4G-ruuter universaalse serverina IoT jaoks

Sari routerid ICR-3200 on mõeldud klassikalise kombinatsiooni asendamiseks: üheplaadine arvuti + modem + ruuter. Nüüd on võimalik käivitada kogu vajalik loogika otse ruuteris. Tänu võimsale ARM-protsessorile, 512 MB RAM-ile ja ~2GB sisseehitatud välkmälule, võib ruuteri peal isegi käivitada nodejs-serveri!

Seeriate RS-232/485 liidesed on samuti ruuterisse integreeritud ja saadaval kohe operatsioonisüsteemis, kus on täielik root-juurdepääs. Samuti on olemas avatud keskkond oma programmide koostamiseks ja C/C++ raamatukogud, et töötada madala taseme riistvara API-iga.
Sügava une funktsioon võimaldab energiat säästa aku kasutamise ajal: ruuterit saab aktiveerida ainult siis, kui ühendus on tõeliselt vajalik.

Artiklis uurime seadme huvitavaid funktsioone ja proovime praktikas töötada sisend-väljundliidesega shell-skriptide kaudu.

Tehnilised andmed

Sari routerid ICR-3200 on üksik seadmeplatvorm ja esindab viit mudelit, millel on erinevad LTE sagedusvahemikud, Wi-Fi ja geolokatsiooni (GNSS) tugi. Seadmed on positsioneeritud kui ühekahteist seotud arvuti ja ruuteri asendajad. Tõhus protsessor ja suur töötlemismälu võimaldavad käivitada ressursimahukaid kasutaja rakendusi otse ruuteril.

• Cortex-A8 protsessor — taktsagedus 1 GHz, 32-bitine arhitektuur
• 512 MB RAM
• Flash-mälu vahemikus 1,5 kuni 4 GB — kasutajaandmete salvestamiseks
• Sisendi ja väljundi ports — RS-232/485 liidesed ja digitaalsed sisendi-väljundi portid on kasutamiseks saadaval kasutaja rakendustes

Eraldi tuleks esitada mudel ICR-3211B, mis töötab LTE Cat. M1 standardi alusel (NB-IoT). LTE Cat. M1 protokoll on spetsiaalselt välja töötatud M2M lahenduste jaoks, omades madalat andmeedastuskiirus (375 kb/s), samuti suurt tööulatust ja suurenenud stabiilsust keerulistes siseviidudoludes. Ruuteril on sisseehitatud ioonikondensaator (superkondensaator), mis võimaldab seadmel töötada lühikese aja jooksul pärast täielikku toite katkestamist.

Sügava une režiim

Süva une režiim võimaldab ruuterit viia seisundisse, kus kõik protsessid on külmutatud ja riistvara on välja lülitatud energiasäästmiseks, mille tulemusena on kõik seadme funktsioonid välja lülitatud ja sealt vaatamisel näib see olema täielikult välja lülitatud. Energiatarve sellises režiimis on mitte rohkem kui 10 mW.

Une režiimis tarbib ruuter peaaegu null energiat ja ärkab 3 sekundi jooksul

Kui on vaja ruuter äratada andmete edastamiseks, ärkab see umbes 3 sekundi pärast. Loomulikult on vajalik lisaaeg modemi registreerimiseks mobiilivõrgus, kuid see on oluliselt kiirem kui ruuteri käivitamine nullist. Selline võimalus on kasulik iseseisva toiteallikaga süsteemidele, mis veedavad suurema osa ajast seisakus ja aktiveeruvad harva aktiivsete toimingute sooritamiseks, näiteks häiresignaalide or varu-eeskirja täitmiseks.

Äratamine ja uinumine

Uinumise ja ärkamise juhtimine toimub mooduli kaudu Sleep Mode.

Une režiimi haldamiseks on kaks meetodit:

• Digitaalse sisendi kaudu — sel ajal juhib ruuteri väline seade, näiteks mikrokontroller. Madala signaali korral magab ruuter ja kõrge signaali korral ärkab üles, või vastupidi. Samuti on võimalik seadistada ajapiirang juhuks, kui juhuslikud lülitused võivad tekkida.
• Sisemise taimeri kaudu — ruuter loendab aega ja ärkab/ magab vajalikul ajal. Seda on mugav kasutada ühekordsete toimingute tegemiseks või andmete laadimiseks teatud perioodi jooksul.

Süva une režiimi seadistamise liides

Funktsioon 'viimane hingetõmme'

Toitekatkestus kaugobjektil on eriti ebameeldiv, kuna on raske mõista, miks objektiühendus ei ole saadaval. Funktsioon 'Viimane hingetõmme' võimaldab ruuteril töötada mõnda aega pärast täielikku toite väljalülitamist ja saata teate, et on toimunud rike ja varutoide ei käivitunud. Tänu integreeritud superkondensaatorile, mille ressurss on oluliselt suurem kui akude oma, ei nõua see hooldust ega asendamist. See on kasulik toite varustamise süsteemides, kus võivad esineda tõrked ja on oluline jälgida täieliku pinge kadumise hetke.

Router saadab toitekatkestuste signaali isegi pärast täielikku toite väljalülitamist.

