EdgeBox-RPI4 Raspberry PI CM4-basierter Edge-Computer
EdgeBox-RPI4-Benutzerhandbuch
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Änderungsverlauf
01 Erstellt
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Datum |
Änderungen |
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1.0 |
01-05-2021 |
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EdgeBox-RPI4-Benutzerhandbuch
1. Einleitung
EdgeBox-RPI4 ist ein robuster Finless Edge Computing Controller mit Raspberry Pi Computer Module 4 (CM4) für raue Industrieumgebungen. Es kann verwendet werden, um die Feldnetzwerke mit Cloud- oder IoT-Anwendungen zu verbinden. Es wurde von Grund auf entwickelt, um die Herausforderungen robuster Anwendungen zu wettbewerbsfähigen Preisen zu meistern, ideal für kleine Unternehmen oder kleine Aufträge mit mehrstufigen Anforderungen.
1.1 Funktionen
- Hochmodernes Aluminiumgehäuse für raue Umgebungen
- Integrierter passiver Kühlkörper
- Eingebauter Mini-PCIe-Sockel für HF-Module wie 4G, WI-FI, Lora oder Zigbee
- SMA-Antennenlöcher x2
- Eingebaute USV mit Supercap für sicheres Herunterfahren
- Verschlüsselungschip ATECC608A
- Hardware-Überwachung
- RTC mit Superkondensator
- Isolierte DI&DO-Klemme
- 35-mm-DIN-Schienenunterstützung
- Breites Netzteil von 9 bis 36 V DC
Aufgrund dieser Merkmale ist die EdgeBox-RPI4 für eine einfache Einrichtung und schnelle Bereitstellung für typische Industrieanwendungen wie Statusüberwachung, Facility Management, digitale Beschilderung und Fernsteuerung von öffentlichen Versorgungsunternehmen ausgelegt. Darüber hinaus handelt es sich um eine benutzerfreundliche Gateway-Lösung mit 4 Kernen ARM Cortex A72 und den meisten Industrieprotokollen, die die Gesamtbereitstellungskosten einschließlich der Kosten für die Stromverkabelung einsparen und dazu beitragen können, die Bereitstellungszeit des Produkts zu verkürzen. Sein ultraleichtes und kompaktes Design ist die Antwort für Anwendungen in beengten Umgebungen und stellt sicher, dass es in einer Vielzahl von extremen Umgebungen, einschließlich Fahrzeuganwendungen, zuverlässig funktioniert.
1.2 Schnittstellen
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Notiz |
Funktionsname |
PIN-Nr. |
PIN-Nr. |
Funktionsname |
Notiz |
|
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LEISTUNG |
1 |
2 |
Masse |
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RS485_A |
3 |
4 |
RS232_RX |
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RS485_B |
5 |
6 |
RS232_TX |
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RS485_GND |
7 |
8 |
RS232_GND |
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DI0- |
9 |
10 |
DO0_0 |
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DI0+ |
11 |
12 |
DO0_1 |
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DI1- |
13 |
14 |
DO0_0 |
|
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|
DI1+ |
15 |
16 |
DO0_1 |
|
NOTIZ: 24 AWG bis 16 AWG Kabel werden empfohlen
2 Ethernet-Anschlüsse
3 USB 2.0 x 2
4 HDMI
5 LED2
6 LED1
7 SMA-Antenne 1
8 Konsole (USB Typ C)
9 SIM-Kartensteckplatz
10 SMA-Antenne 2
1.3 Blockdiagramm
Der Verarbeitungskern der EdgeBox-RPI4 ist ein Raspberry CM4-Board. Ein OpenEmbed-spezifisches Basisboard implementiert die spezifischen Features. Siehe nächste Abbildung für das Blockdiagramm.
