. Uma tentativa de solicitar um dispositivo ideal para nós do exterior falhou, porque é muito difícil introduzir equipamentos marcados como "IoT" no território do nosso país em escala industrial. Outros fornecedores não organizaram períodos de entrega de 12 semanas com pequenos volumes e preços. Portanto, na minha cabeça, nasceu a ideia de criar meu dispositivo e firmemente estabelecida. E tal que era universal e adequado não apenas especificamente para este projeto, mas para muitos outros. Como resultado, muito tempo se passou desde o momento em que a idéia nasceu, a seleção de fornecedores e o caso, o desenvolvimento do conselho, sua depuração e teste, a redação de instruções e a documentação técnica. Mas agora eu seguro com uma emoção nas mãos um dispositivo totalmente acabado e funcional, e posso dizer que conseguimos!

Por que framboesa?

O Raspberry Pi é um microcomputador universal pequeno e barato que pode ser configurado de forma flexível para qualquer tarefa. Desde 2014, ele é lançado como um módulo de computação independente do Compute Module, ou seja, da placa familiar com várias interfaces e conectores, apenas o mais importante permanece: um processador, ROM e RAM. Esse design permite que você use este dispositivo para qualquer tarefa concebível e inconcebível; tudo depende da possibilidade da imaginação criar um chicote de fios ao redor do módulo. Também é importante notar que, desde o lançamento da primeira versão do dispositivo, três versões dos módulos já foram lançadas e, após o lançamento do Raspberry Pi 4, você provavelmente pode esperar a quarta versão em um futuro próximo. Tudo isso sugere que os desenvolvedores estão desenvolvendo ativamente seu produto, aumentando sua potência e velocidade, e que seu dispositivo é muito popular entre as pessoas. Essa popularidade não é infundada: durante todo esse tempo eles se estabeleceram como dispositivos confiáveis, capazes de resolver tarefas de vários níveis, em qualquer condição, inclusive no espaço . Também é condicionalmente simples de programar no Raspberry Pi, pois eles têm um grande número de integradores em todo o mundo.

O sistema operacional Linux aberto permite instalar absolutamente qualquer software no dispositivo, dependendo da tarefa necessária. Por exemplo, para soluções no campo de casa inteligente, é possível encaixar no OpenHab, Home Assistant, iRidiumMobile, NodeRed etc. (um exemplo de uso de um dispositivo para uma casa inteligente pode ser encontrado aqui ). Para a indústria, é possível instalar sistemas SCADA, como CODESYS, Rapid SCADA, OpenSCADA, com a capacidade de usar o dispositivo como um gateway para transferir dados para o nível superior usando os protocolos MQTT, http, REST API ou CoAP. A integração com vários serviços em nuvem também é possível.

Quais são as interfaces?

Figura 2 - Vista do quadro de cima e de baixo

O dispositivo em execução mínima suporta as seguintes interfaces:

• RS485 x 2;
• RS232 x 1;
• CanBus x 1;
• 1 fio 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 (programável);

As interfaces acima permitem implementar o dispositivo em qualquer projeto. E módulos de hardware adicionais para instalação nos slots Mini PCI-e de fabricantes terceirizados resolvem o problema com a disponibilidade de comunicação e Internet no dispositivo. Não escolhemos esse caminho com a instalação de módulos de comunicação, uma vez que a presença de adaptadores USB (os chamados "apitos") não é uma opção muito confiável e de alta qualidade, e a instalação de roteadores industriais como o Robustel R2000-3P é cara (cerca de 12 tr .). Portanto, decidimos instalar dois slots para os módulos Mini PCI-e, que podem ser usados ​​à vontade:

• Módulo 3G, LTE, GPRS (HUAWEI MU709s-2, preço: 2,5 tr);
• Módulo Wi-Fi com a capacidade de conectar uma antena direcional a ele;
• Módulo NB-IoT;
• Módulo LoraWan para construção da rede Internet das Coisas.

Assim, existe uma certa variabilidade e flexibilidade na escolha das interfaces de comunicação corretas para uma tarefa específica.

Soluções adicionais

• Cão de guarda de hardware;
• Relógio de hardware em tempo real;
• Memória não volátil EEPROM;
• Caixa e tampas de metal (alumínio de 3 mm);
• Faixa de potência 9-36 V;
• Faixa de temperatura -25 ... + 80 ° C (de acordo com os documentos, os testes ainda não foram realizados).

Figura 3 - Dispositivo AntexGate no caso

Gostaria de receber feedback de especialistas. E talvez ouça alguns conselhos ou sugestões.