Sündmusele reageerimiseks tuleb kuidagi teada saada toitekaotuse kohta.
Praegust toitepinget saab saada kas shell-käsu abil. 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 # ← toitepinge
Temperature      : 37 C   # ← temperatuuri sees korpuses
Time             : 2019-08-16 16:21:18
Uptime           : 0 days, 11 hours, 43 minutes

Või kasutada riistvaralist Unix I/O kontrolli (ioctl) ja C/C++ keeles või muus keeles kirjutatud programmi.
Tabelis on näidatud vajalikud riistvararegistrite aadressid. Praegune toitepinge tagastatakse täisarvuna, millivoltides. Madala taseme API kasutamine on soovitatav shell-skriptide asemel kiirema reageerimise pärast. Üksikasjalik teave riistvara käitluse kohta on saadaval arendaja juhendis.

Ioctl päring, mis tagastab praeguse toitepinge.

Seeria liidesed

Ruuterisse on ehitatud kaks järjestikust liidest: RS-232 ja RS-485. Need võimaldavad otseühendust perifeerseadmetega ruuteri kaudu, ilma lisakomplektita. Samuti võib ruuteris töötab täisfunktsionaalne Node-RED või Nodejs server, mis võimaldab kasutada üht 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 # ← port rs-232
crw-------    1 root     root      251,   1 Jan  1  1970 /dev/ttyS1 # ← port rs-485 
crw-------    1 root     root      251,   5 Jan  1  1970 /dev/ttyS5 # ← ei ole voolujuhtimiseks

Kõik standardraamatukogud toetavad neid seadmeid ilma lisaseadistusteta, sealhulgas moodul Modbus-RTU2TCP ja teised.

Kohandatud moodulid

Seadme funktsionaalsust saab laiendada kohandatud moodulite abil: see on lihtsustatud pakettide variant, ainult ilma pakettide haldurita. Kogu saadavalolevate moodulite loetelu on veebisaidil https://advantech-bb.cz/products/software/user-modules.

Moodulid installitakse käsitsi, laadides pakettifaili läbi veebiliidese:

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

• Node-RED — populaarne tööriist erinevate tööstusprotokollide ühendamiseks ühtsesse süsteemi
• Nodejs — täisfunktsionaalne nodejs-server. Suur RAM ja võimas protsessor võimaldavad ressursimahukate rakenduste käivitamist otse ruuteris!
• Python2/3
• Veeb-shell — võimaldab brauseri kaudu konsoolis töötada.
• Azure IoT SDK Python — Microsoft Azure IoT Hubi rakenduste arendamiseks mõeldud tööriistade komplekt.

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

Riistvaralised ressursid shell-skriptide kaudu

Lihtsate automatiseerimisülesannete jaoks on mugav kasutada shell-skripte, millega saab hallata valgusindikaatoreid ja saada/seada digitaalsete pinni olekut.

Valgustusnäidik näitab mugavalt käskude täitmise hetkeolukorda. Näiteks andmete edastamise näitamiseks vilgub see pidevalt, ühenduse loomise katse puhul vilgub harva ning ooteolekus püsib see pidevalt sisse lülitatuna. Vaatame käsku led. Sellele saab anda ainult ühe argumendi — LED-i vilkumise tüübi.

# led
led on|off|fast|slow

Nii see elus välja näeb:

Kasutaja indikaatori töörežiimide demonstreerimine shell-käskude kaudu

Digitaalse pingiga töötamiseks kasutatakse käsku io.

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

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

Oluline on meeles pidada, et loogika on selles osas pööratud. Seega 1=LOW, 0=HIGH. Käsku kasutades io võime hõlpsalt töötada digitaalsete pingidega bash-skripti kaudu ja luua lihtsat loogikat automatiseerimiseks ning juhtimiseks.

Tõenduseks digitaalsete sisendite ja indikaatsiooni lihtsuse kohta kirjutame kasutu skripti, mis kuvab digitaalsete sisendite staatust LED-i abil.

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

Skripti tööpõhimõte on lihtne: kui BIN0 on seisundis 0, siis diood põleb sageli, muidu põleb pidevalt. Nii see elus välja näeb:

Bash-skripti demonstratsioon, mis kuvab digitaalse sisendi seisundit indikaatori abil.

Kuigi see skript on primitiivne, näitab see hästi, kuidas ühes reas, ilma täiendava tarkvara, raamatukogude ja seadistusteta, saab saada andmeid digitaalsetelt sisenditelt ja neile reageerida.

Lingid

• Antud artiklis ei käsitleta ruuterite võrgufunktsioone, nagu koormuse tasakaalustamine, failover, VPN jne, kuna kõik need teemad on juba käsitletud meie teises artiklis: Tööstuslikud 4G-ruuterid SmartMotion.
• Ruuteri kasutuse näide ICR-3211B on meie esimeses artiklis: Tere, Habr, me oleme Advantech.
• Toodete hindadega tutvuda saab üldises internetipoes. Oma veebileht vene keeles ei ole veel valmis.

Kutsume Advantechi partnerfoorumile

Advantech'i foorum on ainulaadne koht kohalike ja globaalsete asjade Interneti suundumuste arutamiseks. Siin saate jagada kogemusi uute tehnoloogiliste lahenduste ja toodete kasutamisest, leida uusi kliente ja partnereid. Teil on võimalus näha tooteid, millest oleme kirjutanud artiklites, ja palju muud. Üritusel astuvad üles tööstuse liidrid ja võtmepartnerite esindajad – NVidia, Intel ja teised ettevõtted, kes võtavad aktiivselt osa tööstusliku asjade Interneti arengust järgmiste aastate jooksul. Ootame üritusele kõiki tööstusautomaatika ja asjade Interneti spetsialiste. Üritusel osalemine on tasuta! Kohtade arv on piiratud. Registreeruge kiiresti.

Allikas: habr.com