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Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Gateway Industrial Raspberry Pi IoT

Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Industrial Raspberry Pi IoT Gateway-fig1

© 2022 CompuLab
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Tabela 1 Notas de Revisão de Documentos 

Data Descrição
06 de julho de 2022 · Primeiro lançamento
11 de julho de 2022 · Adicionado pino detalhado do conector de expansão em 5.9

INTRODUÇÃO

Sobre este documento
Este documento faz parte de um conjunto de documentos que fornecem as informações necessárias para operar e programar o Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS.

Documentos relacionados
Para obter informações adicionais não abordadas neste manual, consulte os documentos listados na Tabela 2.

Tabela 2 Documentos Relacionados

Documento Localização
Recursos IOT-GATE-IMX8PLUS https://www.compulab.com/products/iot-gateways/iot-gate-imx8plus- gateway industrial-arm-iot/#devres

SOBREVIEW

Destaques

  • CPU NXP i.MX8M-Plus, Cortex-A53 quad-core
  • Até 8 GB de RAM e 128 GB eMMC
  • Modem LTE/4G, WiFi 802.11ax, Bluetooth 5.3
  • 2x LAN, USB3.0, 2x USB2.0 e barramento CAN
  • Até 3x RS485 | RS232 e E/S digitais
  • Inicialização segura e Watchdog de hardware
  • Design sem ventoinha em uma carcaça robusta de alumínio
  • Projetado para confiabilidade e operação 24/7
  • Ampla faixa de temperatura de -40C a 80C
  • Vol de entradatagFaixa de 8V a 36V e cliente PoE
  • Suporta trilho DIN e montagem em parede / VESA
  • Projeto Debian Linux e Yocto

Especificações

Tabela 3 Núcleo da CPU, RAM e armazenamento

Recurso Especificações
CPU NXP i.MX8M Plus Quad, quad-core ARM Cortex-A53, 1.8 GHz
Unidade de Unidade Não Governamental (UNPU) Unidade de processamento neural AI/ML, até 2.3 TOPS
Coprocessador em tempo real ARM Cortex-M7, 800 MHz
BATER 1 GB – 8 GB, LPDDR4
Armazenamento primario Flash eMMC de 16 GB – 128 GB, soldado na placa

Tabela 4 Rede

Recurso Especificações
Rede local 2 portas Ethernet de 1000 Mbps, conectores RJ45
Wi-Fi e Bluetooth 802.11ax WiFi e Bluetooth 5.3 BLE implementado com módulo Intel WiFi 6E AX210

2x antenas de pato de borracha de 2.4 GHz / 5 GHz

 

Celular

Módulo de celular 4G/LTE CAT4, Quectel EC25-E/A Antena de pato de borracha celular
Soquete do cartão SIM
GNSS GPS

Implementado com módulo Quectel EC25

Tabela 5 Exibição e Gráficos

Recurso Especificações
Saída de exibição DVI-D, até 1080p60
 

GPU e vídeo

GPU GC7000UL

1080p60 HEVC/H.265, AVC/H.264

* apenas com opção de CPU C1800QM

Tabela 6 E/S e Sistema

Recurso Especificações
USB 2 portas USB 2.0, conectores tipo A (painel traseiro)
1 porta USB 3.0, conector tipo A (painel frontal)
 

RS485/RS232

Até 3x RS485 (half-duplex) | Portas RS232 Isoladas, conector de bloco de terminais
 

Ônibus pode

1 x porta de barramento CAN

Isolado, conector de bloco de terminais

 

E/S digitais

4x saídas digitais + 4x entradas digitais

Isolado, 24 V compatível com EN 61131-2, conector de bloco de terminais

 

Depurar

1x console serial via ponte UART para USB, conector micro-USB
Suporte para protocolo NXP SDP/UUU, conector micro-USB
Expansão Conector de expansão para placas complementares LVDS, SDIO, USB, SPI, I2C, GPIOs
Segurança Inicialização segura, implementada com o módulo i.MX8M Plus HAB
LEDs 2x LEDs de duas cores de uso geral
RTC Relógio em tempo real operado a partir de bateria de célula tipo moeda integrada
Cão de guarda Cão de guarda de hardware
PoE Suporte para PoE (dispositivo alimentado)