2. Installation
2.1 Montage
Die EdgeBox-RPI4 ist für zwei Wandhalterungen vorgesehen, sowie eine mit 35mm Hutschiene. Siehe nächste Abbildung für die empfohlene Einbaulage.
www.OpenEmbed.com8
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2.2 Anschlüsse und Schnittstellen
2.2.1 Stromversorgung
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Stift# |
Signal |
Beschreibung |
|
1 |
KRAFT IN |
DC 9-36V |
|
2 |
Masse |
Masse (Bezugspotential) |
GND Masse (Bezugspotential)
ThDas PE-Signal ist optional. Wenn keine EMI vorhanden ist, kann die PE-Verbindung offen gelassen werden.
2.2.2 Serielle Schnittstelle (RS232 und RS485)
|
Stift# |
Signal |
Beschreibung |
|
4 |
RS232_RX |
RS232-Empfangsleitung |
|
6 |
RS232_TX |
RS232-Übertragungsleitung |
|
8 |
Masse |
Masse (Bezugspotential) |
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Das RS485_GND-Signal ist mit dem „GND“-Signal isoliert. Wenn ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel verwendet wird, wird RS485_GND mit der Abschirmung verbunden.
NOTIZ: Der 120 Ohm Abschlusswiderstand für RS485 ist innen eingebaut.
|
Stift# |
Signal |
Beschreibung |
|
3 |
RS485_A |
RS485-Differenzleitung hoch |
|
5 |
RS485_B |
RS485-Differenzleitung niedrig |
|
7 |
RS485 _GND |
RS485 Masse (isoliert von GND) |
Das RS485_GND-Signal ist mit dem „GND“-Signal isoliert. Wenn ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel verwendet wird, wird RS485_GND mit der Abschirmung verbunden.
NOTIZ: Der 120 Ohm Abschlusswiderstand für RS485 ist innen eingebaut.
2.2.3 DI&DO
|
Stift# |
Signal des Terminals |
aktiv |
BCM2711 |
NOTIZ |
|
09 |
DI0- |
HOCH |
GPIO17 |
|
|
11 |
DI0+ |
|||
|
13 |
DI1- |
HOCH |
GPIO27 |
|
|
15 |
DI1+ |
|||
|
10 |
DO0_0 |
HOCH |
GPIO23 |
|
|
12 |
DO0_1 |
|||
|
14 |
DO1_0 |
HOCH |
GPIO24 |
|
|
16 |
DO1_1 |
NOTIZ:
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NOTIZ:
1. DC-Voltage für den Eingang beträgt 24 V (+- 10 %).
2. DC-VoltagDer Ausgang sollte unter 60 V liegen, die Stromkapazität beträgt 500 mA.
3. Kanal 0 und Kanal 1 des Eingangs sind gegeneinander isoliert
4. Kanal 0 und Kanal 1 des Ausgangs sind gegeneinander isoliert
2.2.4 HDMI
Direkt verbunden mit dem Raspberry PI CM4-Board mit TVS-Array.
2.2.5 Ethernet
Die Ethernet-Schnittstelle ist die gleiche wie bei Raspberry PI CM4,10, 100/1000/XNUMX-BaseT wird unterstützt und ist über die Abschirmung verfügbar modulare Buchse. Twisted-Pair-Kabel oder abgeschirmt tFür den Anschluss an diesen Port kann ein Twisted-Pair-Kabel verwendet werden.
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2.2.6 USB-HOST
Am Anschlussfeld befinden sich zwei USB-Schnittstellen. Die beiden Ports teilen sich dieselbe elektronische Sicherung.
NOTIZ: Der maximale Strom für beide Ports ist auf 1000 mA begrenzt.
2.2.7 Konsole (USB Typ C)
Das Design der Konsole verwendet einen USB-UART-Konverter, die meisten Betriebssysteme des Computers haben den Treiber, wenn nicht, den Link unten kann nützlich sein: https://www.silabs.com/products/interface/usb-bridges/classic-usb-bridges/device.cp2104 Dieser Port wird als Standard für die Linux-Konsole verwendet. Sie können sich beim Betriebssystem anmelden, indem Sie die Einstellungen von 115200,8n1 (Bits: 8,Parity: None, Stop Bits: 1, Flow Control: None). Ein Terminalprogramm wie Putty wird ebenfalls benötigt. Der Standardbenutzername ist pi und das Passwort ist himbeere.
