文章作者：Aleksandar Daki?原文地址：
https://magazinmehatronika.com/edatec-ed-hmi3020-070c-hmi-recenzija/Aleksandar Daki?《機(jī)電一體化》的雜志主編，同時(shí)Aleksandar 也是《機(jī)電一體化》雜志的創(chuàng)始人。擁有電氣工程背景，并在專業(yè)期刊工作多年，他專注于《機(jī)電一體化》雜志的重點(diǎn)內(nèi)容，并推動(dòng)多項(xiàng)倡議。

ED-HMI3020-070C總分：9.2分

性能: 9分

軟件支持: 10分

外圍設(shè)備和 IO: 10分

做工質(zhì)量: 8分

價(jià)格: 9分

優(yōu)點(diǎn)

• 許多網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng) (千兆以太網(wǎng) PoE、2.4/5 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5.0)
• 軟件支持和穩(wěn)定性在 SBC 領(lǐng)域，是無(wú)與倫比的
• 精心設(shè)計(jì)的擴(kuò)展板提供了豐富的功能：SSD、用于 RTC 的不間斷電源、揚(yáng)聲器和 RS232/485
• 網(wǎng)站上有詳細(xì)的使用說(shuō)明

缺點(diǎn)

• 屏幕相對(duì)較小，邊框較大，且硬度為摩氏硬度 6
• 在滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行時(shí)需要增加主動(dòng)冷卻

總結(jié)

ED-HMI3020-070C HMI 是一款完整的工業(yè) HMI，基于 Raspberry Pi 5 設(shè)計(jì)，配備了7 英寸十點(diǎn)觸控 LCD 屏幕和 RS232/485 通信，已實(shí)現(xiàn)千兆以太網(wǎng)、2.4/5 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth LE。豐富的開源和商業(yè)軟件解決方案及專注的社區(qū)為這一 ARM 平臺(tái)提供了頂尖解決方案。過(guò)去,實(shí)現(xiàn)工業(yè) HMI 設(shè)備曾是少數(shù)知名品牌的獨(dú)家特權(quán)。起初出現(xiàn)的是廉價(jià)的克隆品,其質(zhì)量參差不齊,只有愛(ài)好者在自用項(xiàng)目中才會(huì)采用。不久之后,市場(chǎng)上出現(xiàn)了第一批高性價(jià)比的優(yōu)質(zhì)型號(hào),其性能完全滿足最高標(biāo)準(zhǔn)。但它們的推廣受到了一些限制。盡管市場(chǎng)不斷推陳出新,但我們?nèi)詿o(wú)法深入了解這些 HMI 設(shè)備的硬件和軟件。直到開源硬件的大玩家們登場(chǎng)。Raspberry Pi 率先證明了自家平臺(tái)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值,甚至用它實(shí)現(xiàn)了自己工廠的控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的 PLC 或工業(yè) PC 的選擇,如今變成了 PLC、工業(yè) PC 或 SBC 三者并立。我們或許在 2020 年還對(duì) SBC 在工業(yè)中的應(yīng)用持懷疑態(tài)度,但如今我們已無(wú)需顧慮,只需思考一個(gè)問(wèn)題：您是否意識(shí)到一款搭載 Linux 操作系統(tǒng)的 ARM Cortex-A76 四核 2.4 GHz CPU,配備 4GB（或 8GB）LPDDR4X 內(nèi)存的平臺(tái),可以在工業(yè)過(guò)程控制和監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中能夠完成多少任務(wù)？如果再加上一個(gè) 7 英寸 1024x600 分辨率的觸摸 LCD 屏和 RS232/485 接口,那就是我們今天要評(píng)測(cè)的 ED-HMI3020-070C HMI 設(shè)備。