Tabela 7 Elétrica, Mecânica e Ambiental

Abastecimento Voltage 8V a 36V não regulamentado
Dimensões 132 x 84 x 25 mm
Material do gabinete Carcaça de alumínio
Resfriamento Resfriamento passivo, design sem ventilador
Peso 550 gramas
MTTF 2000,000 horas
Temperatura de operação Comercial: 0° a 60° C

Estendido: -20° a 60° C

Industrial: -40° a 80° C

COMPONENTES PRINCIPAIS DO SISTEMA

SoC NXP i.MX8M Plus
Os processadores i.MX8M Plus apresentam implementação avançada de um núcleo quad ARM® Cortex®-A53, que opera em velocidades de até 1.8 GHz. Um processador de núcleo Cortex®-M7 de propósito geral permite processamento de baixo consumo de energia.

Figura 1 Diagrama de blocos do i.MX8M Plus

Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Industrial Raspberry Pi IoT Gateway-fig2

Memória do sistema

DRAM
O IOT-GATE-IMX8PLUS está disponível com até 8 GB de memória LPDDR4 integrada.

Armazenamento primário
O IOT-GATE-IMX8PLUS possui até 128 GB de memória eMMC integrada soldada para armazenar o bootloader e o sistema operacional (Kernel e root filesistema). O espaço restante do eMMC é usado para armazenar dados de uso geral (usuário).

Wi-Fi e Bluetooth
O IOT-GATE-IMX8PLUS pode ser montado opcionalmente com o módulo Intel WiFi 6 AX210, fornecendo interfaces 2×2 WiFi 802.11ax e Bluetooth 5.3.
O módulo AX210 é instalado no soquete M.2 (P22).
As conexões de antena WiFi e Bluetooth estão disponíveis através de dois conectores RP-SMA no painel lateral IOT-GATE-IMX8PLUS.

Celular e GPS
A interface celular IOT-GATE-IMX8PLUS é implementada com um módulo de modem celular mini-PCIe e um soquete nano-SIM. Para configurar IOT-GATE-IMX8PLUS para funcionalidade de celular, instale um cartão SIM ativo no soquete nano-SIM U10. O módulo celular deve ser instalado no soquete mini-PCIe P3.
O módulo de modem celular também implementa GNNS/GPS.
Um painel de bloqueio seguro está protegendo o cartão SIM de t externo não autorizadoampextração ou extracção.
As conexões de antena do modem estão disponíveis por meio de conectores SMA no painel lateral IOT-GATE-IMX8PLUS.
A CompuLab fornece IOT-GATE-IMX8PLUS com as seguintes opções de modem celular:

  • Módulo de celular 4G/LTE CAT4, Quectel EC25-E (bandas da UE)
  • Módulo de celular 4G/LTE CAT4, Quectel EC25-A (bandas dos EUA)

Figura 2 compartimento de serviço – modem celular

Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Industrial Raspberry Pi IoT Gateway-fig3

Ethernet
IOT-GATE-IMX8PLUS incorpora duas portas Ethernet implementadas com MACs internos i.MX8M Plus e dois Realtek RTL8211 PHYs
ETH1 está disponível no conector P13; ETH2 está disponível no conector P14.
A porta ETH2 possui capacidade opcional de dispositivo alimentado por POE 802.3af.

NOTA: A porta ETH2 possui capacidade de dispositivo alimentado por PoE somente quando a unidade é encomendada com a opção de configuração 'POE'.