2.2.8 LED
EdgeBox-RPI4 verwendet zwei grün/rote zweifarbige LEDs als Außenindikatoren.
LED1: grün als Betriebsanzeige und rot als eMMC aktiv.
LED2: grün wie 4G Anzeige und rot als benutzerprogrammierbare LED, verbunden mit GPIO21, Low-Aktiv, programmierbar.
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EdgeBox-RPI4 verwendet auch zwei grüne LEDs zum Debuggen.
2.2.9 SMA-Anschluss
Es gibt zwei SMA-Anschlusslöcher für Antennen. Die Antennentypen sind sehr davon abhängig, welche Module in den Mini-PCIe-Sockel gesteckt werden. ANT1 wird standardmäßig für den Mini-PCIe-Socket verwendet und ANT2 für Internal WI-FI-Signal vom CM4-Modul. 1. Die Funktionen der Antennen sind nicht festgelegt, möglicherweise angepasst, um andere Anwendungen abzudecken.2.2.10 NANO-SIM-Kartensteckplatz
Die SIM-Karte wird nur im Mobilfunkmodus (4G, LTE oder andere basierend auf Mobilfunktechnologie) benötigt.
HINWEISE:
1. Die Funktionen der Antennen sind nicht festgelegt, möglicherweise angepasst, um andere Anwendungen abzudecken.
2.2.10 NANO-SIM-Kartensteckplatz
Die SIM-Karte wird nur im Mobilfunkmodus (4G, LTE oder andere basierend auf Mobilfunktechnologie) benötigt.
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HINWEISE:
- OEs wird nur NANO Sim Karte akzeptiert, achten Sie auf die Kartengröße.
- Die NANO-SIM-Karte wird mit der Chipseite oben eingelegt.
2.2.11 Mini-PCIe ![]()
Der orangefarbene Bereich ist die ungefähre Position der Mini-PCIe-Zusatzkarte, nur eine M2x5 Schraube wird benötigt.
Die folgende Tabelle zeigt alle Signale. Mini-PCIe-Karten in voller Größe werden unterstützt.
|
Signal |
STIFT# |
STIFT# |
PIN-Signal |
|
|
1 |
5 |
4G_PWR |
|
|
3 |
4 |
Masse |
|
|
5 |
6 |
USIM_PWR |
|
|
7 |
8 |
USIM_PWR |
|
Masse |
9 |
10 |
USIM_DATA |
|
|
11 |
12 |
USIM_CLK |
|
|
13 |
14 |
USIM_RESET# |
|
Masse |
15 |
16 |
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18 GND 20 21 22 PERST# 24 4G_PWR 26 GND 27 28 29 30 UART_PCIE_TX 32 UART_PCIE_RX 34 GND 35 36 USB_DM
|
17 |
18 |
Masse |
|
|
|
19 |
20 |
|
|
Masse |
21 |
22 |
PERST# |
|
|
23 |
24 |
4G_PWR |
|
|
25 |
26 |
Masse |
|
Masse |
27 |
28 |
|
|
Masse |
29 |
30 |
UART_PCIE_TX |
|
|
31 |
32 |
UART_PCIE_RX |
|
|
33 |
34 |
Masse |
|
Masse |
35 |
36 |
USB_DM |
|
Masse |
37 |
38 |
USB_DP |
|
4G_PWR |
39 |
40 |
Masse |
|
4G_PWR |
41 |
42 |
4G_LED |
|
Masse |
43 |
44 |
USIM_DET |
|
SPI1_SCK |
45 |
46 |
|
|
SPI1_MISO |
47 |
48 |
|
|
SPI1_MOSI |
49 |
50 |
Masse |
|
SPI1_SS |
51 |
52 |
4G_PWR |
NANMERKUNG 3: 4G_LED-Signal ist mit LED2 inte verbundenRNAlly, siehe Abschnitt of 2.2.8.
NANMERKUNG 4: SPI1-Signale werden nur für Lora WAN verwendet Autod, wie SX1301, SX1302 hermter third Vergleichnein.