ED-HMI3020-070C HMI 硬件

ED-HMI3020-070C 設(shè)備以標(biāo)準(zhǔn)紙箱包裝,表面貼有標(biāo)簽,內(nèi)部用硬質(zhì)海綿很好地固定。除了顯示屏,包裝中還附有幾個(gè)螺絲和金屬支架,能夠方便地安裝到面板上。HMI 設(shè)備本身十分緊湊,需要接入標(biāo)準(zhǔn)的 Raspberry Pi 或其他 5.1VDC/5A 的高質(zhì)量 USB 電源供電。由于預(yù)裝了 Raspberry Pi 32 位桌面操作系統(tǒng),上電后即可直接使用。盡管該顯示屏支持 10 點(diǎn)觸控,但并未預(yù)裝虛擬鍵盤,因此您需要使用物理鍵盤和鼠標(biāo),至少在初期使用時(shí)是如此。我們的型號(hào)采用 7 英寸顯示屏,但也有 10.1 英寸屏幕版本。兩者性能基本一致,只是 7 英寸屏略亮一些,達(dá)到 400 cd/m2,對(duì)比度為 1:800,最高分辨率為 1024×600,而 10.1 英寸屏的分辨率為 1280×800。兩款顯示屏響應(yīng)時(shí)間都為 30 ms,可視角度均為 85°。有效顯示區(qū)域尺寸為 154×86 mm,周圍有 1.5 cm 寬的黑色邊框,無(wú)法用于顯示內(nèi)容。這在工業(yè)領(lǐng)域比較普遍,不過(guò)確實(shí)不如現(xiàn)代手機(jī)或平板電腦的屏幕方案。該顯示屏表面硬度為 6H 級(jí),容易被刮花,需要注意保護(hù)。

顯示屏的背面和邊緣都由金屬外殼保護(hù),外殼周圍有2毫米厚的灰色裝飾邊框。這種金屬外殼不僅為顯示電子元件提供保護(hù),在日常使用中也不會(huì)打開。外殼背面有兩個(gè)接口連接器,一個(gè)用于電源輸入,另一個(gè)是MIPI DSI 接口。在我們的樣機(jī)上,沒(méi)有看到MIPI CSI接口,該接口通常只出現(xiàn)在集成有8MP攝像頭的機(jī)型上。外殼背面還有Raspberry Pi主板的安裝支架,可以用四顆螺絲固定。外殼可以很容易地與顯示屏分離,里面是搭載相關(guān)電子元件的單板計(jì)算機(jī)。整個(gè)外殼完全由金屬制成,側(cè)面有開孔用于空氣流通,但沒(méi)有安裝任何風(fēng)扇。

當(dāng)我們觀察這個(gè)金屬外殼時(shí),最引人注目的是上面的大塊黑色被動(dòng)式散熱片,上面印有 Edatec 的標(biāo)識(shí)。這個(gè)散熱片完全遮擋住了單板計(jì)算機(jī),并通過(guò)熱界面材料與 CPU、內(nèi)存和 R1 芯片接觸進(jìn)行散熱。外殼上還有用于 MIPI CSI、MIPI DSI 和 PCIe 扁平電纜的接口孔、電池連接器、UART 接口和 PoE 引腳。側(cè)面還有 GPIO 接口,這里用于連接擴(kuò)展板。由于這個(gè)型號(hào)的目標(biāo)應(yīng)用是工業(yè)級(jí) HMI,因此這個(gè) GPIO 接口主要用于連接擴(kuò)展板的信號(hào)。

上海晶珩采用 CNC 加工金屬制作了這款開放式被動(dòng)散熱外殼,并將其作為獨(dú)立產(chǎn)品銷售。我們可以將其識(shí)別為"Passive Cooling Open CNC Raspberry Pi 5 Case"。

這種外殼由兩塊金屬散熱片組成:

上面的散熱片與 Edatec ED-HMI3020-070C HMI 使用的散熱片完全相同。

下面的散熱片完全覆蓋有熱界面材料,直接貼合在 Raspberry Pi 5 主板的底部,形成夾芯結(jié)構(gòu)。

這兩塊散熱片都是通過(guò)四顆長(zhǎng)螺絲固定在一起的。該設(shè)計(jì)不需要額外的風(fēng)扇,依靠開放環(huán)境中的自然對(duì)流進(jìn)行散熱。