USB
  • USB3.0
    O IOT-GATE-IMX8PLUS possui uma porta de host USB 3.0 roteada para o conector USB J8 do painel frontal. A porta USB3.0 é implementada diretamente com a porta i.MX8M Plus nativa.
  • USB2.0
    O IOT-GATE-IMX8PLUS possui duas portas de host USB 2.0 externas. As portas são roteadas para os conectores USB P17 e P18 do painel traseiro. Todas as portas USB 2.0 são implementadas com hub USB MicroChip USB2514.
  • Ônibus pode
    O IOT-GATE-IMX8PLUS possui uma porta CAN 2.0B implementada com o controlador CAN i.MX8M Plus. Os sinais do barramento CAN são roteados para o conector de E/S industrial P8. Para obter detalhes sobre a pinagem, consulte a seção 5.4.
  • Console de depuração serial
    O IOT-GATE-IMX8PLUS possui um console de depuração serial via ponte UART para USB sobre conector micro USB. A ponte CP2104 UART para USB tem interface com a porta i.MX8M Plus UART. Os sinais USB do CP2104 são roteados para o conector micro USB P20, localizado no painel frontal.
  • Saída de exibição
    IOT-GATE-IMX8PLUS possui interface DVI-D roteada para conector HDMI padrão. A interface de saída de exibição suporta resoluções de até 1920 x 1080.
  • Porta de Programação USB
    O IOT-GATE-IMX8PLUS possui uma interface de programação USB que pode ser usada para recuperação de dispositivos usando o utilitário NXP UUU.
    A interface de programação USB é roteada para o conector do painel frontal P16. O conector pode ser opcionalmente protegido contra acesso não autorizado com um painel de parafusos seguro.
    Quando um PC host é conectado com um cabo USB ao conector de programação USB, o IOT-GATE-IMX8PLUS desativa a inicialização normal do eMMC e entra no modo de inicialização do Downloader Serial.
  • Soquete de expansão de E/S
    A interface de expansão IOT-GATE-IMX8PLUS está disponível no soquete M.2 Key-E P12. O conector de expansão permite a integração de placas complementares de E/S personalizadas no IOT-GATE-IMX8PLUS. O conector de expansão possui interfaces incorporadas como LVDS, I2C, SPI, USB e UART.

E/S industrial (módulos IE)
O IOT-GATE-IMX8PLUS possui 4 slots industriais de E/S (IE) que podem ser instalados com até 4 módulos de E/S diferentes. Cada slot do IE é isolado do IOT-GATE-IMX8PLUS.
Os slots de E/S A,B,C podem ser equipados com módulos de E/S RS232 ou RS485. O slot de E/S D só pode ser equipado com um módulo de E/S digital (4x DI, 4x DO).

Tabela 8 E/S industrial - funções e códigos de pedido

  Slot de E/S A Slot de E/S B Slot de E/S C Slot de E/S D
RS-232 (2 fios) FARS2 FBRS2 FCRS2
RS-485 (semi-duplex) FARS4 FBRS4 FCRS4
E/S digital (4x DI, 4x DO) FDIO
  • Para 2x RS485 o código de pedido será IOTG-IMX8PLUS-…-FARS4-FBRS4-…
  • Para 1x RS232 + 1x RS485 + E/S digital, o código de pedido será IOTG-IMX8PLUS-…-FARS2-FBRS4-FDIO-…
    Certas combinações de E/S também podem ser implementadas com componentes SMT integrados.
    Os sinais de E/S industriais são roteados para um bloco de terminais 2×11 no painel traseiro do IOT-GATE-IMX8PLUS. Para a pinagem do conector, consulte a seção 5.4.

IE-RS485
A função RS485 é implementada com o transceptor MAX13488 conectado com as portas i.MX8M Plus UART. Caracteristicas principais:

  • 2 fios, half-duplex
  • Isolamento galvânico da unidade principal
  • Taxa de transmissão programável de até 3 Mbps
  • Resistor de terminação de 120ohm controlado por software

IE-RS232
A função RS232 é implementada com transceptor MAX3221 (ou compatível) com interface com portas i.MX8M Plus UART. Caracteristicas principais:

  •  RX/TX apenas
  • Isolamento galvânico da unidade principal
  • Taxa de transmissão programável de até 250kbps

Entradas e saídas digitais
Quatro entradas digitais são implementadas com a terminação digital CLT3-4B seguindo EN 61131-2. Quatro saídas digitais são implementadas com o relé de estado sólido VNI4140K seguindo EN 61131-2. Caracteristicas principais:

  • Vol de alimentação externatage até 24V
  • Isolamento galvânico da unidade principal e outros módulos de E/S
  • Corrente de saída máxima das saídas digitais - 0.5A por canal

Figura 3 Saída digital – fiação típica example

Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Industrial Raspberry Pi IoT Gateway-fig4

Figura 4 Entrada digital – fiação típica example

Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Industrial Raspberry Pi IoT Gateway-fig5

LÓGICA DO SISTEMA

Subsistema de energia

Trilhos elétricos
IOT-GATE-IMX8PLUS é alimentado com um único barramento de alimentação com um vol de entradatagFaixa de 8V a 36V.
Quando o IOT-GATE-IMX8PLUS é montado com a opção “POE”, ele também pode ser alimentado através do conector ETH2 de uma fonte PoE 802.3at Tipo 1.