2.2.12M.2
EdgeBox-RPI4 ist mit einem M.2-Sockel vom Typ M KEY ausgestattet. NUR eine NVME-SSD-Karte der Größe 2242 ist vorhanden Unterstützung, NICHT msata.
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3. Treiber und Programmierschnittstellen
3.1 LED ![]()
Das ist eine LED, die als Benutzeranzeige verwendet wird, siehe 2.2.8 .
Verwenden Sie LED2 als Bspample um die Funktion zu testen.
$ sudo -i #Root-Konto-Privilegien aktivieren
$ cd /sys/class/gpio
$ echo 21 > export #GPIO21, das ist die Benutzer-LED von LED2 $ cd gpio21
$ echo out > Richtung
$ echo 0 > value # Benutzer-LED einschalten, LOW aktiv $ echo 1 > value # schaltet die Benutzer-LED aus
3.2 Serielle Schnittstelle (RS232 und RS485)
Es gibt zwei einzelne serielle Ports im System. Der /dev/ttyUSB1 als RS232-Port und/dev/ttyUSB0 als RS485-Port. Verwenden Sie RS232 als Bspample. $ Python
>>> Seriennummer importieren
>>> ser=serial.Serial('/dev/ttyUSB1',115200,timeout=1) >>> ser.isOpen()
>>> ser.isOpen()
>>> ser.write('1234567890')
3.3 Mobilfunk über Mini-PCIe
Verwenden Sie Quectel EC20 als Bspample und folge den Schritten:
1. Stecken Sie den EC20 in den Mini-PCIe-Sockel und die Micro-SIM-Karte in den entsprechenden Steckplatz, schließen Sie die Antenne an.
2. Melden Sie sich über die Konsole mit pi/raspberry am System an.
3. Schalten Sie die Stromversorgung des Mini-PCIe-Sockels ein und geben Sie das Reset-Signal frei. $ sudo -i #Root-Konto-Privilegien aktivieren
$ cd /sys/class/gpio
$ echo 6 > #GPIO6 exportieren, das das POW_ON-Signal ist
$ echo 5 > #GPIO5 exportieren, das das Reset-Signal ist
$ cd gpio6
$ echo out > Richtung
$ echo 1 > value # Schalten Sie die Stromversorgung von Mini PCIe ein WAHR
$ cd gpio5
$ echo out > Richtung
$ Echo 1 > Wert # gibt das Reset-Signal von Mini PCIe frei
NOTIZ: Dann beginnt die LED von 4G zu blinken.
4. Überprüfen Sie das Gerät:
$ lsusb
$ Bus 001 Gerät 005: ID 2c7c:0125 Quectel Wireless Solutions Co., Ltd. EC25 LTE-Modem
…… $ dmesg
UND
$
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[ 185.421911] USB 1-1.3: Neues Highspeed-USB-Gerät Nummer 5 mit dwco tg
[ 185.561937] USB 1-1.3: Neues USB-Gerät gefunden, idVendor=2c7c, idProduct=0125, bcdDevice= 3.18[ 185.561953] usb 1-1.3: Neue USB-Gerätezeichenfolgen: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=0[ 185.561963] USB 1-1.3: Produkt: Android
[ 185.561972] USB 1-1.3: Hersteller: Android
[ 185.651402] usbcore: neuer Schnittstellentreiber cdc_wdm registriert
[ 185.665545] usbcore: registrierte neue Schnittstellentreiberoption [ 185.665593] usbserial: USB-Seriell-Unterstützung registriert für GSM-Modem (1-Port) [ 185.665973] Option 1-1.3:1.0: GSM-Modem (1-Port)-Konverter erkannt [ 185.666283] USB 1-1.3: GSM-Modem (1-Port)-Konverter jetzt an ttyUSB2 angeschlossen
[ 185.666499] Option 1-1.3:1.1: GSM-Modem (1-Port)-Konverter erkannt [ 185.666701] USB 1-1.3: GSM-Modem (1-Port)-Konverter jetzt an ttyUSB3 angeschlossen
[ 185.666880] Option 1-1.3:1.2: GSM-Modem (1-Port)-Konverter erkannt [ 185.667048] USB 1-1.3: GSM-Modem (1-Port)-Konverter jetzt an ttyUSB4 angeschlossen
[ 185.667220] Option 1-1.3:1.3: GSM-Modem (1-Port)-Konverter erkannt [ 185.667384] USB 1-1.3: GSM-Modem (1-Port)-Konverter jetzt an ttyUSB5 angeschlossen
[ 185.667810] qmi_wwan 1-1.3:1.4: cdc-wdm0: USB-WDM-Gerät [ 185.669160]qmi_wwan 1-1.3:1.4 wwan0: Registrieren Sie „qmi_wwan“ unter usb-3f980000.usb-1.3, WWAN/QMI
……
xx:xx:xx:xx:xx:xx ist die MAC-Adresse.
