Seeedstudio EdgeBox-RPI-200 EC25 Máy tính dựa trên Raspberry PI CM4

Lịch sử sửa đổi 

Ôn tập	Ngày	Thay đổi
1.0	17-08-2022	Tạo
2.1	13-01-2022	Thông báo thay đổi sản phẩm

Thông báo Thay đổi Sản phẩm:

Là một phần của quá trình cải tiến liên tục, chúng tôi đã thực hiện những thay đổi dưới đây trong phiên bản phần cứng D.
Có tác động đến phần mềm do sự thay đổi này.

• CP2104->CH9102F
• USB2514B->CH334U
• CP2105->CH342F
• Mô tả trong Linux đã được thay đổi:
  • ttyUSB0-> ttyACM0
  • ttyUSB1-> ttyACM1
  • MCP79410->PCF8563ARZ
  • Địa chỉ của RTC mới là 0x51.

Giới thiệu

EdgeBox-RPI-200 là Bộ điều khiển điện toán biên không dùng quạt chắc chắn với Mô-đun máy tính Raspberry Pi 4(CM4) dành cho môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Nó có thể được sử dụng để kết nối mạng hiện trường với các ứng dụng đám mây hoặc IoT. Nó được thiết kế ngay từ đầu để đáp ứng những thách thức của các ứng dụng chắc chắn với mức giá cạnh tranh, lý tưởng cho doanh nghiệp nhỏ hoặc đơn đặt hàng nhỏ có quy mô đa cấp.

Đặc trưng

• Khung nhôm hiện đại cho môi trường khắc nghiệt
• Tích hợp tản nhiệt thụ động
• Ổ cắm PCIe mini tích hợp cho mô-đun RF, chẳng hạn như 4G, WI-FI, Lora hoặc Zigbee
• Lỗ ăng-ten SMA x2
• Chip mã hóa ATECC608A
• Cơ quan giám sát phần cứng
• RTC với siêu tụ điện
• Thiết bị đầu cuối DI&DO bị cô lập
• Hỗ trợ đường ray DIN 35 mm
• Nguồn điện rộng từ 9 đến 36V DC
• Tùy chọn: UPS có SuperCap để tắt máy an toàn*
• Raspberry Pi CM4 tích hợp WiFi 2.4 GHz, 5.0 GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac được trang bị**
• Raspberry Pi CM4 tích hợp Bluetooth 5.0, được trang bị BLE**

Những tính năng này giúp EdgeBox-RPI-200 được thiết kế để dễ dàng thiết lập và triển khai nhanh chóng cho các ứng dụng công nghiệp điển hình, chẳng hạn như giám sát trạng thái, quản lý cơ sở, bảng hiệu kỹ thuật số và điều khiển từ xa các tiện ích công cộng. Hơn nữa, đây là giải pháp cổng thân thiện với người dùng với 4 lõi ARM Cortex A72 và hầu hết các giao thức công nghiệp có thể tiết kiệm tổng chi phí triển khai bao gồm chi phí cáp điện và giúp giảm thời gian triển khai sản phẩm. Thiết kế siêu nhẹ và nhỏ gọn của nó là câu trả lời cho các ứng dụng trong môi trường hạn chế về không gian, đảm bảo nó có thể hoạt động đáng tin cậy trong nhiều môi trường khắc nghiệt bao gồm cả các ứng dụng trên xe.

GHI CHÚ: Đối với chức năng UPS vui lòng liên hệ với chúng tôi để biết thêm thông tin. Tính năng WiFi và BLE có thể được tìm thấy ở phiên bản 2GB và 4GB.

Giao diện

1. Đầu nối phoenix đa chức năng
2. Đầu nối Ethernet
3. USB 2.0 x 2
4. HDMI
5. LED2
6. LED1
7. Anten SMA 1
8. Bảng điều khiển (USB loại C)
9. Khe cắm thẻ SIM
10. Anten SMA 2

Đầu nối phoenix đa chức năng

Ghi chú	tên chức năng	GHIM #	GHIM#	tên chức năng	Ghi chú
	QUYỀN LỰC	1	2	GND
	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

GHI CHÚ: Cáp 24awg đến 16awg được đề xuất

Sơ đồ khối

Lõi xử lý của EdgeBox-RPI-200 là bo mạch Raspberry CM4. Một bảng cơ sở cụ thể thực hiện các tính năng cụ thể. Tham khảo hình tiếp theo để biết sơ đồ khối.

