EdgeBox-RPI:树莓派的工业现场应用

随着树莓派在 Maker 与 STEAM 领域越来越普及,很多公司开始尝试把树莓派计算平台,用在更多的专业领域。例如深圳欧比特测控有限公司的EdgeBox-RPI,就是国内一款把树莓派部署在工业控制领域的物联网边缘计算机。


(整体造型)

为了达到更好的结构设计与鲁棒性,EdgeBox-RPI没有采用常见的树莓派开发板,而是采用了树莓派发布的CM3+ 计算模块。树莓派3+计算模块核心部分基本与树莓派3+的开发板是兼容的,只是为了更好得抗震,取消了原有的TF卡座设计,转向了板载 eMMC, 同时提供了三种容量,有 8GB、16GB 与 32GB 可选。


(EdgeBox-RPI实物构成)

EdgeBox-RPI 的核心部分包括定制的树莓派公司出品的CM3+, 定制的底板、铝合金外壳,导轨安装支架,配套螺丝等。

系统特性与亮点

大家对树莓派开发板都很熟悉,常用参数例如CPU、内存、USB、网口等这里就不做介绍了,参考相关的文档即可。我们这里谈一下官方的开发板没有,而我们这里设计的亮点。这些设计基于我们十多年来在工业控制的积累与沉淀,把其他一些系统的相关经验与教训移植到了树莓派这个平台上。

供电设计

树莓派原厂厂的供电很简单,比较适合常用桌面的5V电源,例如电脑的USB接口,手机充电器等都可以用。但这带来一个问题,就是不适合在工业现场应用。EdgeBox-RPI为宽电压设计,在10.8V到36伏都可以完美工作。并且加了工业常用的共模滤波器与TVS防静电,以及可恢复保险丝过流保护。

散热与外壳设计

树莓派开发板没有搭配散热片,虽然有很多第三方的散热片可以使用,但上面没有多少空间安装合适的散热片,实验室应用还可以,如果过热会烧毁CPU,或者CPU内部会自动降频,不适合工业现场使用。EdgeBox-RPI 的设计中把CPU直接通过散热硅脂传导到外壳上,而外壳与散热器是一体的,这个硕大的散热片经过实际使用检验,温升很小,不需要风扇即可24小时*7工作。

隔离与保护

板载RS485使用了ADI的ADM2587, 这颗IC 内部集成电源隔离与TVS, 我们外部另外加了可恢复保险丝与二次保护。

CAN-FD

CAN 总线在工业现场,车载设备与各种传感器中有越来越多的应用,MCP2517是microchip公司的CAN控制器,支持最新的CAN-FD协议,最高客户达到8m的总线速度,同时与CAN的收发器之间采用了ADI的磁隔离与独立的隔离电源模块。

实时时钟

为了在断电后保存系统时钟,我们加了RTC模块,配套的大容量法拉电容可以维持大约15天的系统时间。

看门狗

有些客户的无人值守设备,部署在野外或者其他不方便接触的地方,或者对系统鲁棒性要求比较高的地方,看门狗可以保证系统陷入死机之后,进行自动复位,不需要人工干涉。

Mini-PCIe 插座

Mini-PCIe 插座支持常用的移远EC20 4G/LTE模块,Lora SX1301 网关模块以及其他一些第三方的 Zigbee 与UWB通讯与定位模块

加密单元

为了保护客户一些算法,工艺数据与知识产权,板上设计了microchip的 ATECC608 加密芯片。支持椭圆算法,AES,与3DES等加密算法。可能需要签NDA。

总结与展望

经过近一年的现场应用与几十位用户的反馈,欧比特测控发现 EdgeBox-RPI 是一个很稳定的通用计算平台。鉴于有的客户需要软PLC,欧比特测控与一家意大利的公司合作,推出了这个硬件平台的软PLC解决方案。推荐他们与合作伙伴的几个链接,这里有拆解与介绍。

商品链接:
https://www.openembed.com/products/51.html
淘宝链接:
https://item.taobao.com/item.htm?id=603991102464
B站拆解与应用指南:
https://www.bilibili.com/video/BV1dz411B71R



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