Computer Edge basato su Seeedstudio EdgeBox-RPI-200 EC25 Raspberry PI CM4

Cronologia delle revisioni 

Revisione	Data	Cambiamenti
1.0	Numero di telefono: 17-08-2022	Creato
2.1	Numero di telefono: 13-01-2022	Avviso di modifica del prodotto

Avviso di modifica del prodotto:

Nell'ambito del nostro processo di miglioramento continuo, abbiamo apportato le seguenti modifiche alla versione hardware D.
C'è un impatto sul software a causa di questa modifica.

• CP2104->CH9102F
• USB2514B->CH334U
• CP2105->CH342F
• La descrizione in Linux è stata modificata:
  • ttyUSB0-> ttyACM0
  • ttyUSB1-> ttyACM1
  • MCP79410->PCF8563ARZ
  • L'indirizzo del nuovo RTC è 0x51.

Introduzione

EdgeBox-RPI-200 è un robusto controller Edge Computing senza ventola con modulo computer Raspberry Pi 4 (CM4) per ambienti industriali difficili. Può essere utilizzato per connettere le reti di campo con applicazioni cloud o IoT. È stato progettato da zero per affrontare le sfide delle applicazioni robuste a prezzi competitivi, ideale per piccole imprese o piccoli ordini con esigenze multilivello.

Caratteristiche

• Telaio in alluminio all'avanguardia per ambienti difficili
• Dissipatore di calore passivo integrato
• Presa mini PCIe integrata per modulo RF, come 4G, WI-FI, Lora o Zigbee
• Fori per antenna SMA x2
• Chip di crittografia ATECC608A
• Watchdog hardware
• RTC con supercondensatore
• Terminale DI&DO isolato
• Supporto per guida DIN da 35 mm
• Ampia alimentazione da 9 a 36V DC
• Opzionale: UPS con SuperCap per uno spegnimento sicuro*
• Raspberry Pi CM4 WiFi integrato da 2.4 GHz, 5.0 GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac dotato**
• Raspberry Pi CM4 Bluetooth 5.0 integrato, dotato di BLE**

Queste caratteristiche rendono EdgeBox-RPI-200 progettato per una facile configurazione e una rapida implementazione per applicazioni industriali tipiche, come il monitoraggio dello stato, la gestione delle strutture, la segnaletica digitale e il controllo remoto dei servizi pubblici. Inoltre, si tratta di una soluzione gateway intuitiva con ARM Cortex A4 a 72 core e la maggior parte dei protocolli di settore può far risparmiare sui costi di implementazione totali, compresi i costi di cablaggio dell'alimentazione elettrica, e contribuire a ridurre i tempi di implementazione del prodotto. Il suo design ultraleggero e compatto è la risposta per le applicazioni in ambienti con spazi ristretti e garantisce che possa funzionare in modo affidabile in una varietà di ambienti estremi, comprese le applicazioni a bordo di veicoli.

NOTA: Per la funzione UPS contattateci per ulteriori informazioni. Le funzionalità WiFi e BLE sono disponibili nelle versioni da 2 GB e 4 GB.

Interfacce

1. Connettore fenice multifunzione
2. Connettore Ethernet
3. 2.0 porte USB 2
4. Cavo HDMI
5. LED2
6. LED1
7. Antenna SMA1
8. Console (USB tipo C)
9. Slot per scheda SIM
10. Antenna SMA2

Connettore fenice multifunzione

Nota	Nome funzione	SPILLO #	SPILLO#	Nome funzione	Nota
	ENERGIA	1	2	Terra
	RS485_A	3	4	RS232_RX
	Rs485_b	5	6	RS232_TX
	RS485_GND	7	8	RS232_GND
	DI0-	9	10	DO0_0
	DI0+	11	12	DO0_1
	DI1-	13	14	DO1_0
	DI1+	15	16	DO1_1

NOTA: Si consigliano cavi da 24 a 16 awg

Diagramma a blocchi

Il nucleo di elaborazione dell'EdgeBox-RPI-200 è una scheda Raspberry CM4. Una scheda base specifica implementa le funzionalità specifiche. Fare riferimento alla figura successiva per lo schema a blocchi.

Installazione

Montaggio

EdgeBox-RPI-200 è previsto per due supporti a parete, oltre a uno con guida DIN da 35 mm. Fare riferimento alla figura successiva per l'orientamento di montaggio consigliato.