樹莓派5 CNC 開放式散熱外殼

我們從之前的測(cè)試中知道,自由的空氣流通足以保持處理器在工作溫度范圍內(nèi),但我們對(duì)這種被動(dòng)解決方案在完全封閉的機(jī)箱中表現(xiàn)如何感到懷疑,因?yàn)闄C(jī)箱內(nèi)還有額外的 SSD。測(cè)試結(jié)果顯示,37 分鐘后還是會(huì)出現(xiàn)熱量限制,溫度緩慢上升,最終達(dá)到 80°C。因此,會(huì)降低工作時(shí)鐘頻率,以阻止溫度繼續(xù)上升,因?yàn)樵诜忾]的機(jī)箱中,這種溫度可能會(huì)危及 SSD 和其他電子元件。規(guī)定的工作環(huán)境溫度范圍是 -25°C 到 60°C。我們是在 30°C 的環(huán)境溫度下進(jìn)行的加熱測(cè)試。因此我們建議按照HMI外殼上的開口充分排除機(jī)柜內(nèi)的熱空氣。

在 Raspberry Pi 機(jī)箱內(nèi)部, 還有一個(gè)額外的擴(kuò)展板,可以擴(kuò)展 Raspberry Pi 5 SBC 本身的通信功能。對(duì)于需要快速訪問(wèn)大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景,增加 SSD 驅(qū)動(dòng)器非常重要。這個(gè) SSD 驅(qū)動(dòng)器安裝在機(jī)箱的底部,隱藏在視線之外。由于 SSD 在工作時(shí)自然會(huì)發(fā)熱,而它又沒(méi)有與機(jī)箱底部接觸的熱界面層,因此其產(chǎn)生的熱量會(huì)直接散發(fā)到空氣中,而不會(huì)傳導(dǎo)到 SBC 主板底部。這款機(jī)箱支持安裝尺寸為 2242 的 M.2 NVMe SSD,也兼容 2260 和 2230 尺寸的 SSD。但常見(jiàn)的 2280 尺寸由于過(guò)長(zhǎng)無(wú)法安裝。根據(jù)型號(hào)不同,內(nèi)置的 SSD 容量可以是 128GB 或 256GB,也有不帶 SSD 的版本。測(cè)試顯示,內(nèi)置的 SSD 質(zhì)量良好,讀寫速度分別達(dá)到 469MB/s 和 404MB/s,在 PCIe Gen3 模式下讀取速度甚至高達(dá) 890MB/s,訪問(wèn)延遲為 0.05ms。不過(guò),在工業(yè)環(huán)境中是否應(yīng)該完全發(fā)揮這種極高的硬件性能,這需要項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行權(quán)衡。機(jī)箱右側(cè)還有一個(gè)黑色的塑料盒,內(nèi)裝有一個(gè) 4Ω 3W 的揚(yáng)聲器。在我們的樣品中,在音頻播放過(guò)程中,這個(gè)揚(yáng)聲器一直存在劈啪聲。我們無(wú)法確定是硬件質(zhì)量問(wèn)題,還是某些線纜或連接器出現(xiàn)了問(wèn)題。

ED-HMI3020-070C 內(nèi)部

在這個(gè)擴(kuò)展板上還焊接了一個(gè)以太網(wǎng)供電(PoE)模塊,除此之外還提供了以下功能:

• 額外的蜂鳴器
• 音頻輸入和輸出接口
• 工業(yè)級(jí) RS232 和 RS485 連接接口

所有這些信號(hào)接口都引出到了機(jī)箱背面。在擴(kuò)展板上還添加了一個(gè)超級(jí)電容(SuperCAP)以及 CR1220 備用電池支持,以確保即使主機(jī)供電斷開,實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和系統(tǒng)時(shí)鐘也能持續(xù)供電保持穩(wěn)定。

