Arduino & Pi

Что случится, если отправить промышленный миникомпьютер в условия вечной мерзлоты? В этом эксперименте мы подвергли суровым испытаниям образец Raspberry PI CM4 на материнской плате российской разработки AntexGate v2, чтобы проверить реальные возможности этого тандема.

На выходных жена заставила помыть холодильник, и меня осенило! А что, если проверить, как электроника поведет себя в таких экстремальных условиях? Ведь в мире промышленной автоматизации надежность оборудования при низких температурах — это не просто пожелание, а необходимость. Многие сталкивались с перегревом гаджетов, но мало кто задумывался, как они справятся с настоящим холодом.

Так родилась идея испытать миникомпьютер AntexGate v2 который работает на RaspberryCM4 в условиях, где даже самые стойкие компоненты могут «замерзнуть». И, как выяснилось, не зря. Сегодня мы расскажем, как это устройство прошло проверку в условиях, где даже опытные исследователи Арктики предпочли бы надеть дополнительный слой термобелья.

Что такое AntexGate v2?

AntexGate v2 — это вторая ревизия миникомпьютера, созданного на базе Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) в миниатюрном форм-факторе для встраиваемых приложений. Устройство разработано для использования в промышленных условиях.

Подробные характеристики →

Живой обмен опытом в телеграм →

Испытания в «Мини Сабзеро»

Для проведения тестов использовалась климатическая камера Tabai MC-71, которую в шутку прозвали «Мини Сабзеро». Эта камера способна создавать температуру от -80°C до +100°C с точностью поддержания ±0.5°C. Внутренний объем камеры — 64 литра, что вполне хватает, чтобы устроить миникомпьютеру настоящий «ледяной стендап». Если бы у AntexGate v2 был микрофон, он бы наверняка пошутил: «Ну что, ребята, кто тут следующий замерзнет? Я уже готов к своему выступлению!» Итак общий вид.

Стенд для испытаний:

1. Внутри камеры: AntexGate v2.

2. Снаружи в безопасных условиях: блок питания АКИП-1160, монитор, клавиатура и мышь.

3. Программное обеспечение: ОС Raspbian, тесты PassMark PerformanceTest, Node-RED для проверки обмена данными через порты RS485.

Методика испытаний

Испытания AntexGate v2 проводились в несколько этапов и начались с обычной комнатной температуры — здесь устройство чувствовало себя как дома.

Следующий этап — -20°C. Через специальное окошко климатической камеры мы наблюдали, как миникомпьютер спокойно переносит первые морозы. Прохлаждаясь 30 минут, он включился без малейших задержек, будто это был для него обычный рабочий день. Но это была лишь разминка перед настоящим вызовом.

Затем температуру опустили до -40°C. Все интерфейсы работали как часы, а мы, наблюдая через окошко, только переглядывались: «Неужели устройство выдерживает заявленные температурные параметры!» Ставим зачет, двигаемся дальше!

Самое интересное началось, когда мы решили устроить настоящий экзамен! Мы оставили устройство в выключенном состоянии в климатической камере, чтобы охладить до -65°C и разошлись по домам. Сабзеро пыхтел всю ночь... По прошествии суток, мы подняли температуру до рабочих -40°C, подали питание... AntexGate v2 включился так же легко, как будто только что вышел из теплой комнаты. Были переживания по поводу реакции на низкую температуру пластика микроразъема, между материнской платой и Raspberry Pi CM4, что могло привести к отсоединению контактов, но AntexGate v2 даже не дрогнул.

Максимальное потребление энергии во время испытаний не превышало 10 Вт, что подтверждает энергоэффективность устройства и отсутствие элементов, «согревающих» плату. Единственным согревающим элементом был спирт, которым тщательно отмыты платы на производстве!

Когда мы прошли все тесты на заявленные -40°C, решили не останавливаться и попробовать “добить” тестовый экземпляр. Ведь он как раз для того и был предназначен — чтобы найти его предельные характеристики. Мы опустили температуру до -65°C и начали экспериментировать с запусками. При -65°C устройство успешно прошло тесты PassMark PerformanceTest, причем обмен данными через порты RS485 оставался стабильным.

И тут в дело включилась физика: при таких экстремальных температурах все номиналы компонентов на плате начинают отклоняться от нормы. Снижение сопротивления привело к ускорению работы оперативной памяти. Если кому-то вдруг понадобится ускорить ОЗУ и снизить скорость отклика на 5%, можно взять наш метод на вооружение — просто охладите устройство до -65°C.

Но, честно говоря, мы не рекомендуем использовать AntexGate v2 на таком пределе. Хотя сам контроллер справился, мы не можем гарантировать стабильную работу периферии — например, модема, жесткого диска или других модулей, которые пользователь подключит самостоятельно. Заявленные -40°C устройство прошло на ура, так что русскую зиму оно переживет даже без шапки-ушанки. А вот до -65°C — это уже на свой страх и риск.