Connettori e interfacce

Alimentazione elettrica

Codice PIN#	Segnale	Descrizione
1	ALIMENTAZIONE_IN	DC 9-36V
2	Terra	Terra (potenziale di riferimento)

Il segnale PE è opzionale. Se non sono presenti EMI, la connessione PE può rimanere aperta.

Porta seriale (RS232 e RS485)

Codice PIN#	Segnale	Descrizione
4	RS232_RX	Linea di ricezione RS232
6	RS232_TX	Linea di trasmissione RS232
8	Terra	Terra (potenziale di riferimento)

Codice PIN#	Segnale	Descrizione
3	RS485_A	Linea differenza RS485 alta
5	Rs485_b	Linea differenza RS485 bassa
7	RS485_GND	RS485 Terra (isolata da GND)

Codice PIN#	Segnale del terminale	PIN Livello di attivo	PIN del GPIO da BCM2711	NOTA
09	DI0-	ALTO	GPIO17
11	DI0+
13	DI1-	ALTO	GPIO27
15	DI1+
10	DO0_0	ALTO	GPIO23
12	DO0_1
14	DO1_0	ALTO	GPIO24
16	DO1_1

NOTA:

NOTA: 

1. DC volumetage per l'ingresso è 24 V (+- 10%).
2. DC volumetage per l'uscita dovrebbe essere inferiore a 60 V, la capacità corrente è 500 mA.
3. Il canale 0 e il canale 1 di ingresso sono isolati tra loro
4. Il canale 0 e il canale 1 dell'uscita sono isolati tra loro

Cavo HDMI

Direttamente collegato alla scheda Raspberry PI CM4 con array TVS.

Etereo

L'interfaccia Ethernet è la stessa del Raspberry PI CM4,10, supportata 100/1000/XNUMX-BaseT, disponibile tramite il jack modulare schermato. Per il collegamento a questa porta è possibile utilizzare un cavo a doppino intrecciato o un cavo a doppino intrecciato schermato.

HOST USB

Sono presenti due interfacce USB sul pannello dei connettori. Le due porte condividono lo stesso fusibile elettronico.

NOTA: La corrente massima per entrambe le porte è limitata a 1000 mA.

Console (USB tipo C)

Il design della console utilizzava un convertitore USB-UART, la maggior parte dei sistemi operativi del computer dispone del driver, in caso contrario, il collegamento seguente potrebbe essere utile: Questa porta viene utilizzata come console Linux predefinita. È possibile accedere al sistema operativo utilizzando le impostazioni di 115200,8n1 (Bit: 8, Parità: Nessuna, Bit di stop: 1, Controllo di flusso: Nessuno). È necessario anche un programma terminale come Putty. Il nome utente predefinito è pi e la password è raspberry.

GUIDATO

EdgeBox-RPI-200 utilizza due LED bicolore verde/rosso come indicatori esterni.

LED1: verde come indicatore di alimentazione e rosso come eMMC attivo.

LED2: verde come indicatore 4G e rosso come led programmabile dall'utente collegato a GPIO21, attivo basso, programmabile.

EdgeBox-RPI-200 utilizza anche due LED di colore verde per il debug.

Connettore SMA

Sono presenti due fori per il connettore SMA per le antenne. I tipi di antenna dipendono molto da quali moduli sono inseriti nella presa Mini-PCIe. ANT1 è utilizzato per impostazione predefinita per la presa Mini-PCIe e ANT2 è per il segnale WI-FI interno dal modulo CM4.

NOTA: Le funzioni delle antenne non sono fisse, potrebbero essere adattate per coprire altri usi.

Slot per scheda NANO SIM (opzionale)

La scheda SIM è necessaria solo in modalità cellulare (4G, LTE o altre basate sulla tecnologia cellulare).

NOTA: 

1. È accettata solo la carta NANO Sim, prestare attenzione alle dimensioni della carta.
2. La scheda SIM NANO viene inserita con il chip lato superiore.

Mini-PCIe

L'area arancione è la posizione approssimativa della scheda aggiuntiva Mini-PCIe, è necessaria solo una vite m2x5.

La tabella seguente mostra tutti i segnali. Sono supportate schede Mini-PCIe di dimensioni standard.