$ ifconfig -a
……wwan0: flags=4163 mt 1500 inet 169.254.69.13 Netzmaske 255.255.0.0 Broadcast 169.254.255.255inet6 fe80::8bc:5a1a:204a:1a4b Präfixlen 64 Bereichs-ID 0x20Ether 0a:e6:41:60:cf:42 txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX-Pakete 0 Bytes 0 (0.0 B)
RX-Fehler 0 verloren 0 Überläufe 0 Frame 0
TX-Pakete 165 Bytes 11660 (11.3 KiB)
TX-Fehler 0 Dropped 0 Overruns 0 Carrier 0 Collisions 0 5. Verwendung des AT-Befehls
$ miniterm — Verfügbare Ports:
— 1: /dev/ttyAMA0 'ttyAMA0'
— 2: /dev/ttyUSB0 'CP2105 Dual USB zu UART Bridge Controller' — 3: /dev/ttyUSB1 'CP2105 Dual USB zu UART Bridge Controller' — 4: /dev/ttyUSB2 'Android'
— 5: /dev/ttyUSB3 'Android'
— 6: /dev/ttyUSB4 'Android'
Gerät,xx:xx:xx:xx:xx:xx
— 7: /dev/ttyUSB5 'Android'
— Port-Index oder vollständigen Namen eingeben:
$ mini term /dev/ttyUSB5 115200
Einige nützliche AT-Befehle:
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- AT // sollte OK zurückgeben
- AT+QINISTAT //den Initialisierungsstatus der (U)SIM-Karte zurückgeben, die Antwort sollte 7 sein
- AT+QCCID //gibt die ICCID-Nummer (Integrated Circuit Card Identifier) der (U)SIM-Karte zurück
6. So wählen Sie ![]()
$su-Wurzel
$ cd /usr/app/linux-ppp-scripts
Dann blinkt die 4G-LED.
Bei Erfolg die Rückgabe wie folgt:
7. Fügen Sie den Router-Pfad hinzu
$ route add default gw 10.64.64.64 oder dein Gateway XX.XX.XX.XX Dann teste mal
$ping an google.com
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3.4 WDT
3.4.1 Blockdiagramm von WDT
Das WDT-Modul hat drei Anschlüsse, input, Ausgang und LED-Anzeige.
WDI (GPIO25) WDO (System-RST#)
Hinweis: Die LED ist optional und nicht im Voraus verfügbarr Hardwareversion.
3.4.2 Wie es funktioniert
1. Systemem EINSCHALTEN.
2. Delaund 200ms.
3. Senden WDO ein Negative Puls mit 200ms niedriger Pegel zum Zurücksetzen der System.
4. Ziehen auf WDO.
5. Delay 120 Sekunden, während die Anzeige blinkthing (typisch 1hz).
3 V 3
6. Abbiegen aus der Anzeige.
7. Warten für 8 Impulse bei WDI zum aktiven WDT-Modul und leuchten die LED.
8. Steigen Sie in WDT-FEED ein Modus , mindestens ein pUlse sollte mindestens alle 2 Sekunden in WDI eingespeist werden, wenn nicht, sollte das WDT-Modul einen negativen Impuls ausgeben, um das System zurückzusetzen.