Подводим итоги

AntexGate v2 оказался настоящим «моржом» среди миникомпьютеров, бросив вызов экстремальным температурам и удивив даже скептиков. Когда температура в камере упала до -65°C, никто не верил, что устройство включится. Но оно не только заработало, но и показало отличную производительность, будто такие морозы для него — обычное дело.

Если вам интересно узнать больше о возможностях этого устройства или поделиться своим опытом использования, присоединяйтесь к нашему Telegram-каналу. Здесь кипит живое общение: пользователи и разработчики AntexGate обсуждают настройки, делятся лайфхаками и помогают друг другу решать задачи. Это место, где вы найдете ответы на свои вопросы и вдохновение для новых проектов!

PS/

Многие после прочтения скажут, что это просто ничего не значит и главное высокие температуры, но в нашем канале отписывались клиенты о реальных испытаниях на +102 градуса Цельсия, к сожалению выше устройство отключилось и вернулось к стабильной работе после остывания. Вот Вам и raspberry для "гиков" хотя если почитать состав микросхем на борту Raspberry и AntexGate там только самые именитые и нежадные микросхемы (FTDI, Microchip, Broadcom, Samsung, TI и другие).

3. Настройка sudoers

3.1. Редактирование файла sudoers

Редактируем sudoers, добавляем пользователю pi все разрешения.
Этот этап очень важный и нельзя ошибиться. При открытии может потребоваться закрыть 2 страницу (Ctrl+X):

sudo nano edit /etc/sudoers

Добавляем в следующий блок:

#User privilege specification

root  root ALL=(ALL:ALL) ALL

pi  ALL=(ALL:ALL) ALL  // этот блок без сноски

Сохраняем изменения (Ctrl+O, подтверждаем, Ctrl+X – закрываем).

3.2. Перезагрузка системы

sudo reboot

4. Установка необходимых пакетов

4.1. Установка net-tools

sudo apt-get install net-tools –y

4.2. Установка остальных пакетов (копируем целиком)

sudo apt install -y \

git \

make \

gcc \

libncurses-dev \

libusb-1.0-0-dev \

python3-virtualenv \

python3-dev \

avrdude \

zlib1g-dev \

libjpeg-dev \

libopenjp2-7-dev \

libtiff5-dev \

libfreetype6-dev \

liblcms2-dev \

libwebp-dev

5. Обновление системы

5.1. Обновляем установленные пакеты и систему

sudo apt update && sudo apt upgrade –y

6. Расширение оперативной памяти

6.1. Увеличиваем объем оперативной памяти до 2 ГБ

sudo fallocate -l 2G /swapfile

sudo chmod 600 /swapfile

sudo mkswap /swapfile

sudo swapon /swapfile

echo '/swapfile none swap sw 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

7. Увеличение объёма папки /tmp

7.1. Редактируем /etc/fstab

sudo nano /etc/fstab

Найдите строку:

tmpfs /tmp tmpfs defaults,nosuid 0 0

Измените её, добавив параметр size=512M:

tmpfs /tmp tmpfs defaults,nosuid,size=512M 0 0  (должно выглядеть так)

Сохраните файл (Ctrl+O, затем Enter) и выйдите (Ctrl+X).

7.2. Перезагрузка системы

sudo reboot

8. Установка скрипта KIAUH

8.1. Клонирование репозитория и запуск скрипта

sudo git clone https://github.com/th33xitus/kiauh.git

запускаем KIAUH
./kiauh/kiauh.sh 

8.2. Установка компонентов

Устанавливаем:

• Klipper для 1 машины*

• Выбираем Python 3.x

• Moonraker

• Fluidd или Mainsail (веб-окружение)

Этап второй - я назову его: Развитием.

Начну с конструкции и изменений, а так же что послужило причиной этих изменений:

Причины:

• DC-DC преобразователь на 2 Ампера(3 Ампера в пике и с радиатором) не подходил. Он жутко грелся, а лента в пике по расчетам могла потреблять до 5 ампер, поэтому предыдущая конструкция была жутко доколхожена вторым DC-DC модулем в параллель для хоть какого то запаса по амперажу, но это тоже особо не помогло. Поэтому два дешевых модуля были заменены на XL4016E 9A. Так как они полностью удовлетворяют моим требованиям по размеру, мощности и цене.

• Добавления акселерометра для одной очень замысловатой анимации.

• Перенос порта питания на другое место и соответственно изменения модели под это дело.

И вот какую внутрянку я получил, после некоторых мытарств.

Поверх собственно ленты, на следующий выступ, одевается рассеиватель, а сверху скрепляется все крышкой.