在機(jī)箱的左側(cè)面從左到右依次排布有以下元件:

• 4個(gè)指示燈:一個(gè)可編程的綠色ACT指示燈、一個(gè)紅色PWR電源指示燈(當(dāng)HMI開機(jī)時(shí)亮起)、兩個(gè)用于可視化UART通信的綠色COM1和COM2指示燈。
• 兩個(gè)3.5mm立體聲音頻接口,一個(gè)用于音頻輸入,一個(gè)用于音頻輸出。
• 一個(gè)組合式RS232/RS485接口,帶有120Ω的終端電阻,使用Phoenix端子連接。

ED-HMI3020-070C HMI設(shè)備只有一組RS232/RS485接口,這對(duì)于HMI設(shè)備的使用已經(jīng)足夠了。如果需要更多的通信接口和線路,可以考慮選擇上海晶珩的 CM4 Industrial 設(shè)備,它具有更多的端口和通信接口,但沒(méi)有內(nèi)置顯示屏。

之前提到的那些連接器都是通過(guò)擴(kuò)展板實(shí)現(xiàn)的。接下來(lái)介紹的是Raspberry Pi 5主板本身的連接器:

• 兩個(gè)USB-A 2.0接口,傳輸速度為40/3.3MB/s
• 兩個(gè)USB-A 3.0接口,傳輸速度為394/322MB/s
• 一個(gè)千兆以太網(wǎng)PoE接口

除此之外,Raspberry Pi 5以及這個(gè)HMI設(shè)備還集成了2.4GHz/5GHz Wi-Fi和5.0 Bluetooth LE,這使得它非常適合用于邊緣計(jì)算應(yīng)用,可以無(wú)縫接入有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在Raspberry Pi 5主板的另一側(cè),有兩個(gè)micro HDMI接口和一個(gè)USB-C電源接口。micro HDMI接口可以輸出4K 60Hz的高清視頻,因此可以連接兩個(gè)大尺寸的信息顯示屏,可以在這兩個(gè)4K屏上單獨(dú)顯示桌面或者分屏顯示。不過(guò)micro HDMI接口的物理結(jié)構(gòu)比較脆弱,且排布也比較緊湊,這在實(shí)際使用中可能會(huì)帶來(lái)一些不便。ED-HMI3020-070C HMI 端口在Raspberry Pi 5主板上還有一個(gè)microSD卡槽,用于插入存儲(chǔ)卡。我們?cè)跍y(cè)試microSD卡的速度時(shí),使用了Flexxon FxAdv II嵌入式計(jì)算機(jī)和Raspberry Pi專用的microSD卡,它在我們的測(cè)試中表現(xiàn)出色,具有出色的讀寫速度和安全特性。讀取速度達(dá)到93.3MB/s,寫入速度達(dá)到40MB/s,訪問(wèn)延遲僅0.42ms。緊挨著microSD卡槽,還有一個(gè)用于開/關(guān)按鈕的開口。這個(gè)按鈕終于在Raspberry Pi 5型號(hào)上集成到主板上了,需要使用尖頭物品才能觸發(fā),避免了意外觸發(fā)的問(wèn)題。
在工業(yè)環(huán)境中,設(shè)備必須正確接地,這一點(diǎn)上海晶珩在設(shè)計(jì)這款HMI設(shè)備時(shí)是已經(jīng)考慮到的。他們?cè)诮饘偻鈿ど蠈ｉT設(shè)計(jì)了一個(gè)接地觸點(diǎn),這有效解決了靜電問(wèn)題,確保了這款觸摸屏HMI設(shè)備的可靠性和安全性。

