4G ruuter universaalse serverina IoT jaoks

Seeria ruuterid ICR-3200 on loodud asendama klassikalist kombinatsiooni: üheplaadine arvuti + modem + ruuter. Nüüd saab kogu vajaliku loogika käivitada otse ruuteri peal. Tänu võimsale ARM-protsessorile, 512 MB RAMile ja ~2 GB sisseehitatud flash-mälule, on ruuteril võimalik isegi Node.js serverit käivitada!

Järjestikused RS-232/485 liidesed on samuti ruuterisse sisse ehitatud ja saadaval otse operatsioonisüsteemis täieliku root-juurdepääsuga. Avatud keskkond oma programmide koostamiseks ja C/C++ teegid madalama taseme riistvaraga töötamiseks on samuti olemas.
Sügava une funktsioon võimaldab energiat säästa aku toitel töötades: ruuterit saab aktiveerida ainult siis, kui ühendus on tõeliselt vajalik.

Käesolevas artiklis käsitleme seadme huvitavaid funktsioone ja proovime praktiliselt töötada sisendis-/väljundliidestega shell-skriptidest.

Tehnilised omadused

Seeria ruuterid ICR-3200 on tehtud ühel riistvaraplatvormil ja esindatud viie mudeliga, mis erinevad LTE sageduste vahemikest, Wi-Fi olemasolust ja geolokatsioonist (GNSS). Seadmed on positsioneeritud kui asendajad üheplaadisest arvutist ja ruuterist. Võimas protsessor ja suur RAMi maht võimaldavad käivitada ressursimahukaid kasutajarakendusi otse ruuteri peal.

• Protsessor Cortex-A8 — taktsagedus 1 GHz, 32-bitine arhitektuur
• 512 MB RAM
• Flash-mälu 1,5 GB kuni 4 GB — kasutajate andmete salvestamiseks
• Sisendi-/väljundiportide — RS-232/485 liidesed ja digitaalsete sisendi-/väljundiportide on saadaval kasutajate programmide jaoks

Erinev mudel on ICR-3211B, mis töötab LTE Cat. M1 standardi järgi (NB-IoT). LTE Cat. M1 protokoll on spetsiaalselt välja töötatud M2M lahenduste jaoks, tal on madal andmeedastuskiirus (375 kb/s), samuti suur edastusvahemik ja kõrgendatud stabiilsus keerulistes ühendustingimustes siseruumides. Ruuteril on sisse ehitatud ioonikondensaator (superkondensaator), mis võimaldab seadmel töötada lühikese aja jooksul pärast täielikku toiteta jäämist.

Sügava une režiim

Sügava une režiim võimaldab viia ruuteri seisundisse, kus kõik protsessid on peatatud ja riistvara osa on välja lülitatud, et säästa energiat; samas need seadme funktsioonid lülitatakse välja ja seestpoolt näeb see välja nagu täiesti välja lülitatud. Energiatarve sellises režiimis on mitte rohkem kui 10 mW.

Unekleidu režiimis ruuter tarbib peaaegu mitte mingit energiat ja ärkab 3 sekundiga.

Kui ruuteri äratamiseks on vaja andmeid edastada, ärkab ta umbes 3 sekundi pärast.. Loomulikult kulub modemi sisenemiseks mobiilivõrku täiendav aeg, kuid see on oluliselt kiirem kui ruuteri nullist käivitamine. See valik on kasulik autonoomsete toitesüsteemide jaoks, mis on suure osa ajast ooterežiimis ja aktiveerivad harva aktiivseid toiminguid, nagu näiteks signalisatsioon või varuvõimsuse plokk.

Äratus ja uinak

Uinaku ja äratuse juhtimine toimub mooduli kaudu. Une režiim.

Une režiimi juhtimiseks on kaks võimalust:

• Digitaalse sisendi kaudu — selle režiimi korral juhib ruuterit väline seade, näiteks mikrokontroller. LOW-signaaliga digitaalne sissevool ruuter uinub ja HIGH signaaliga ärkab, või vastupidi. Samuti on võimalik seadistada aegudevälk, et vältida juhuslikke vahetusi.
• Sisemise taimeri kaudu — ruuter arvutab aega ja ärkab/uinub õigel ajal. Seda on mugav kasutada ühekordsete toimingute tegemiseks või andmete allalaadimiseks määratud aja jooksul.