Modos de energia
O IOT-GATE-IMX8PLUS suporta três modos de energia de hardware.

Tabela 9 Modos de energia

Modo de energia Descrição
ON Todos os trilhos de alimentação internos estão habilitados. Modo inserido automaticamente quando a fonte de alimentação principal é conectada.
DESLIGADO Os trilhos de energia do núcleo da CPU estão desligados. Todos os trilhos de energia periféricos estão desligados.
Dormir A DRAM é mantida em atualização automática. A maioria dos trilhos de energia do núcleo da CPU está desligada. A maioria dos trilhos de energia periféricos está desligada.

Bateria de reserva RTC
O IOT-GATE-IMX8PLUS possui uma bateria de lítio tipo moeda de 120mAh, que mantém o RTC integrado sempre que a fonte de alimentação principal não estiver presente.

Relógio em tempo real
O IOT-GATE-IMX8PLUS RTC é implementado com o chip de relógio em tempo real (RTC) AM1805. O RTC está conectado ao i.MX8M Plus SoC usando a interface I2C no endereço 0xD2/D3. A bateria de backup IOT-GATE-IMX8PLUS mantém o RTC funcionando para manter as informações de relógio e hora sempre que a fonte de alimentação principal não estiver presente.

Watchdog de Hardware
A função watchdog IOT-GATE-IMX8PLUS é implementada com o watchdog i.MX8M Plus.

INTERFACES E CONECTORES

Localizações de conectores
  • Painel frontal
  • Painel traseiro
  • Painel lateral esquerdo
  • Painel lateral direito

    Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Industrial Raspberry Pi IoT Gateway-fig6

  • Baía de serviço

    Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Industrial Raspberry Pi IoT Gateway-fig7

Conector de alimentação CC (J7)
Conector de entrada de alimentação CC.

Tabela 10 Pinagem do conector DC jack

Alfinete Nome do sinal Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Industrial Raspberry Pi IoT Gateway-fig8
1 Entrada CC
2 Terra
 

Tabela 11 Dados do conector do conector DC 

Fabricante Fabricante P/N
Tecnologia de contato DC-081HS(-2.5)

O conector é compatível com o cabo IOT-GATE-IMX8PLUS AC PSU e IOTG-ACC-CABDC DC disponível na CompuLab.

Conectores de host USB (J8, P17, P18)
A porta do host IOT-GATE-IMX8PLUS USB3.0 está disponível por meio do conector USB3 tipo A padrão J8.
As portas de host IOT-GATE-IMX8PLUS USB 2.0 estão disponíveis por meio de dois conectores USB tipo A padrão P17 e P18.
Para obter detalhes adicionais, consulte a seção 3.6 deste documento.

Conector de E/S Industrial (P8)
Os sinais de E/S industriais IOT-GATE-IMX8PLUS são roteados para o bloco terminal P8. A pinagem é determinada pela configuração dos módulos de E/S. Para obter detalhes adicionais, consulte a seção 3.12.

Tabela 12 Pinagem do conector de add-on de E/S industrial

Módulo de E / S Alfinete Nome singal Domínio de poder de isolamento
A 1 RS232_TXD/RS485_POS 1
2 EU POSSO 1
A 3 RS232_RXD/RS485_NEG 1
4 CAN_H 1
A 5 ISO_GND_1 1
B 6 RS232_RXD/RS485_NEG 2
B 7 RS232_TXD/RS485_POS 2
B 8 ISO_GND_2 2
D 9 IN0 3
D 10 IN1 3
D 11 IN2 3
C 12 RS232_TXD/RS485_POS 3
D 13 IN3 3
C 14 RS232_RXD/RS485_NEG 3
D 15 OUT0 3
D 16 OUT1 3
D 17 OUT3 3
D 18 OUT2 3
D 19 24V_IN 3
D 20 24V_IN 3
CD 21 ISO_GND_3 3
CD 22 ISO_GND_3 3