Cài đặt

Lắp ráp

EdgeBox-RPI-200 được thiết kế cho hai giá treo tường, cũng như một giá treo có thanh ray DIN 35mm. Tham khảo hình tiếp theo để biết hướng lắp được khuyến nghị.

Kết nối và giao diện

Nguồn điện

Ghim#	Tín hiệu	Sự miêu tả
1	POWER_IN	DC 9-36V
2	GND	Đất nền (Tiềm năng tham khảo)

Tín hiệu PE là tùy chọn. Nếu không có EMI, kết nối PE có thể để mở.

Cổng nối tiếp (RS232 và RS485)

Ghim#	Tín hiệu	Sự miêu tả
4	RS232_RX	Đường nhận RS232
6	RS232_TX	Đường truyền RS232
8	GND	Đất nền (Tiềm năng tham khảo)

Ghim#	Tín hiệu	Sự miêu tả
3	RS485_A	Đường chênh lệch RS485 cao
5	RS485_B	Đường chênh lệch RS485 thấp
7	RS485 _GND	RS485 nối đất (cách ly với GND)

Ghim#	Tín hiệu của thiết bị đầu cuối	Mã PIN Mức độ hoạt động	PIN của GPIO từ BCM2711	GHI CHÚ
09	DI0-	CAO	GPIO17
11	DI0+
13	DI1-	CAO	GPIO27
15	DI1+
10	DO0_0	CAO	GPIO23
12	DO0_1
14	DO1_0	CAO	GPIO24
16	DO1_1

GHI CHÚ:

GHI CHÚ: 

1. tập DCtage cho đầu vào là 24V (+- 10%).
2. tập DCtage cho đầu ra phải dưới 60V, công suất hiện tại là 500ma.
3. Kênh 0 và kênh 1 của đầu vào được cách ly với nhau
4. Kênh 0 và kênh 1 của đầu ra được cách ly với nhau

HDMI

Được kết nối trực tiếp với bảng Raspberry PI CM4 với mảng TVS.

Mạng Ethernet

Giao diện Ethernet giống như Raspberry PI CM4,10, được hỗ trợ 100/1000/XNUMX-BaseT, có sẵn thông qua giắc cắm mô-đun được bảo vệ. Có thể sử dụng cáp xoắn đôi hoặc cáp xoắn đôi có vỏ bọc để kết nối với cổng này.

MÁY CHỦ USB

Có hai giao diện USB ở bảng kết nối. Hai cổng chia sẻ cùng một cầu chì điện tử.

GHI CHÚ: Dòng điện tối đa cho cả hai cổng được giới hạn ở 1000ma.

Bảng điều khiển (USB loại C)

Thiết kế của bảng điều khiển sử dụng bộ chuyển đổi USB-UART, hầu hết hệ điều hành của máy tính đều có trình điều khiển, nếu không, liên kết bên dưới có thể hữu ích: Cổng này được sử dụng làm mặc định của bảng điều khiển Linux. Bạn có thể đăng nhập vào HĐH bằng cách sử dụng cài đặt 115200,8n1(Bits: 8, Parity: None, Stop Bits: 1, Flow Control: None). Một chương trình đầu cuối như putty cũng cần thiết. Tên người dùng mặc định là pi và mật khẩu là Raspberry.

DẪN ĐẾN

EdgeBox-RPI-200 sử dụng hai đèn LED hai màu xanh/đỏ làm đèn báo bên ngoài.

Đèn LED1: màu xanh lục là chỉ báo nguồn và màu đỏ là eMMC đang hoạt động.

Đèn LED2: màu xanh lá cây là chỉ báo 4G và màu đỏ là đèn LED lập trình của người dùng được kết nối với GPIO21, hoạt động ở mức thấp, có thể lập trình được.

EdgeBox-RPI-200 cũng sử dụng hai đèn LED màu xanh lá cây để gỡ lỗi.

Đầu nối SMA

Có hai lỗ SMA Connector cho anten. Các loại ăng-ten phụ thuộc rất nhiều vào mô-đun nào được lắp vào ổ cắm Mini-PCIe. ANT1 được sử dụng mặc định cho ổ cắm Mini-PCIe và ANT2 dành cho tín hiệu WI-FI bên trong từ mô-đun CM4.

GHI CHÚ: Chức năng của anten không cố định, có thể điều chỉnh để phù hợp với mục đích sử dụng khác.

Khe cắm thẻ SIM NANO (Tùy chọn)

Thẻ sim chỉ cần ở chế độ di động (4G, LTE hoặc các loại khác dựa trên công nghệ di động).