В реальности цилиндр с LED лентой выглядит вот так:

Это что касается конструкции и железа. Что касается софтверной части, ох и много же там было проблем. Ниже опишу и проблемы и все

• Проект был сделан в скетче, что со временем усложнило его модификацию, отладку и работу с ним в целом. Работа в Arduino IDE мягко скажем, не была столь удобной. Поэтому проект был перенесен на VS Code в связке с PIO, где произошел рефакторинг и разделение всех функций на отдельные файлы прям как по ООП. (эх, если б я был профи и знал заранее, я бы не потратил столько времени на этот этап)

• Интерфейс был допатопным, морально устаревшим, а так как его прям делать снова с 0 не хотелось, поэтому он был доработан, добавлены красивости и тд. Но мне кажется, я ещё не удволетворил все свои хотелки. и впереди меня ждет очень много интересных визуальных изменений.

• Отсутствие серверной части. Я хочу видеть подключенные лампы к сети интернет, на какой прошивке они сейчас, какой аптайм у них, какой город у пользователя и какая анимация включена. Иметь возможность перепрошивки удаленно на выбранную прошивку и возможность смены анимации так же удаленно. Удаленно в этом контексте, это через интернет, без открытия портов, знания IP адреса и тд и тп. Вообщем, статистическая и прочая информация для технической поддержки в будущем. Она может каким то образом изменятся, в дальнейшем, но фундамент необходимо сделать.

• Отстутствие сервера для поддержки "интернета-вещей", тоесть лампой можно управлять только находясь в одной локальной сети, то это категорически не устраивало меня, все таки в современных реалиях, хочется видеть статус той же лампы онлайн и 24\7. А так же, это стесняло меня в некоторых анимациях, о которых я расскажу позже.

• Как оказалось, фаза луны отображалась не в реальном времени, а расчитывалась по расчетам. Что в целом не плохо, но зная реальное время, эти расчеты не нужны. Тоже надо было пофиксить.

• Так же, из за того что вся прошивка и все анимации были написаны под накрученную спиралью ленту, новая лампа с новой конструкцией естественно отображала все анимации неверно и не корректно, это затронуло все анимации и полностью изменение логики их работы.

  Вообщем, описывать все проблемы дословно, я не вижу смысла и так понятно, что багов лагов и проблем, там было ООЧЕНь много. Прям сверхдошиша. Не долго думая, приступил к исправлению.

По итогу интерфейс теперь выглядит уже более прилично, а количество настроек и каких то маленьких штучек увеличилось и работает гораздо быстрее и коректнее.

И да, как можно заметить, в веб интерфейсе все ещё как то не сгрупировано нормально и выглядит не сказать что вау круто. Но над этим я ещё в будущем поработаю. Теперь у меня есть возможность, обновлять интерфейс отдельно от прошивки и все это с поддержкой версионности и автоматических обновлений. При этом для пользователя, ничего не изменится, всегда будет одна кнопка для обновлений, но обновится только нужная часть устройства)
И вот так выглядит если доступно обновление.

Так же, сделал приятную мелочь и бонус, в процессе обновления естественно у нас появляется прогресс-бар с процентным заполнением и текущим статусом процесса (качается прошивка, распаковывается, обновляется и тд) и сама лампа в этот момент начинает плавно переливаться голубым цветом, что дополнительно уведомляет пользователя об обновлениях.

Рассказывать можно долго, об абсолютно всех изменениях, но пожалуй это и 2 новые анимации заняли у меня больше всего времени.
1 анимация, это связь ламп или постучись в мою дверь)
В интерфейсе это выглядит вот так и суть её работы в следующем:

Первое что надо сделать, это отправить второму обладателю, свой ID что бы он вставил его в соответствующее поле и всё. Настройка завершена и лампы связаны.
Теперь, когда вы трогаете свою лампу (бьете по ней, просто трогаете, гладите и тд) ровно с такой же силой, на абсолютно любом расстоянии(лишь бы был интернет) у второго пользователя его лампа загорится тем цветом, который он выбрал у себя в настройках. Получается некие парные лампы можно сказать для отношений на расстоянии или для общения морзянкой если хочется)

И вот видео работы:

Я засимулировал работу второй лампы, так как сейчас второй собранной у меня нет в наличии, но уже проверял. работает и работает весьма быстро)

Устроено все весьма просто и стандартными методами. Протокол MQTT, свой сервер и базовая аутентификация, которая зашифрована и хранится уже в памяти ESP. + уникальный ID формируется из MAC адреса для каждого устройства, который не изменяется при перепрошивках или перезагрузках, возможно в будущем я упрощу этот механизм, но пока сам прототип работает и это радует. Это потребовало от меня множества усилий, но это одна из самых главных фич которые мне нравятся самому. Естественно для этого режима(как и для всех) работают настройки и установки такие как: якрость, высота подсветки, чувствительность и цвет) реализовано это всё с помощью акселерометра и вполне стандартных алгоритмов фильтрации шумов(спасибо универу, за специальность в области сигналов и фильтрации шумов и тд, наконец то пригодилось). Грубо говоря, ничего сложного.