9. Gehe zu 2.
LED GRÜN WDT
3.5 Echtzeituhr
TDer RTC-Chip ist MCP79410 von Microchip. Es ist auf dem sy montiertStamm I2C-Bus. R16 22R R0402
R17 22R R0402
3.5.1
GPIO2 GPIO3
I2C_SDA I2C_SCL
www.OpenEmbed.com21
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Das Betriebssystem selbst enthält den Treiber, wir brauchen nur einige Konfigurationen. Öffnen Sie /etc/rc.local UND fügen Sie 2 Zeilen hinzu:
echo „mcp7941x 0x6f“ > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/new_device hwclock -s
Dann das System zurücksetzen und die RTC funktioniert.
1.Stellen Sie sicher, dass der i2c-1-Treiberpunkt offen und der Punkt standardmäßig geschlossen ist. 2. Die geschätzte Sicherungszeit der RTC beträgt 15 Tage.
3.10 USV für sicheres Herunterfahren Das Diagramm des USV-Moduls ist unten aufgeführt.
3.5.2
Notiz：
Das USV-Modul wird zwischen DC5V und CM4 eingefügt, ein GPIO wird verwendet, um die CPU zu alarmieren, wenn die 5V-Stromversorgung ausfällt. Dann sollte die CPU etwas Dringendes in einem Skript tun, bevor die Energie erschöpft ist Superkondensator und führe ein „$shutdown“ aus Eine andere Möglichkeit, diese Funktion zu verwenden, ist das Herunterfahren initiieren, wenn sich der GPIO-Pin ändert. Der angegebene GPIO-Pin ist als Eingabetaste konfiguriert, die KEY_POWER-Ereignisse generiert. Dieses Ereignis wird vom System logind by verarbeitet Herunterfahren einleiten. System d-Versionen älter als 225 benötigen eine udev-Regel, die das Abhören der Eingabe ermöglicht
www.OpenEmbed.com22
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Verwenden /boot/overlays/README als Referenz, dann ändern Sie /boot/config.txt. dtoverlay=gpio-shutdown, gpio_pin=GPIO22,active_low=1
NOTIZ:Das Alarmsignal ist aktiv LOW.
Gerät:
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4. Elektrische Spezifikationen
4.1 Stromverbrauch
Der Stromverbrauch der EdgeBox-RPI4 hängt stark von der Anwendung, der Betriebsart und den angeschlossenen Peripheriegeräten ab. Die angegebenen Werte sind als Richtwerte zu sehen. Die folgende Tabelle zeigt Stromverbrauchsparameter der EdgeBox-RPI4: Notiz: Unter der Bedingung Stromversorgung 24V, keine Zusatzkarte in Steckdosen und keine USB-Geräte. Arbeitsweise 81Stresstest 172 stress -c 4 -t 10m -v &
| Funktionsweise | Strom (ma) | Leistung | Bemerkung |
| Leerlauf | 81 | ||
| Stresstest | 172 |
Spannung -c 4 -t 10m -v &
|
|
4.2 UPS
Der Die Autonomiezeit des USV-Moduls hängt stark von der Systemlast des Systems ab. Einige typische Bedingungen sind aufgelistet unter. Das Testmodul von CM4 ist 4 GB LPDDR4,32 GB eMMC mit Wi-FI-Modul. Arbeitsweise 55Volllast CPU 18 stress -c 4 -t 10m -v &5. Mechanische Zeichnungen
| Funktionsweise | Strom (ma) | Leistung | Bemerkung |
| Leerlauf | 55 | ||
| Volle Auslastung der CPU | 18 |
Spannung -c 4 -t 10m -v &
|
|
5. Mechanische Zeichnungen
Wird noch bekannt gegeben
Dokumente / Ressourcen
 |
OpenEmbed EdgeBox-RPI4 Raspberry PI CM4-basierter Edge-Computer [pdf] Benutzerhandbuch EdgeBox-RPI4, Raspberry PI CM4-basierter Edge-Computer, EdgeBox-RPI4 Raspberry PI CM4-basierter Edge-Computer, CM4-basierter Edge-Computer, Basierender Edge-Computer, Computer |