Süvaune režiimi seadistamise liides

Viimase hingetõuke funktsioon

Toitekatkestus eemalolevas objektis on eriti ebameeldiv, kuna ei ole selge, millest side objektiga puudub. Viimase hingetõuke funktsioon võimaldab ruuteril töötada mõnda aega pärast täielikku voolukatkestust ja saata sõnum, et juhtus avarii ja varuvõimsust ei lülitatud sisse. Tänu sisseehitatud superkondensaatorile, mille ressurss on oluliselt suurem kui aku, ei vaja see hooldust ega asendamist. See on kasulik varutoitesüsteemide jaoks, kus katkestusi võib esineda ja on oluline jälgida pingekadu hetke.

Ruuter saadab signaali voolukatkestusest isegi pärast täielikku voolukatkestust.

Kuna õigesti reageerida voolukatkestusele, tuleb kuidagi teada saada selle kohta.
Praegust toitepinget saab saada kas shell-käsku kasutades status sys:

$ status sys
Firmware Version : 6.1.10 (2019-07-02)
Serial Number    : ACZ1100000623519
Profile          : Standard
RTC Battery      : Ok
Supply Voltage   : 12.3 V # ← toiteping
Temperature      : 37 C   # ← korpuse temperatuur
Time             : 2019-08-16 16:21:18
Uptime           : 0 days, 11 hours, 43 minutes

Või läbi riistvara Unix I/O juhtimise (ioctl) ja C/C++ või mõne muu keele programmiga.
Tabelis on näidatud vajalikud riistvararegistrite aadressid. Praegune toitepinge tagastatakse täisarvuna, millivoltides. Madalat taset API eelistatakse shell-skriptide ees kiirema reageerimise nimel. Üksikasjalik informatsioon riistvaraga töötamise kohta on saadaval arendaja juhendis.

Ioctl päring, mis tagastab praeguse toitepinge.

Järjestikused liidesed

Ruuterisse on integreeritud kaks järjestikust liidest: RS-232 ja RS-485. Need võimaldavad ühendada perifeerseadmeid otse ruuterisse, ilma lisainfrastruktuurita. Selle juures võib ruuteris töötada täislik Node-RED või Nodejs server, mis võimaldab kasutada ühte seadet lihtsa automatiseerimissüsteemi seadistamiseks, ilma täiendavate arvutite ja kontrolleriteta.

Vaikimisi on mõlemad liidesed saadaval standardsete serial-seadmetena Linuxis:

ls -la /dev/ttyS*
crw-------    1 root     root      251,   0 Jan  1  1970 /dev/ttyS0 # ← RS-232 port
crw-------    1 root     root      251,   1 Jan  1  1970 /dev/ttyS1 # ← RS-485 port 
crw-------    1 root     root      251,   5 Jan  1  1970 /dev/ttyS5 # ← ei ole välja toodud

Kõik standardtöötlemisraamatukogud toetavad neid seadmeid ilma täiendavate seadistusteta, sealhulgas moodul Modbus-RTU2TCP ja teised.

Kasutaja moodulid

Seadme funktsionaalsust on võimalik laiendada kasutaja moodulitega: see on lihtsustatud versioon pakettidest, ainult ilma paketihaldurita. Kogu nimekiri saadaolevatest moodulitest on saadaval aadressil https://advantech-bb.cz/products/software/user-modules.

Moodulid paigaldatakse käsitsi faili üleslaadimise teel veebiliidese kaudu:

Praeguseks on saadaval 73 moodulit. Siin on mõned huvitavad neist:

• Node-RED — populaarne tööriist erinevate tööstusprotokollide ühendamiseks terviklikuks süsteemiks
• Nodejs — täisfunktsionaalne Nodejs server. Suur hulk RAMi ja võimas protsessor võimaldab käivitada ressursimahukaid rakendusi otse ruuteris!
• Python2/3
• Veeb-shell — võimaldab töötada konsoolis brauseri kaudu.
• Azure IoT SDK Python — arendustööriistade komplekt Microsoft Azure IoT Hub'i jaoks.