Tabela 13 Dados do conector complementar de E/S industrial

Tipo de conector Numeração de pinos
Conector dual-raw de 22 pinos com conexões de mola push-in Travamento: flange de parafuso

Passo: 2.54 mm

Seção transversal do fio: AWG 20 - AWG 30

 

Conector P/N: Kunacon HGCH25422500K Conector correspondente P/N: Kunacon PDFD25422500K

 

OBSERVAÇÃO: CompuLab fornece o conector correspondente com a unidade de gateway

 Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Industrial Raspberry Pi IoT Gateway-fig9

Console de depuração serial (P5)
A interface do console de depuração serial IOT-GATE-IMX8PLUS é roteada para o conector micro USB P20. Para obter informações adicionais, consulte a seção 3.8 deste documento.

Conectores Ethernet RJ45 (P13, P14)
A porta Ethernet IOT-GATE-IMX8PLUS ETH1 é roteada para o conector RJ45 P13. A porta Ethernet IOT-GATE-IMX8PLUS ETH2 é roteada para o conector RJ45 P14. Para obter detalhes adicionais, consulte a seção 3.5 deste documento.

Tomada Mini-PCIe (P3)
O IOT-GATE-IMX8PLUS possui um soquete mini-PCIe P3 destinado principalmente a módulos de modem celular. P3 implementa interfaces USB e SIM. O soquete P3 não implementa sinais PCIe.

Soquete Nano-SIM (U10)
O soquete nano-uSIM (U10) é conectado ao soquete mini-PCIe P3.
Instruções de instalação do cartão SIM:

  • Remova o parafuso da tampa da bandeja SIM/PROG
  • Insira uma ferramenta de remoção de SIM no orifício de abertura da tampa para abrir a tampa da bandeja
  • Coloque o SIM na bandeja
  • Empurre cuidadosamente a tampa da bandeja de volta
  • Feche o parafuso da tampa do SIM/PROG (opcional)

    Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Industrial Raspberry Pi IoT Gateway-fig10

Conector de Expansão (P19)
A interface de expansão IOT-GATE-IMX8PLUS está disponível no soquete M.2 Key-E com uma pinagem personalizada P19. O conector de expansão permite integrar placas complementares de E/S personalizadas no IOT-GATE-IMX8PLUS. A tabela a seguir descreve a pinagem do conector e as funções dos pinos disponíveis.

Tabela 14 Pinagem do conector de expansão 

Alfinete nome singal Descrição Alfinete Nome do sinal Descrição
2 VCC_3.3V Potência de saída 3.3V 1 Terra  
4 VCC_3.3V Potência de saída 3.3V 3 USB_DP USB2 multiplexado opcional do hub USB
6 VCC_5V Potência de saída 5V 5 USB_DN USB2 multiplexado opcional do hub USB
8 VCC_5V Potência de saída 5V 7 Terra  
10 VBATA_IN Entrada de energia (8V - 36V) 9 I2C6_SCL I2C6_SCL/PWM4_OUT/GPIO3_IO19
12 VBATA_IN Entrada de energia (8V - 36V) 11 I2C6_SDA I2C6_SDA/PWM3_OUT/GPIO3_IO20
14 VBATA_IN Entrada de energia (8V - 36V) 13 Terra  
16 EXT_PWRB

