Komputery jednopłytkowe w aplikacjach przemysłowych

Na początku trzeciej dekady XXI wieku nikogo nie dziwi już wszechobecny trend modularyzacji urządzeń i podsystemów we wszystkich gałęziach elektroniki. Zastosowanie gotowych bloków funkcjonalnych pozwala nie tylko diametralnie skrócić czas potrzebny na opracowanie i wdrożenie nowego rozwiązania, ale także zwiększyć niezawodność docelowego systemu dzięki redukcji liczby miejsc, w których możliwe byłoby popełnienie błędów projektowych.

Posłuchaj
00:00

Do niedawna najczęściej stosowane były wszelkiej maści moduły komunikacji bezprzewodowej (WiFi, Bluetooth, GPS, GSM czy też niskopoziomowe transceivery ISM), ale dziś coraz większą popularnością cieszą się minikomputery jednopłytkowe zwane SBC (ang. Single-Board Computer). W tym artykule przedstawiamy wybrane rozwiązania, które sprawdzą się w różnego rodzaju aplikacjach przemysłowych.

SBC vs. SoM – dwie klasy rozwiązań

Choć od strony funkcjonalnej zastosowanie komputerów SBC oraz „komputerowych” modułów SoM pokrywa się w większości aplikacji, to obie te klasy rozwiązań różnią się zasadniczo pod względem uniwersalności, możliwości rozbudowy oraz łatwości modyfikacji i/lub serwisowania.

Minikomputery SBC

„Klasyczne” minikomputery jednopłytkowe, nierzadko wzorowane pod względem liczby i ułożenia złączy interfejsowych na kultowych Raspberry Pi Model B, pozwalają na natychmiastowe podłączenie standardowych urządzeń peryferyjnych używanych z komputerami stacjonarnymi, laptopami czy też komputerami panelowymi: myszy, klawiatur, pamięci masowych USB, routerów i switchy Ethernet czy też monitorów z wejściem HDMI. Takie rozwiązanie przyspiesza uruchomienie systemu i ułatwia wszelkie modyfikacje – co więcej, potrzebne peryferia (np. klawiaturę USB) można podłączyć tylko na czas wykonywania prac instalacyjnych bądź serwisowych i odłączyć po zakończeniu tej procedury przy łączności zdalnej “terminal SSH”. Komputer jest gotowy do pracy praktycznie od razu po wyjęciu z fabrycznego opakowania, gdyż system operacyjny w większości modeli uruchamia się z karty microSD. Nieco odmiennej instalacji wymagają natomiast modele wyposażone we wbudowaną pamięć eMMC bądź slot dla modułów takiej pamięci.

Moduł SoM

Moduły SoM wymagają wcześniejszej instalacji na płycie bazowej docelowego urządzenia jeszcze przed pierwszym uruchomieniem – dlatego też projektant PCB jest zobligowany do zapewnienia zewnętrznych obwodów zasilania oraz poprowadzenia ścieżek i ułożenia dodatkowych elementów zewnętrznych dla interfejsów (np. USB czy HDMI). Wiąże się to z koniecznością stosowania specjalnych metod projektowania szybkich obwodów drukowanych niezbędnych do zapewnienia pożądanej integralności sygnałów. Rozwiązania SoM są doskonałym wyborem dla aplikacji o ograniczonej ilości miejsca w obudowie, wymagają jednak większego nakładu pracy podczas prototypowania i uruchamiania nowego systemu wbudowanego. W przypadku komputerów-modułów SoM stopień integracji modułu z resztą urządzenia jest znacznie wyższy, niż dla analogicznych rozwiązań bazujących na większych minikomputerach jednopłytkowych. Brak konieczności łączenia elektroniki urządzenia z komputerem za pomocą kabli (np. USB), związany realizacją tych połączeń poprzez pady krawędziowe modułu bądź precyzyjne złącza typu board-to-board, sprawia, że komputery-moduły klasy SoM doskonale nadają się do aplikacji pracujących w warunkach wibracji czy wstrząsów.