GHI CHÚ: 

1. Chỉ chấp nhận thẻ NANO Sim, chú ý đến kích thước thẻ.
2. Thẻ sim NANO được lắp vào mặt trên của chip.

Mini-PCIe

Vùng màu cam là vị trí card add-on Mini-PCIe thô, chỉ cần 2 con vít m5xXNUMX.

Bảng dưới đây hiển thị tất cả các tín hiệu. Thẻ Mini-PCIe kích thước đầy đủ được hỗ trợ.

Sơ đồ chân: 

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

GHI CHÚ: 

1. Tất cả các tín hiệu trống là NC (không kết nối).
2. 4G_PWR là nguồn điện riêng cho thẻ Mini-PCIe. Nó có thể tắt hoặc bật bằng GPIO6 của CM4, tín hiệu điều khiển có mức hoạt động cao.
3. Tín hiệu 4G_LED được kết nối với LED2 bên trong, tham khảo phần 2.2.8.
4. Tín hiệu SPI1 chỉ được sử dụng cho thẻ LoraWAN, chẳng hạn như WM1302.

M.2

EdgeBox-RPI-200 được trang bị socket M.2 loại M KEY. CHỈ hỗ trợ thẻ SSD NVME cỡ 2242, KHÔNG hỗ trợ mSATA.

Trình điều khiển và giao diện lập trình

DẪN ĐẾN

Đây là đèn LED được sử dụng làm chỉ báo cho người dùng, tham khảo phần 2.2.8. Sử dụng LED2 làm cũample để kiểm tra chức năng.

• $ sudo -i #bật đặc quyền tài khoản root
• $ cd/sys/lớp/gpio
• $ echo 21 > xuất #GPIO21 là LED người dùng của LED2
• $ cd gpio21
• $ echo out > hướng
• $ echo 0 > value # bật đèn LED người dùng, hoạt động THẤP
  OR
• $ echo 1 > value # tắt đèn LED người dùng

Cổng nối tiếp (RS232 và RS485)

Có hai cổng nối tiếp riêng lẻ trong hệ thống. /dev/ ttyACM1 là cổng RS232 và /dev/ttyACM0 là cổng RS485. Sử dụng RS232 làm ví dụ cũamplà.

$trăn
>>> nhập serial
>>> ser=serial.Serial('/dev/ttyACM1',115200,timeout=1) >>> ser.isOpen()
ĐÚNG VẬY
>>> ser.isOpen()
>>> ser.write('1234567890')

10

Di động qua Mini-PCIe (Tùy chọn)

Sử dụng Quectel EC20 làm ví dụ cũample và làm theo các bước:

1. Lắp EC20 vào ổ cắm Mini-PCIe và thẻ micro sim vào khe liên quan, kết nối ăng-ten.
2. Đăng nhập vào hệ thống thông qua bảng điều khiển sử dụng pi/raspberry.
3. Bật nguồn của ổ cắm Mini-PCIe và giải phóng tín hiệu đặt lại.

 

• $ sudo -i #bật đặc quyền tài khoản root
• $ cd/sys/lớp/gpio
• $ echo 6 > export #GPIO6 là tín hiệu POW_ON
• $ echo 5 > export #GPIO5 là tín hiệu đặt lại
• $ cd gpio6
• $ echo out > hướng
• $ echo 1 > value # bật nguồn Mini PCIe
  VÀ
• $ cd gpio5
• $ echo out > hướng
• $ echo 1 > value # giải phóng tín hiệu reset của Mini PCIe

GHI CHÚ: Sau đó, đèn LED của 4G bắt đầu nhấp nháy.

Kiểm tra thiết bị:

$ lsusb

Bus 001 Thiết bị 005: ID 2c7c:0125 Công ty TNHH Giải pháp Không dây Quectel Modem EC25 LTE

