Flexible Hardware

Abbild Joachim Kurpat

Bild 1: Joachim Kurpat (Quelle: Kunbus)

Der Rev-Pi Core ist die zentrale Rechnereinheit (CPU) des modularen Systems (Bild 2). Das Modul ist weitgehend kompatibel zu einem Raspberry-Pi-Modell B+. Um dies zu erreichen, steckt das Compute Module von Raspberry Pi in einem Sockel der Grundplatine. Genutzt wird der Prozessor BCM2835 mit 700 MHz. Außerdem enthält das Modul einen 500 MByte RAM von Broadcom sowie einen 4 GByte-„eMMC“-Flash-Speicher. Über den Sockel wird das Modul mit 5 V, 3,3 V und 1,8 V Spannung versorgt. Außerdem laufen alle IO-Anschlusssignale über den Sockel.
Ein wichtiges Element des Rev-Pi Core ist das Netzteil. Um minimale Wärmeverluste zu bekommen, werden effiziente DC-DC-Wandler eingesetzt, die aus den in industriellen Schaltschränken üblichen 24 V die benötigten Betriebsspannungen erzeugen. Aber der Picore läuft nicht nur im genormten Spannungsbereich von 20,4 V bis 28,8 V, sondern auch noch bei nur 10,7 V Versorgungsspannung. Also können auch Autobatterien oder Solaranlagen als Spannungsquelle verwendet werden. Bei 24 V Versorgung übersteht der Picore einen Spannungseinbruch von 10 ms ohne Störungen (mit voller Belastung der USB-Buchsen) und sogar 25 ms ohne Last an den USB-Buchsen. Die Versorgungsspannung und eine Funktionserdung werden über einen robusten Steckverbinder von unten angeschlossen. Eine aufwendige Schutzbeschaltung garantiert die unbeeinträchtigte Funktion selbst bei massiven Störungen auf der Stromversorgungsleitung, sofern die Funktionserdung angeschlossen ist.
Der Rev-Pi Core verfügt über drei LED, die jeweils rot oder grün leuchten können. Eine der LED ist für die Kon­trolle des allgemeinen Status reserviert. Die anderen beiden LED werden über das Prozessabbild angesteuert. Je nach dort abgelegten Datenwert leuchten sie mit bestimmten ­Farben und Blinkrhythmen.
An der Frontseite stehen zwei USB-A-Buchsen zum Anschluss von USB-2.0-Client-Geräten zur Verfügung. Beide Buchsen stellen an den 5-V-Anschlüssen die vollen 500 mA Strom bereit. Dadurch können problemlos auch USB-Festplatten oder Surfsticks ohne externen aktiven Hub angeschlossen werden. Die Micro-USB-Buchse in der Mitte dient zum Anschluss eines USB-Host-Systems (üblicherweise ein PC) und schaltet den Rev-Pi Core in den passiven Speicherkarten-Modus um. So kann ein PC auf den eigebauten „eMMC“-Flash-Speicher zugreifen und dort zum Beispiel Software ablegen. An der RJ45-Ethernet-Buchse lässt sich ein LAN anschließen. Alternativ wird die Verbindung zu einem LAN über einen WLAN-USB-Dongle hergestellt. USB- und Ethernet-Anschlüsse verfügen über eine Schutzbeschaltung. Störeinstrahlungen oder ESD können dem Rev-Pi Core nichts anhaben. „Mit LAN, WLAN, Bluetooth sowie Bluetooth Low Energy ist unser Modul bestens für die ,IoT‘- und Cloud-Kommunikation vorbereitet”, betont J. Kurpat.
Der Broadcom-Prozessor stellt hochauflösende Grafikfunktionen zur Verfügung. Deshalb ist der Rev-Pi Core an der Oberseite mit einer Micro-HDMI-Buchse ausgestattet, über die ein Monitor mit Soundausgabe angeschlossen werden kann. Zusammen mit Maus und Tastatur über USB steht so ein vollwertiger PC zur Verfügung.
Eine Real Time Clock mit 24 h Pufferung über wartungsfreie Kondensatoren sorgt dafür, dass der Rev-Pi Core auch bei Netzausfall immer weiß, wie spät es ist. Sobald der Rev-Pi Core an das Internet angeschlossen ist, holt er sich die aktuelle Zeit von einem Timeserver und aktualisiert seinen RTC-Chip dann mit dieser Serverzeit.
Die Pibridge ist der Daten-Highway, der die einzelnen Module von Revolution-Pi miteinander verbindet. Über einen Systemsteckverbinder werden jeweils zwei benachbarte Module auf der Oberseite des Gehäuses miteinander verbunden. Drei Signaltypen werden über diesen Stecker zwischen den Modulen ausgetauscht: Vier Pins der Pibridge ermöglichen beim Startvorgang eine automatische Modulerkennung. Vier Pins der Pibridge dienen der schnellen Kommunikation kleinerer Datenpakete über eine serielle RS-485-Schnittstelle. Acht Pins ermöglichen den schnellen zyklischen Datenaustausch großer Datenmengen über Ethernetsignale. Diesen Kommunikationskanal nutzen die modularen Gateway-Scheiben von Kunbus, die bis zu 512 Byte von den Feldbussen als Master oder Slave einsammeln können. „Die Scheibenmodule lassen sich nahtlos an das IP20-Gehäuse des Hauptmoduls anreihen“, ergänzt J. Kurpat. „Damit entsteht ein komplettes Automatisierungssystem.“
„Eine komplette Konnektivität ist sichergestellt“, setzt J. Kurpat fort. „Unser Modul hat somit Verbindung zu den wichtigen Feldbussen, wie Profinet, Profibus sowie Ethercat, und außerdem zu Gebäudebussen, wie KNX/EIB, Enocean, Bacnet, Zigbee und Gebäudefunksystemen.“ Geplant ist laut dem Automatisierungsexperten auch eine halbhohe Version des Moduls für die Unterverteilung.

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