Wybrane minikomputery do zastosowań przemysłowych (i nie tylko)

Oferta producentów minikomputerów rozwija się dynamicznie i pojawia się w niej coraz więcej rozwiązań dedykowanych do aplikacji komercyjnych. Wśród modułów SoM prym wiedzie minikomputer Raspberry Pi Compute Module, którego najnowsza wersja – RPi CM4 – oferuje nawet 8 GB pamięci RAM, do 32 GB wbudowanej pamięci eMMC, wbudowany moduł WiFi/Bluetooth i bazuje na procesorze Quad-core Cortex-A72 (ARM v8) 64-bit SoC taktowanym częstotliwością 1,5 GHz. W oparciu o moduł RPi CM3 powstała natomiast seria interesujących, modułowych sterowników PLC Revolution Pi RevPi Core 3 udostępniających użytkownikowi zaawansowane systemy zabezpieczeń (w tym systemy ochrony obwodu zasilania przed krótkotrwałym zanikiem napięcia czy też 8-kilowoltowe zabezpieczenia ESD), specjalnie opracowane interfejsy PiBridge do łączenia z modułami zewnętrznymi i – rzecz jasna – obudowy przystosowane do montażu na szynie DIN.

Do niewielkich systemów wbudowanych doskonale nadaje się miniaturowy moduł Seeed SoM, oparty na dwurdzeniowym, 650-megahercowym procesorze aplikacyjnym STM32MP157C z koprocesorem ARM Cortex-M4 wspierającym funkcje wymagające pracy w reżimie czasu rzeczywistego. Interesujące propozycje wprowadziła do swojej oferty marka UP Board – niewielkie minikomputery, oparte na procesorach prosto z laboratoriów Intel. Obsługują systemy Linux, Android 5.0 oraz Windows 10, a dodatkowo pozwalają na uzyskanie wysokiej niezawodności dzięki kompatybilnym zasilaczom UPS S.USV Industrial dostępnym w formie nakładki na 40-pinowe złącza GPIO minikomputera. Wszystkie wymienione w artykule moduły, jak i dedykowane akcesoria, dostępne są w stałej sprzedaży w sklepie dla robotyków Botland.

Źródło: Botland

Powiązane treści
Komputery jednopłytkowe i pamięci przemysłowe Flash
Na rynek wszedł komputer jednopłytkowy Raspberry Pi Pico 2
W pierwszym kwartale sprzedaż komputerów wzrosła o 45%
Zobacz więcej w kategorii: Gospodarka
Produkcja elektroniki
SEMI Europe publikuje zalecenia dotyczące rewizji REACH
Mikrokontrolery i IoT
Astute Group globalnym dystrybutorem układów pamięci i mikrokontrolerów Puya Semiconductor
Produkcja elektroniki
Rynek półprzewodników RF w fazie szybkiego wzrostu. Czy dla RF rozpoczyna się nowa era?
Produkcja elektroniki
Pierwiastki ziem rzadkich stały się narzędziem wojny handlowej
Komponenty
Farnell zacieśnia partnerstwo z Toshibą
Komponenty
Amtek łączy siły z EMKO CASE – czeskim producentem metalowych obudów dla elektroniki i przemysłu
Zobacz więcej z tagiem: Aktualności
Gospodarka
Mouser uruchamia nowe centrum zasobów skoncentrowane na automatyzacji
Gospodarka
Nowy oddział Würth Elektronik w Republice Południowej Afryki
Gospodarka
Portugalia potęgą w zakresie centrów danych?

Komponenty indukcyjne

Podzespoły indukcyjne determinują osiągi urządzeń z zakresu konwersji mocy, a więc dążenie do minimalizacji strat energii, ułatwiają miniaturyzację urządzeń, a także zapewniają zgodność z wymaganiami norm w zakresie EMC. Stąd rozwój elektromobilności, systemów energii odnawialnej, elektroniki użytkowej sprzyja znacząco temu segmentowi rynku. Zapotrzebowanie na komponenty o wysokiej jakości i stabilności płynie ponadto z aplikacji IT, telekomunikacji, energoelektroniki i oczywiście sektorów specjalnych: wojska, lotnictwa. Pozytywnym zauważalnym zjawiskiem w branży jest powolny, ale stały wzrost zainteresowania klientów rodzimą produkcją pomimo wyższych cen niż produktów azjatyckich. Natomiast paradoksalnie negatywnym zjawiskiem jest fakt, że jakość produktów azjatyckich jest coraz lepsza i jeśli stereotyp "chińskiej bylejakości" przestanie być popularny, to rodzima produkcja będzie miała problem z utrzymaniem się na rynku bez znaczących inwestycji w automatyzację i nowe technologie wykonania, kontroli jakości i pomiarów.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów