看看人家都用树莓派5做了什么产品？

文章作者：

Aleksandar Dakić

原文地址：

https://magazinmehatronika.com/edatec-ed-hmi3020-070c-hmi-recenzija/

Aleksandar Dakić《机电一体化》的杂志主编，同时Aleksandar 也是《机电一体化》杂志的创始人。拥有电气工程背景，并在专业期刊工作多年，他专注于《机电一体化》杂志的重点内容，并推动多项倡议。

ED-HMI3020-070C

总分：9.2分

性能: 9分
软件支持: 10分
外围设备和 IO: 10分
做工质量: 8分
价格: 9分

优点

许多网络选项 (千兆以太网 PoE、2.4/5 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5.0)
软件支持和稳定性在 SBC 领域，是无与伦比的
精心设计的扩展板提供了丰富的功能：SSD、用于 RTC 的不间断电源、扬声器和 RS232/485
网站上有详细的使用说明

缺点

屏幕相对较小，边框较大，且硬度为摩氏硬度 6
在满负荷连续运行时需要增加主动冷却

总结

ED-HMI3020-070C HMI 是一款完整的工业 HMI，基于 Raspberry Pi 5 设计，配备了7 英寸十点触控 LCD 屏幕和 RS232/485 通信，已实现千兆以太网、2.4/5 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth LE。丰富的开源和商业软件解决方案及专注的社区为这一 ARM 平台提供了顶尖解决方案。

过去,实现工业 HMI 设备曾是少数知名品牌的独家特权。起初出现的是廉价的克隆品,其质量参差不齐,只有爱好者在自用项目中才会采用。不久之后,市场上出现了第一批高性价比的优质型号,其性能完全满足最高标准。但它们的推广受到了一些限制。尽管市场不断推陈出新,但我们仍无法深入了解这些 HMI 设备的硬件和软件。

直到开源硬件的大玩家们登场。Raspberry Pi 率先证明了自家平台在工业领域的应用价值,甚至用它实现了自己工厂的控制系统。传统的 PLC 或工业 PC 的选择,如今变成了 PLC、工业 PC 或 SBC 三者并立。我们或许在 2020 年还对 SBC 在工业中的应用持怀疑态度,但如今我们已无需顾虑,只需思考一个问题：您是否意识到一款搭载 Linux 操作系统的 ARM Cortex-A76 四核 2.4 GHz CPU,配备 4GB（或 8GB）LPDDR4X 内存的平台,可以在工业过程控制和监测领域中能够完成多少任务？如果再加上一个 7 英寸 1024x600 分辨率的触摸 LCD 屏和 RS232/485 接口,那就是我们今天要评测的 ED-HMI3020-070C HMI 设备。

ED-HMI3020-070C HMI 硬件

ED-HMI3020-070C 设备以标准纸箱包装,表面贴有标签,内部用硬质海绵很好地固定。除了显示屏,包装中还附有几个螺丝和金属支架,能够方便地安装到面板上。HMI 设备本身十分紧凑,需要接入标准的 Raspberry Pi 或其他 5.1VDC/5A 的高质量 USB 电源供电。由于预装了 Raspberry Pi 32 位桌面操作系统,上电后即可直接使用。

尽管该显示屏支持 10 点触控,但并未预装虚拟键盘,因此您需要使用物理键盘和鼠标,至少在初期使用时是如此。

我们的型号采用 7 英寸显示屏,但也有 10.1 英寸屏幕版本。两者性能基本一致,只是 7 英寸屏略亮一些,达到 400 cd/m2,对比度为 1:800,最高分辨率为 1024×600,而 10.1 英寸屏的分辨率为 1280×800。两款显示屏响应时间都为 30 ms,可视角度均为 85°。

有效显示区域尺寸为 154×86 mm,周围有 1.5 cm 宽的黑色边框,无法用于显示内容。这在工业领域比较普遍,不过确实不如现代手机或平板电脑的屏幕方案。该显示屏表面硬度为 6H 级,容易被刮花,需要注意保护。

显示屏的背面和边缘都由金属外壳保护,外壳周围有2毫米厚的灰色装饰边框。这种金属外壳不仅为显示电子元件提供保护,在日常使用中也不会打开。外壳背面有两个接口连接器,一个用于电源输入,另一个是MIPI DSI 接口。

在我们的样机上,没有看到MIPI CSI接口,该接口通常只出现在集成有8MP摄像头的机型上。外壳背面还有Raspberry Pi主板的安装支架,可以用四颗螺丝固定。外壳可以很容易地与显示屏分离,里面是搭载相关电子元件的单板计算机。整个外壳完全由金属制成,侧面有开孔用于空气流通,但没有安装任何风扇。

当我们观察这个金属外壳时,最引人注目的是上面的大块黑色被动式散热片,上面印有 Edatec 的标识。这个散热片完全遮挡住了单板计算机,并通过热界面材料与 CPU、内存和 R1 芯片接触进行散热。

外壳上还有用于 MIPI CSI、MIPI DSI 和 PCIe 扁平电缆的接口孔、电池连接器、UART 接口和 PoE 引脚。侧面还有 GPIO 接口,这里用于连接扩展板。由于这个型号的目标应用是工业级 HMI,因此这个 GPIO 接口主要用于连接扩展板的信号。

上海晶珩采用 CNC 加工金属制作了这款开放式被动散热外壳,并将其作为独立产品销售。我们可以将其识别为"Passive Cooling Open CNC Raspberry Pi 5 Case"。

这种外壳由两块金属散热片组成:

上面的散热片与 Edatec ED-HMI3020-070C HMI 使用的散热片完全相同。
下面的散热片完全覆盖有热界面材料,直接贴合在 Raspberry Pi 5 主板的底部,形成夹芯结构。

这两块散热片都是通过四颗长螺丝固定在一起的。该设计不需要额外的风扇,依靠开放环境中的自然对流进行散热。

树莓派5 CNC 开放式散热外壳

我们从之前的测试中知道,自由的空气流通足以保持处理器在工作温度范围内,但我们对这种被动解决方案在完全封闭的机箱中表现如何感到怀疑,因为机箱内还有额外的 SSD。测试结果显示,37 分钟后还是会出现热量限制,温度缓慢上升,最终达到 80°C。因此,会降低工作时钟频率,以阻止温度继续上升,因为在封闭的机箱中,这种温度可能会危及 SSD 和其他电子元件。

规定的工作环境温度范围是 -25°C 到 60°C。我们是在 30°C 的环境温度下进行的加热测试。因此我们建议按照HMI外壳上的开口充分排除机柜内的热空气。

在 Raspberry Pi 机箱内部, 还有一个额外的扩展板,可以扩展 Raspberry Pi 5 SBC 本身的通信功能。

对于需要快速访问大量数据的应用场景,增加 SSD 驱动器非常重要。这个 SSD 驱动器安装在机箱的底部,隐藏在视线之外。由于 SSD 在工作时自然会发热,而它又没有与机箱底部接触的热界面层,因此其产生的热量会直接散发到空气中,而不会传导到 SBC 主板底部。

这款机箱支持安装尺寸为 2242 的 M.2 NVMe SSD,也兼容 2260 和 2230 尺寸的 SSD。但常见的 2280 尺寸由于过长无法安装。

根据型号不同,内置的 SSD 容量可以是 128GB 或 256GB,也有不带 SSD 的版本。测试显示,内置的 SSD 质量良好,读写速度分别达到 469MB/s 和 404MB/s,在 PCIe Gen3 模式下读取速度甚至高达 890MB/s,访问延迟为 0.05ms。

不过,在工业环境中是否应该完全发挥这种极高的硬件性能,这需要项目团队在每个现场进行权衡。

机箱右侧还有一个黑色的塑料盒,内装有一个 4Ω 3W 的扬声器。在我们的样品中,在音频播放过程中,这个扬声器一直存在劈啪声。我们无法确定是硬件质量问题,还是某些线缆或连接器出现了问题。

ED-HMI3020-070C 内部

在这个扩展板上还焊接了一个以太网供电(PoE)模块,除此之外还提供了以下功能:

额外的蜂鸣器
音频输入和输出接口
工业级 RS232 和 RS485 连接接口

所有这些信号接口都引出到了机箱背面。在扩展板上还添加了一个超级电容(SuperCAP)以及 CR1220 备用电池支持,以确保即使主机供电断开,实时时钟(RTC)和系统时钟也能持续供电保持稳定。

在机箱的左侧面从左到右依次排布有以下元件:

4个指示灯:一个可编程的绿色ACT指示灯、一个红色PWR电源指示灯(当HMI开机时亮起)、两个用于可视化UART通信的绿色COM1和COM2指示灯。
两个3.5mm立体声音频接口,一个用于音频输入,一个用于音频输出。
一个组合式RS232/RS485接口,带有120Ω的终端电阻,使用Phoenix端子连接。

ED-HMI3020-070C HMI设备只有一组RS232/RS485接口,这对于HMI设备的使用已经足够了。如果需要更多的通信接口和线路,可以考虑选择上海晶珩的 CM4 Industrial 设备,它具有更多的端口和通信接口,但没有内置显示屏。

之前提到的那些连接器都是通过扩展板实现的。接下来介绍的是Raspberry Pi 5主板本身的连接器:

两个USB-A 2.0接口,传输速度为40/3.3MB/s
两个USB-A 3.0接口,传输速度为394/322MB/s
一个千兆以太网PoE接口

除此之外,Raspberry Pi 5以及这个HMI设备还集成了2.4GHz/5GHz Wi-Fi和5.0 Bluetooth LE,这使得它非常适合用于边缘计算应用,可以无缝接入有线或无线网络。

在Raspberry Pi 5主板的另一侧,有两个micro HDMI接口和一个USB-C电源接口。micro HDMI接口可以输出4K 60Hz的高清视频,因此可以连接两个大尺寸的信息显示屏,可以在这两个4K屏上单独显示桌面或者分屏显示。不过micro HDMI接口的物理结构比较脆弱,且排布也比较紧凑,这在实际使用中可能会带来一些不便。

ED-HMI3020-070C HMI 端口

在Raspberry Pi 5主板上还有一个microSD卡槽,用于插入存储卡。我们在测试microSD卡的速度时,使用了Flexxon FxAdv II嵌入式计算机和Raspberry Pi专用的microSD卡,它在我们的测试中表现出色,具有出色的读写速度和安全特性。读取速度达到93.3MB/s,写入速度达到40MB/s,访问延迟仅0.42ms。

紧挨着microSD卡槽,还有一个用于开/关按钮的开口。这个按钮终于在Raspberry Pi 5型号上集成到主板上了,需要使用尖头物品才能触发,避免了意外触发的问题。