Tnn

entrada ON/OFF 15 ECSP2_SS0 ECSPI2_SS0/GPIO5_IO13
18 Terra   17 ECSP2_MISO ECSPI2_MISO/GPIO5_IO12
20 EXT_RESET Reiniciar entrada 19 Terra  
22 RESERVADO   21 ECSP2_SCLK ECSPI2_SCLK/GPIO5_IO10
24 NC chave E entalhe 23 ECSP2_MOSI ECSPI2_MOSI/GPIO5_IO11
26 NC chave E entalhe 25 NC chave E entalhe
28 NC chave E entalhe 27 NC chave E entalhe
30 NC chave E entalhe 29 NC chave E entalhe
32 Terra   31 NC chave E entalhe
34 I2C5_SDA I2C5_SDA/PWM1_OUT/GPIO3_IO25 33 Terra  
36 I2C5_SCL I2C5_SCL/PWM2_OUT/GPIO3_IO21 35 JTAG_TMS SoC JTAG
38 Terra   37 JTAG_TDI SoC JTAG
40 JTAG_TCK SoC JTAG 39 Terra  
42 Terra   41 JTAG_MOD SoC JTAG
44 RESERVADO   43 JTAG_TDO SoC JTAG
46 SD2_DADOS2 SD2_DATA2/GPIO2_IO17 45 Terra  
48 SD2_CLK SD2_CLK/ GPIO2_IO13 47 LVDS_CLK_P relógio de saída LVDS
50 SD2_DADOS3 SD2_DATA3/GPIO2_IO18 49 LVDS_CLK_N relógio de saída LVDS
52 SD2_CMD SD2_CMD/GPIO2_IO14 51 Terra  
54 SD2_DADOS0 SD2_DATA0/GPIO2_IO15 53 LVDS_D3_N dados de saída LVDS
56 Terra   55 LVDS_D3_P dados de saída LVDS
58 SD2_DADOS1 SD2_DATA1/GPIO2_IO16 57 Terra  
60 SD2_nRST SD2_nRST/GPIO2_IO19 59 LVDS_D2_N dados de saída LVDS
62 Terra   61 LVDS_D2_P dados de saída LVDS
64 RESERVADO   63 Terra  
66 Terra   65 LVDS_D1_N dados de saída LVDS
68 RESERVADO   67 LVDS_D1_P dados de saída LVDS
70 RESERVADO   69 Terra  
72 VCC_3.3V Potência de saída 3.3V 71 LVDS_D0_P dados de saída LVDS
74 VCC_3.3V Potência de saída 3.3V 73 LVDS_D0_N dados de saída LVDS
      75 Terra  

LEDs indicadores
As tabelas abaixo descrevem os LEDs indicadores IOT-GATE-IMX8PLUS.

Tabela 15 LED de energia

Alimentação principal conectada Estado do LED
Sim On
Não Desligado

LEDs de uso geral são controlados por SoC GPIOs.

Tabela 16 LED do usuário nº 1

GP5_IO05 estado Estado do LED
Baixo Desligado
Alto Vermelho

Tabela 17 LED do usuário nº 2

GP5_IO01 estado GP4_IO28 estado Estado do LED
Baixo Baixo Desligado
Baixo Alto Verde
Alto Baixo Vermelho
Alto Alto Amarelo

Conectores de antena
O IOT-GATE-IMX8PLUS possui até quatro conectores para antenas externas.

Tabela 18 Atribuição do conector de antena padrão

Nome do conector Função Tipo de conector
WLAN-A/BT Antena principal WiFi/BT RP-SMA
WLAN-B Antena auxiliar wi-fi RP-SMA
WWAN Antena principal LTE SMA
AUX Antena GPS SMA

DESENHOS MECÂNICOS

O modelo 8D IOT-GATE-IMX3PLUS está disponível para download em:
https://www.compulab.com/products/iot-gateways/iot-gate-imx8plus-industrial-arm-iot-gateway/#devres

CARACTERÍSTICAS OPERACIONAIS

Classificações máximas absolutas

Tabela 19 Classificações Máximas Absolutas

Parâmetro Mínimo Máx. Unidade
Fonte de alimentação principal voltage -0.3 40 V

OBSERVAÇÃO: Estresse além das classificações máximas absolutas pode causar danos permanentes ao dispositivo

Condições operacionais recomendadas

Tabela 20 Condições de operação recomendadas

Parâmetro Mínimo Tipo. Máx. Unidade
Fonte de alimentação principal voltage 8 12 36 V

Documentos / Recursos

Compulab IOT-GATE-IMX8PLUS Gateway Industrial Raspberry Pi IoT [pdf] Manual do Proprietário
IOT-GATE-IMX8PLUS, Gateway IoT Raspberry Pi Industrial, Gateway IoT Raspberry Pi, Gateway Pi IoT Industrial, Gateway Pi IoT, Gateway IoT, Gateway

Referências

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