$dmesg

[ 185.421911] usb 1-1.3: USB tốc độ cao mới số 5 sử dụng dwc_otg
[ 185.561937] usb 1-1.3: Đã tìm thấy thiết bị USB mới, idVendor=2c7c, idProduct=0125, bcdDevice= 3.18
[185.561953] usb 1-1.3: Chuỗi thiết bị USB mới: Mfr = 1, Product = 2, SerialNumber = 0
[ 185.561963] usb 1-1.3: Sản phẩm: Android
[ 185.561972] usb 1-1.3: Hãng sản xuất: Android
[ 185.651402] usbcore: đã đăng ký trình điều khiển giao diện mới cdc_wdm
[ 185.665545] usbcore: tùy chọn trình điều khiển giao diện mới đã đăng ký
[ 185.665593] usbserial: Đã đăng ký hỗ trợ USB Serial cho modem GSM (1 cổng)
[ 185.665973] tùy chọn 1-1.3:1.0: Đã phát hiện bộ chuyển đổi modem GSM (1 cổng)
[ 185.666283] usb 1-1.3: Bộ chuyển đổi modem GSM (1 cổng) hiện được gắn vào ttyUSB2 [ 185.666499] tùy chọn 1-1.3:1.1: Đã phát hiện bộ chuyển đổi modem GSM (1 cổng)
[ 185.666701] usb 1-1.3: Bộ chuyển đổi modem GSM (1 cổng) hiện được gắn vào ttyUSB3 [ 185.666880] tùy chọn 1-1.3:1.2: Đã phát hiện bộ chuyển đổi modem GSM (1 cổng)
[ 185.667048] usb 1-1.3: Bộ chuyển đổi modem GSM (1 cổng) hiện được gắn vào ttyUSB4 [ 185.667220] tùy chọn 1-1.3:1.3: Đã phát hiện bộ chuyển đổi modem GSM (1 cổng)
[ 185.667384] usb 1-1.3: Bộ chuyển đổi modem GSM (1 cổng) hiện được gắn vào ttyUSB5 [ 185.667810] qmi_wwan 1-1.3:1.4: cdc-wdm0: Thiết bị USB WDM
[ 185.669160]qmi_wwan 1-1.3:1.4 wwan0: đăng ký ‘qmi_wwan’ tại usb-3f980000.usb-1.3, thiết bị WWAN/QMI,xx:xx:xx:xx:xx:xx
GHI CHÚ: xx:xx:xx:xx:xx: xx là địa chỉ MAC

$ ifconfig -a
…… wwan0: flags=4163 mtu 1500
inet 169.254.69.13 netmask 255.255.0.0 phát sóng 169.254.255.255 inet6 fe80::8bc:5a1a:204a:1a4b prefixlen 64 phạm vi 0x20 ether 0a:e6:41:60:cf:42 txqueuelen 1000 (Ethernet)
Gói RX 0 byte 0 (0.0 B)
Lỗi RX 0 bị mất 0 vượt quá 0 khung hình 0
Gói TX 165 byte 11660 (11.3 KiB)
Lỗi TX 0 bị rớt 0 lỗi vượt 0 sóng mang 0 xung đột 0

Cách sử dụng lệnh AT

$ miniterm — Các cổng khả dụng:

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

Nhập chỉ mục cổng hoặc tên đầy đủ:

$ miniterm /dev/ttyUSB5 115200

Một số lệnh AT hữu ích:

• AT // nên trả về OK
• AT+QINISTAT //trả về trạng thái khởi tạo của thẻ SIM (U), phản hồi phải là 7
• AT+QCCID // trả về số ICCID (Mã nhận dạng thẻ mạch tích hợp) của thẻ (U)SIM

Cách quay số

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

Sau đó đèn led 4G nhấp nháy. Nếu thành công thì trả về như thế này

Thêm đường dẫn bộ định tuyến

• $ định tuyến thêm gw mặc định 10.64.64.64 hoặc cổng XX.XX.XX.XX của bạn

Sau đó kiểm tra với ping:

• $ ping google.com

WDT
Sơ đồ khối của WDT

Mô-đun WDT có ba đầu cuối, đầu vào, đầu ra và đèn LED.

GHI CHÚ: Đèn LED là tùy chọn và không có sẵn trong phiên bản phần cứng trước đó.

Nó hoạt động như thế nào

1. Hệ thống BẬT NGUỒN.
2. Trễ 200ms.
3. Gửi cho WDO một xung âm với mức thấp 200ms để thiết lập lại hệ thống.
4. Kéo WDO lên.
5. Trì hoãn 120 giây trong khi đèn báo nhấp nháy (thông thường là 1hz).
6. Tắt chỉ báo.
7. Đợi 8 xung ở WDI để mô-đun WDT hoạt động và bật đèn LED.
8. Chuyển sang chế độ WDT-FEED, ít nhất một xung phải được đưa vào WDI trong ít nhất 2 giây một lần, nếu không, mô-đun WDT sẽ xuất ra một xung âm để thiết lập lại hệ thống.
9. Tới 2.

RTC

Thông tin chip RTC

Bản sửa đổi mới: Chip của RTC là PCF8563 của NXP. Nó được gắn trên bus I2C của hệ thống, địa chỉ i2c phải là 0x51.

