Чем заменить Raspberry PI в промышленности?
Если коротко, то речь пойдет о промышленном ПК на основе Raspberry CM4 — это абсолютный аналог Raspberry Pi4 в промышленном исполнении с надёжной eMMC от Samsung и полной программно-аппаратной совместимостью.
Одну статью мы закончили фразой: «Надеемся, что мы вдохновим читателей на переработку Ваших личных проектов в более масштабное производство с коммерческими перспективами.»
В этой статье мы расскажем о продолжении этой истории и что мы имеем на сегодняшний день.
Глава 1 Небольшие трудности
После пандемии начался великий дефицит на устройства Raspberry CM3+, а потом их и вовсе сняли с производства, что сильно нас не поломало. Мы нашли моментальный выход в виде китайского качественного переходника Raspberry CM3-CM4, тем самым клиенты получили лучшие технические характеристики, а мы время на переход к новому форм-фактору.
Переходник CM3-CM4
Еще одной проблемой была замена корпуса с Китайского Gainta на собственный, в связи с тем же дефицитом и тяжёлой логистикой (дорого возить куски металла) из Китая. Было решено покончить с этой коробкой.
Корпус Gainta — крепкий, но дефицитный.
Спустя несколько недель корпус получился, а идею крепления на DIN рейку/панель взяли у Moхи.
Первая версия устройства в новом корпусе.
Глава 2. Пора переезжать на новую платформу.
Собрав обратную связь от текущих клиентов, специалистов АСУ ТП и остальных диванных критиков, мы выделили следующие недостатки в первой версии:
1. Необходима гальваническая развязка RS485 портов.
2. Необходимо два LAN порта для создания киберзащищенных шлюзов между низким и высоким уровнем.
3. Малый объем оперативной памяти 1Gb в некоторых случаях (установка Касперского, VipNet и другая большая обработка данных)
4. Отсутствие дополнительного хранилища данных кроме внешней USB флешки.
5. Нехватка питания для мощных периферийных модемов.
6. Отсутствие дискретных входов\выходов.
Решено было оставаться на обновленной Raspberry CM4, это устройство сразу решало несколько наших недостатков, а именно ОЗУ до 8GB, WIFI сразу на борту, есть MPCI-E линия для SSD диска, инфраструктура под 1GB Ethernet и самое главное это всемирное сообщество, поддерживающее этот продукт.
В интернете много готовых программах продуктов и исходников для Raspberry.
Самое главное, что клиенту нет необходимости предварительно приобретать такое устройство и можно весь софт писать и тестировать на настольной Raspberry PI и даже целиком перенести слепок на AntexGate c помощью Win32DiskImager.
Инженеру больше не нужно краснеть перед руководством, объясняя, что на этой малинке можно собрать все что угодно, малина — это как-то по-детски, а тут железяка черная — красота!
Накидали функциональную схему и начал тянуться долгий год разработки и отладки.
Функциональная схема нового устройства
И вот, наконец, поле нескольких подходов плата получилась и работает безупречно, питание не скачет, все нагрузки выдерживает.
RS485 мы конечно развязали, предусмотрели возможность демонтажа гальваники, когда это критически необходимо, получили два LAN порта 1Gb/s и 100Mb/s и более того добавили возможность питания от любого passive POE-инжектора.
По традиции набор интерфейсов 2xRS485/1xRS232/1×1Wire/1xCAN/2xUSB/1xHDMI/2xSMA, самое главное появились дискретные каналы: 4 входа 9–48В развязанные оптопарами, 3 выхода: 2-реле и 1-оптопара.
Также оставили очень полезные вещи: RTC часы, аппаратный watchdog, MPCI-e разъем для модема, двухцветный программируемый светодиод, которым можно поморгать либо настроить для внешнего визуального осмотра состояния прибора (зеленый/желтый/красный).
С диском m.2 получилось все достаточно хорошо и одна линия MPCI-e выдает свои стабильные 300Mb/s на чтение и 300Mb/s на запись. Теперь уже можно хранить огромные базы данных, использовать как тонкий клиент, загрузить медиа контент, хранить и обрабатывать фото и видеофайлы.
Питание для устройства сделали с запасом и в широком диапазоне от 9 до 48В. У каждого инженера найдется блок питания в таком диапазоне. Отдельно для периферийных устройств реализовали понижающий импульсный источник питания в пределах 5А для дисков NVME + модем одновременно.
Плата сверху с вычислительным модулем Raspberry CM4
Плата снизу с периферийными устройствами
Корпус решили оставить в прежнем исполнении за исключением нескольких технических решений, а именно выкинуть крепежные стойки для платы. Вместо стоек мы отогнули 4 уха и нарезали в них резьбу, таким образом в одном цикле мы получаем 2 готовые железяки к сборке.
Корпус из стали 0.7 мм порошковая покраска.
Составные части устройства.
У нас получился компьютер для встраиваемых систем и действительно безотказный! Всем «дедам» назло.
Изображение устройства со стороны подключения промышленных интерфейсов
Изображение устройства со стороны стандартных интерфейсов
Шутки в сторону — мы ведь серьезная организация!
Всем кто дочитал до конца мы готовы предоставить устройство на тестирование.
Подробная инструкция и обсуждение в Telegram.