Kuna ruuteri tarkvara on avatud, saavad arendajad kirjutada oma mooduleid, sealhulgas veebiliidese. Viidatud materjalid on saadaval moodulite kirjutamise juhendis ja ja arendajate jaotises ettevõtte veebisaidil. Pakettide mugavaks koostamiseks on saadaval valmis ristkompileerimise keskkond.

Riistvaralisi ressursse saab hallata shell-skriptide kaudu.

Lihtsate automatiseerimistegevuste jaoks on mugav kasutada shell-skripte, millega saab juhtida valgusindikaatoreid ja saada/määrata digitaalsete pinsakeste olekut.

Valgusindikaatoriga on mugav näidata käsu täitmise hetkeolekut. Näiteks: andmete edastamise näitamine — sagedane vilkumine, ühenduse loomise katse — harv vilkumine, tühikäik — pidev põlemine. Vaadakem käsku led. Sellele antakse ainult üks argumendi — LED-i vilkumise tüüp.

# led
led on|off|fast|slow

Nii see tegelikult välja näeb:

Kasutaja indikaatori töörežiimide demonstreerimine shell-käskude kaudu.

Digitaalsete pinsakeste haldamiseks kasutatakse käsku io.

$ io
Kasutamine: io [get <pin>] | [set <pin> <value>]

io set out0 1 # Seada digitaalne väljund OUT0 olekusse 1 (LOW)
io get bin0   #  Saada digitaalne sisend BIN0 väärtus.

Oluline on meeles pidada, et loogika on sel juhul vastupidine. Seega 1=LOW, 0=HIGH. Kasutades käsku io saame hõlpsasti töötada digitaalsete pinsakestega bash-skriptides ja luua lihtsat loogikat automatiseerimiseks ja juhtimiseks.

Kuna demonstreerime digitaalsete sisendite ja indikaatori lihtsust, kirjutame kasutu skripti, mis kuvab digitaalsete sisendite olekut LED-i kaudu.

#!/bin/bash
while true
do
	[ $(io get bin0) -eq 0 ] && led fast || led on
done

Skripti toimimise põhimõte on lihtne: kui BIN0 olek on 0, vilgub diood sageli, muidu põleb pidevalt. Nii see välja näeb:

Bash-skripti demonstreerimine, mis näitab digitaalsete sisendite olekut indikaatori kaudu.

Hoolimata sellest skriptist, mis võib tunduda primitiivne, illustreerib see selgelt, kuidas ühe reaga, ilma täiendava tarkvara, raamatukogude ja seadistusteta, saab saada andmeid digitaalsetest sisenditest ja neile reageerida.

Viidatud lingid

• Käesolevas artiklis ei käsitleta ruuterite võrgu funktsioone, nagu koormuse jaotamine, failover, VPN jne, kuna need teemad on juba käsitletud teises meie artiklis: Tööstuslikud 4G ruuteri SmartMotion.
• Ruuteri kasutamise näide ICR-3211B on meie esimeses artiklis: Tere, Habr, meie oleme Advantech.
• Toodete hindadega tutvuda saab üldises veebipoes. Oma venekeelne veebileht pole veel valmis.

Kutsume teid Advantech'i partnerfoorumile

Advantech'i foorum saab olema ainulaadne koht kohalike ja globaalse Interneti-asjade suundumuste arutamiseks. Siin saate jagada kogemusi uute tehnoloogiliste lahenduste ja toodete kasutamisest, leida uusi kliente ja partnereid. Teil on võimalus näha tooteid, millest oleme artiklites rääkinud, ja mitte ainult. Meie seas esinevad tööstuse liidrid ja võtmepartnerite esindajad – NVidia, Intel ja teised ettevõtted, kes osalevad aktiivselt tööstuslike Interneti-asjade edendamisel lähiaastatel. Ootame üritusele kõiki tööstusautomaatika ja Interneti-asjade spetsialiste. Osalemine üritusel on tasuta! Kohtade arv on piiratud. Kiirustage registreerima.

Allikas: habr.com