Pinout: 

Segnale	SPILLO#	SPILLO#	Segnale
	1	2	4G_PWR
	3	4	Terra
	5	6	USIM_PWR
	7	8	USIM_PWR
Terra	9	10	DATI_USIM
	11	12	USIM_CLK
	13	14	USIM_RESET#
Terra	15	16
	17	18	Terra
	19	20
Terra	21	22	PERST#
	23	24	4G_PWR
	25	26	Terra
Terra	27	28
Terra	29	30	UART_PCIE_TX
	31	32	UART_PCIE_RX
	33	34	Terra
Terra	35	36	USB_DM
Terra	37	38	USB_DP
4G_PWR	39	40	Terra
4G_PWR	41	42	4G_LED
Terra	43	44	USIM_DET
SPI1_SCK	45	46
SPI1_MISO	47	48
SPI1_MOSI	49	50	Terra
SPI1_SS	51	52	4G_PWR

NOTA: 

1. Tutti i segnali vuoti sono NC (non collegati).
2. 4G_PWR è l'alimentatore individuale per la scheda Mini-PCIe. Può essere spento o acceso dal GPIO6 di CM4, il segnale di controllo è attivo alto.
3. Il segnale 4G_LED è collegato internamente al LED2, fare riferimento alla sezione 2.2.8.
4. I segnali SPI1 vengono utilizzati solo per la scheda LoraWAN, come WM1302.

M.2

EdgeBox-RPI-200 è dotato di una presa M.2 di tipo M KEY. È supportata SOLO la scheda SSD NVME di dimensione 2242, NON mSATA.

Driver e interfacce di programmazione

GUIDATO

È un LED utilizzato come indicatore utente, fare riferimento a 2.2.8. Utilizzare LED2 come example per testare la funzione.

• $ sudo -i #abilita i privilegi dell'account root
• $ cd /sys/class/gpio
• $ echo 21 > export #GPIO21 che è il LED utente di LED2
• $ cd gpio21
• $ echo out > direzione
• $ echo 0 > valore # accende il LED utente, LOW attivo
  OR
• $ echo 1 > valore # spegne il LED utente

Porta seriale (RS232 e RS485)

Nel sistema sono presenti due porte seriali individuali. /dev/ ttyACM1 come porta RS232 e /dev/ ttyACM0 come porta RS485. Utilizzare RS232 come examplui.

$ pitone
>>> importa seriale
>>> ser=serial.Serial('/dev/ttyACM1',115200,timeout=1) >>> ser.isOpen()
VERO
>>> ser.isOpen()
>>> ser.write('1234567890')

10

Cellulare su Mini-PCIe (opzionale)

Usa Quectel EC20 come example e seguire i passaggi:

1. Inserire l'EC20 nella presa Mini-PCIe e la scheda micro SIM nel relativo slot, collegare l'antenna.
2. Accedi al sistema tramite console utilizzando pi/raspberry.
3. Accendere la presa Mini-PCIe e rilasciare il segnale di ripristino.

 

• $ sudo -i #abilita i privilegi dell'account root
• $ cd /sys/class/gpio
• $ echo 6 > esporta #GPIO6 che è il segnale POW_ON
• $ echo 5 > esporta #GPIO5 che è il segnale di ripristino
• $ cd gpio6
• $ echo out > direzione
• $ echo 1 > valore # accende l'alimentazione di Mini PCIe
  E
• $ cd gpio5
• $ echo out > direzione
• $ echo 1 > valore # rilascia il segnale di ripristino di Mini PCIe

NOTA: Quindi il LED del 4G inizia a lampeggiare.

Controlla il dispositivo:

$lsusb

Bus 001 Dispositivo 005: ID 2c7c:0125 Quectel Wireless Solutions Co., Ltd. Modem EC25 LTE