Bản thân hệ điều hành đã có trình điều khiển bên trong, chúng ta chỉ cần một số cấu hình.

Bật RTC

• Để kích hoạt RTC, bạn cần:
  • $sudo nano /boot/config.txt
• Sau đó thêm dòng sau vào cuối tệp /boot/config.txt
  • dtoverlay=i2c-rtc,pcf8563
• Sau đó khởi động lại hệ thống
  • $sudo khởi động lại
• Sau đó sử dụng lệnh sau để kiểm tra xem RTC đã được bật chưa:
  • $sudo giờ đồng hồ -rv
• Đầu ra phải là:

GHI CHÚ: 

1. đảm bảo rằng điểm trình điều khiển i2c-1 được mở và điểm được đóng theo mặc định.
2. thời gian sao lưu ước tính của RTC là 15 ngày.

Thay đổi sản phẩm LƯU Ý:

Bản sửa đổi CŨ: Chip của RTC là MCP79410 từ microchip. Nó được gắn trên bus I2C của hệ thống. Địa chỉ i2c của chip này phải là 0x6f. Để kích hoạt nó, bạn cần phải:

Mở /etc/rc.local VÀ thêm 2 dòng:

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

Sau đó đặt lại hệ thống và RTC đang hoạt động

UPS để tắt an toàn (Tùy chọn)

Sơ đồ mô-đun UPS được liệt kê bên dưới.

Mô-đun UPS được lắp vào giữa DC5V và CM4, GPIO được sử dụng để cảnh báo CPU khi nguồn điện 5V bị hỏng. Sau đó, CPU nên thực hiện điều gì đó khẩn cấp trong tập lệnh trước khi siêu tụ điện cạn kiệt năng lượng và chạy “$ tắt máy”. Một cách khác để sử dụng chức năng này là Bắt đầu tắt máy khi chân GPIO thay đổi. Chân GPIO đã cho được định cấu hình làm khóa đầu vào tạo ra các sự kiện KEY_POWER. Sự kiện này được xử lý bởi systemd-logind bằng cách bắt đầu tắt máy. Các phiên bản Systemd cũ hơn 225 cần có quy tắc udev cho phép nghe thiết bị đầu vào: Sử dụng /boot/overlays/README làm tham chiếu, sau đó sửa đổi /boot/config.txt. dtoverlay=gpio-shutdown, gpio_pin=GPIO22,active_low=1

GHI CHÚ: 

1. Đối với chức năng UPS vui lòng liên hệ với chúng tôi để biết thêm thông tin.
2. Tín hiệu cảnh báo đang hoạt động THẤP.

Thông số kỹ thuật điện

Tiêu thụ điện năng

Mức tiêu thụ điện năng của EdgeBox-RPI-200 phụ thuộc nhiều vào ứng dụng, chế độ hoạt động và các thiết bị ngoại vi được kết nối. Các giá trị đã cho phải được xem là giá trị gần đúng. Bảng sau hiển thị thông số tiêu thụ điện năng của EdgeBox-RPI-200:

Ghi chú: Với điều kiện nguồn điện 24V, không có thẻ bổ sung trong ổ cắm và không có thiết bị USB.

Chế độ hoạt động	Hiện tại (ma)	Quyền lực	Nhận xét
Nhàn rỗi	81
Kiểm tra ứng suất	172		căng thẳng -c 4 -t 10m -v &

UPS (Tùy chọn)

Thời gian sao lưu của mô-đun UPS phụ thuộc rất nhiều vào tải hệ thống của hệ thống. Một số điều kiện điển hình được liệt kê dưới đây. Mô-đun thử nghiệm của CM4 là 4GB LPDDR4,32GB eMMC với mô-đun Wi-Fi.

Chế độ hoạt động	Thời gian (giây)	Nhận xét
Nhàn rỗi	55
Tải đầy CPU	18	căng thẳng -c 4 -t 10m -v &

Bản vẽ cơ khí

• WWW.SEEDSTUDIO.COM

Tài liệu / Tài nguyên

Seeedstudio EdgeBox-RPI-200 EC25 Máy tính dựa trên Raspberry PI CM4 [tập tin pdf] Hướng dẫn sử dụng EdgeBox-RPI-200 EC25 Máy tính dựa trên Raspberry PI CM4, EdgeBox-RPI-200, EC25 Máy tính dựa trên Raspberry PI CM4, Máy tính dựa trên Raspberry PI CM4, Máy tính dựa trên CM4, Máy tính dựa trên cạnh

Tài liệu tham khảo

• Hướng dẫn sử dụng