ED-HMI3020-070C HMI 軟件

這款HMI設(shè)備的核心是基于Raspberry Pi 5單板計(jì)算機(jī)。因此,預(yù)裝的操作系統(tǒng)應(yīng)該是Raspberry Pi OS,可以選擇32位或64位版本,桌面或服務(wù)器版本。最佳選擇是下載64位版本的Raspberry Pi OS桌面版,基于Debian 12(bookworm),這可以最好地發(fā)揮ED-HMI3020-070C HMI的硬件性能。不過(guò),在安裝原版Raspberry Pi OS之后,還需要額外添加驅(qū)動(dòng)程序,以支持HMI設(shè)備擴(kuò)展卡的所有功能。這個(gè)定制過(guò)程可以通過(guò)上海晶珩的網(wǎng)站上提供的詳細(xì)說(shuō)明和腳本來(lái)完成。使用官方的Raspberry Pi OS有兩大好處:一是能確保系統(tǒng)始終保持最新,二是可以充分利用為Raspberry Pi設(shè)計(jì)的大量應(yīng)用程序和軟件包。32位版本還能向后兼容更多舊版應(yīng)用程序。因此"Powered by Raspberry Pi"這個(gè)標(biāo)識(shí)對(duì)于這款HMI產(chǎn)品來(lái)說(shuō)非常重要和恰當(dāng)。

在工業(yè)應(yīng)用方面,除了可以編寫自定義應(yīng)用程序之外,還可以使用一些優(yōu)秀的付費(fèi)和免費(fèi)軟件包。FUXA是一款開源的SCADA系統(tǒng),非常適合在這個(gè)平臺(tái)上使用。還應(yīng)該考慮使用openPLC作為SBC控制軟件包,用于編寫標(biāo)準(zhǔn)的梯形圖程序,以及Node-RED這個(gè)低代碼編程工具。在智能家居領(lǐng)域,最常用的是Home Assistant Supervised系統(tǒng),它擁有大量針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的現(xiàn)成模塊。

結(jié)論ED-HMI3020-070C HMI是一款集開放軟硬件于一體的產(chǎn)品,采用了現(xiàn)代SBC技術(shù)、強(qiáng)大的ARM處理器內(nèi)核,并具有人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用潛力,為工業(yè)控制帶來(lái)了新的可能。Raspberry Pi平臺(tái)已經(jīng)在機(jī)械和過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛認(rèn)可和認(rèn)證。其出色的軟件支持,從早期開發(fā)到現(xiàn)在保持了很好的向下兼容性,催生了大量免費(fèi)和商業(yè)的管理及可視化工具,成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。將工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)集成到這個(gè)平臺(tái)上,不僅帶來(lái)了出色的性能,還確保了安全性和可靠性,使其完全融入到生產(chǎn)過(guò)程中。除了基于Raspberry Pi 4的工業(yè)PC產(chǎn)品線,上海晶珩還推出了基于更強(qiáng)大、更現(xiàn)代的Raspberry Pi 5平臺(tái)的HMI設(shè)備。ED-HMI3020-070C HMI產(chǎn)品集開放、現(xiàn)代、強(qiáng)大的硬件和軟件于一體,為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域提供了全新的解決方案。

ED-HMI3020-070C HMI設(shè)備的價(jià)格在200美元到300美元之間,根據(jù)內(nèi)存容量、集成SSD的大小以及觸摸屏尺寸的不同而有所差異。與同類產(chǎn)品相比,其性能和可靠性明顯更優(yōu)。這個(gè)硬件平臺(tái)得到了開源社區(qū)和商業(yè)生產(chǎn)商的廣泛支持。比如 CODESYS 提供的"Codesys control for Raspberry Pi"軟件,使這個(gè)平臺(tái)與傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制硬件產(chǎn)品相比肩。除了工業(yè)自動(dòng)化,這種基于Raspberry Pi的HMI設(shè)備也廣泛應(yīng)用于智能建筑、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、監(jiān)測(cè)和檢測(cè)等領(lǐng)域,以及嵌入式和邊緣計(jì)算解決方案。