$ dmesg

[185.421911] usb 1-1.3: nuovo dispositivo USB ad alta velocità numero 5 utilizzando dwc_otg
[ 185.561937] usb 1-1.3: nuovo dispositivo USB trovato, idVendor=2c7c, idProduct=0125, bcdDevice= 3.18
[185.561953] usb 1-1.3: nuove stringhe dispositivo USB: Mfr = 1, prodotto = 2, numero di serie = 0
[185.561963] USB 1-1.3: Prodotto: Android
[185.561972] USB 1-1.3: Produttore: Android
[185.651402] usbcore: registrato il nuovo driver di interfaccia cdc_wdm
[ 185.665545] usbcore: registrata la nuova opzione del driver di interfaccia
[ 185.665593] usbserial: supporto seriale USB registrato per modem GSM (1 porta)
[ 185.665973] opzione 1-1.3:1.0: convertitore modem GSM (1 porta) rilevato
[ 185.666283] usb 1-1.3: convertitore modem GSM (1 porta) ora collegato a ttyUSB2 [ 185.666499] opzione 1-1.3:1.1: convertitore modem GSM (1 porta) rilevato
[ 185.666701] usb 1-1.3: convertitore modem GSM (1 porta) ora collegato a ttyUSB3 [ 185.666880] opzione 1-1.3:1.2: convertitore modem GSM (1 porta) rilevato
[ 185.667048] usb 1-1.3: convertitore modem GSM (1 porta) ora collegato a ttyUSB4 [ 185.667220] opzione 1-1.3:1.3: convertitore modem GSM (1 porta) rilevato
[ 185.667384] usb 1-1.3: convertitore modem GSM (1 porta) ora collegato a ttyUSB5 [ 185.667810] qmi_wwan 1-1.3:1.4: cdc-wdm0: dispositivo WDM USB
[ 185.669160]qmi_wwan 1-1.3:1.4 wwan0: registra 'qmi_wwan' su usb-3f980000.usb-1.3, dispositivo WWAN/QMI,xx:xx:xx:xx:xx:xx
NOTA: xx:xx:xx:xx:xx: xx è l'indirizzo MAC

$ ifconfig -a
…… wwan0: flags=4163 mtu 1500
inet 169.254.69.13 netmask 255.255.0.0 broadcast 169.254.255.255 inet6 fe80::8bc:5a1a:204a:1a4b prefixlen 64 scopeid 0x20 ether 0a:e6:41:60:cf:42 txqueuelen 1000 (Ethernet)
Pacchetti RX 0 byte 0 (0.0 B)
Errori RX 0 eliminati 0 superamenti 0 frame 0
Pacchetti TX 165 byte 11660 (11.3 KiB)
Errori TX 0 interrotti 0 superamenti 0 portanti 0 collisioni 0

Come utilizzare il comando AT

$ miniterm — Porte disponibili:

• 1: /dev/ttyACM0 "USB doppia_seriale"
• 2: /dev/ttyACM1 "USB doppia_seriale"
• 3: /dev/ttyAMA0 'ttyAMA0'
• 4: /dev/ttyUSB0 "Android"
• 5: /dev/ttyUSB1 "Android"
• 6: /dev/ttyUSB2 "Android"
• 7: /dev/ttyUSB3 "Android"

Inserisci l'indice della porta o il nome completo:

$ miniterm /dev/ttyUSB5 115200

Alcuni comandi AT utili:

• AT //dovrebbe restituire OK
• AT+QINISTAT //restituisce lo stato di inizializzazione della scheda (U)SIM, la risposta dovrebbe essere 7
• AT+QCCID //restituisce il numero ICCID (Integrated Circuit Card Identifier) ​​della scheda (U)SIM

Come comporre il numero

• $su radice
• $ cd /usr/app/linux-ppp-scripts
• $./quectel-pppd.sh

Quindi il led 4G lampeggia. In caso di successo, il ritorno in questo modo

Aggiungi il percorso del router

• $ route aggiungi default gw 10.64.64.64 o il tuo gateway XX.XX.XX.XX

Quindi fai un test con ping:

• $ ping su google.com

Giorno di riposo
Diagramma a blocchi del WDT

Il modulo WDT ha tre terminali, ingresso, uscita e indicatore LED.

NOTA: Il LED è opzionale e non disponibile nella versione hardware precedente.

Come funziona

1. ACCENSIONE del sistema.
2. Ritardo 200 ms.
3. Invia a WDO un impulso negativo con livello basso di 200 ms per ripristinare il sistema.
4. Tira su WDO.
5. Ritardo di 120 secondi mentre l'indicatore lampeggia (tipico 1 hz).
6. Spegnere l'indicatore.
7. Attendere 8 impulsi dal WDI al modulo WDT attivo e accendere il LED.
8. Entrando nella modalità WDT-FEED, almeno un impulso dovrebbe essere immesso nel WDI almeno ogni 2 secondi, in caso contrario, il modulo WDT dovrebbe emettere un impulso negativo per ripristinare il sistema.
9. Vai a 2.

RTC

Informazioni sul chip RTC

Nuova revisione: il chip RTC è PCF8563 di NXP. È montato sul bus I2C del sistema, l'indirizzo i2c dovrebbe essere 0x51.

Il sistema operativo stesso ha il driver interno, ci servono solo alcune configurazioni.

Abilita RTC

• Per abilitare l'RTC è necessario:
  • $sudo nano /boot/config.txt
• Quindi aggiungi la seguente riga in fondo a /boot/config.txt
  • dtoverlay=i2c-rtc,pcf8563
• Quindi riavviare il sistema
  • $sudo riavvio
• Quindi utilizzare il seguente comando per verificare se l'RTC è abilitato:
  • $sudo hwclock -rv
• L'output dovrebbe essere:

NOTA: 

1. assicurati che il punto driver i2c-1 sia aperto e che il punto sia chiuso per impostazione predefinita.
2. il tempo di backup stimato dell'RTC è di 15 giorni.

Modifica prodotto NOTA:

VECCHIA revisione: il chip dell'RTC è MCP79410 del microchip. È montato sul bus I2C del sistema. L'indirizzo i2c di questo chip dovrebbe essere 0x6f. Per abilitarlo è necessario:

Apri /etc/rc.local E aggiungi 2 righe:

echo “mcp7941x 0x6f” > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/new_device hwclock -s

Quindi ripristinare il sistema e l'RTC funzionerà

UPS per lo spegnimento sicuro (opzionale)

Lo schema del modulo UPS è elencato di seguito.

Il modulo UPS è inserito tra DC5V e CM4, un GPIO viene utilizzato per avvisare la CPU quando l'alimentazione a 5V è interrotta. Quindi la CPU dovrebbe fare qualcosa di urgente in uno script prima dell'esaurimento dell'energia del super condensatore ed eseguire un "$ shutdown". Un altro modo per utilizzare questa funzione è avviare uno spegnimento quando cambia il pin GPIO. Il pin GPIO fornito è configurato come una chiave di input che genera eventi KEY_POWER. Questo evento viene gestito da systemd-logind avviando un arresto. Le versioni di Systemd precedenti alla 225 necessitano di una regola udev che abiliti l'ascolto del dispositivo di input: utilizzare /boot/overlays/README come riferimento, quindi modificare /boot/config.txt. dtoverlay=gpio-shutdown, gpio_pin=GPIO22,active_low=1

NOTA: 

1. Per la funzione UPS contattateci per ulteriori informazioni.
2. Il segnale di allarme è attivo BASSO.

Specifiche elettriche

Consumo energetico

Il consumo energetico dell'EdgeBox-RPI-200 dipende fortemente dall'applicazione, dalla modalità operativa e dalle periferiche collegate. I valori indicati devono essere considerati valori approssimativi. La tabella seguente mostra i parametri di consumo energetico di EdgeBox-RPI-200:

Nota: A condizione di alimentazione 24V, nessuna scheda aggiuntiva nelle prese e nessun dispositivo USB.

Modalità di funzionamento	Attuale(ma)	Energia	Osservazione
Oziare	81
Prova di stress	172		tensione -c 4 -t 10m -v &

UPS (opzionale)

Il tempo di backup del modulo UPS dipende molto dal carico del sistema. Alcune condizioni tipiche sono elencate di seguito. Il modulo di test di CM4 è un eMMC LPDDR da 4 GB, 4,32 GB con modulo Wi-Fi.

Modalità di funzionamento	Tempo (secondo)	Osservazione
Oziare	55
Pieno carico di CPU	18	tensione -c 4 -t 10m -v &

Disegni meccanici

• WWW.SEEEDSTUDIO.COM

Documenti / Risorse

Computer Edge basato su Seeedstudio EdgeBox-RPI-200 EC25 Raspberry PI CM4 [pdf] Manuale d'uso EdgeBox-RPI-200 Computer Edge basato su EC25 Raspberry PI CM4, EdgeBox-RPI-200, Computer Edge basato su EC25 Raspberry PI CM4, Computer Edge basato su Raspberry PI CM4, Computer Edge basato su CM4, Computer Edge basato

Riferimenti

• Manuale d'uso