Погодная анимация

Куда сложнее, это была следующая анимация. Симуляция режима погоды.
В интерфейсе это выглядит очень просто. Нет никаких настроек (в этом и смысл).

Тут, вы задаете ваш город, поселок или область, или даже известное место(например торговый центр) и дальше происходит магия. Светильник начинает получать погоду почти ровно из этого места. (самое ближайшее к нему где есть метеостанция отдающая данные в интернет)
А дальше, я эту погоду уже превращаю в соответствующие анимации. Облачно - лампа будет плавно мигать тусклым белым светом, если пойдет снег или дождь - то по лампе будут стекать синие или белые капли, если туман, то просто будет гореть тусклым белым светом, а если солнечно то будет светить ярко и желтым цветом, во время грозы и ливня, будет смешиваться режимы дождя и грозы) Бывает и такое, что лампа не знает такого состояния погоды, тогда она будет пульсировать синим цветом ровно как во время перепрошивки, сейчас это нужно мне для отладки, и регулярно записывается в логи которые отправляются мне на сервер и постепенно я фикшу все недостающие статусы)

Вот например, погода для Санкт-Петербурга и для Сочи. (1 и 2 видео соответственно). В СПБ- Облачно, а в Сочи шел небольшой дождь. (и да, я показываю на примере Марса)

Как обычно, на камере плоховато видно, но в живую результат гораздо лучше. Но либо тут уж я криворученька и снимать не умею. Автор не оператор)

Конечно же, смена погоды происходит автоматически и без участия пользователя. Лампа сама обновляет статус погоды раз в N времени, и если погода изменилась, то и отображение на лампе поменяется.

И да, может быть кто то справедливо заметит, что некоторые анимации не сказать что прям выглядят как то информативно, но пока я сделал так. В дальнейшем естественно это все будет изменятся и не один раз переработается. Сейчас я стараюсь придерживаться принципа, что плафоны это отдельный продукт, а умная база отдельный. И из за этого принципа, не всегда получается в том числе, сделать анимации информативными, так как плафон рассеивает свет и получается что диоды смешиваются. С этим я борюсь отчаенно и неоднократно модифицировал сами плафоны.

Так же, есть Температурный режим этой анимации. Он просто показывает цветом свечения, текущую температуру на улице. Диапазон можно задать самому, от -20 до + 30 градусов по умолчанию, где -20 это максимально синий цвет, а +30, максимально красный. Эти цвета так же можно изменить в настройках. И так же естественно все в Live режиме меняется.

Новая анимация луны

У меня остался бракованный плафон, так как принтер почему то решил что он допечатал. (да, я бракодел) и на нём я тестирую всякое.

Вот как выглядит секторность и фазы луны.
У анимации луны есть ряд настроек:
Режим работы:

• Реалистичное время. (не думаю что стоит пояснять, что на небе - то на лампе)

• Ускоренное время. (можно задать какое то количество минут, за которое луна сменится от полностью темной, до полной луны)

• Ручной режим. ( на видео выше, мы можем изменить фазу вручную, от 0 до 12)

Интерпретация:

• Реалистичная (Всегда горит строго 180 градусов луны) как и в реальной жизни, у луны всегда есть темная сторона)

• Артистичная (В процессе того как луна меняет фазы, она как бы заполняется от 0 до 360 градусов и в итоге будет гореть вся сфера)

• Минималистичная (всегда горит 1 из 12 столбцов, он перемещается как месяц) (на видео)

Ну и конечно остальные настройки, такие как цвет, яркость и тд. Кому что по душе.

Админка.

Ну и админку грех не показать. Очень быстро написал её, буквально за один два дня.

Что в планах дальше?

В планах дальше, это:

• Ещё раз переработать интерфейс, сделать его уже с анимациями, желательно на React или чем то подобным, с меню и настройками. С базовой аунтентификацией пользователей и в целом как то поприятнее.

• Доработать некоторые баги, например сейчас смена цветов не всегда происходит в Live режиме, это связано с JS и миллиардами запросов, к устройству.

• Собрать полноценное Android приложение, зачатки уже есть, я могу с приложения изменять анимации и их параметры, но показывать пока не буду, так как это совсем ранний прототип и я только изучаю этот вопрос. Но у меня по сути дела, есть почти полноценный API для работы с устройством, так что вопрос написания приложения не кажется мне уж очень сложной задачей.

• Интеграция в Apple Home и Алису. В Apple Home, тестово уже прокидывал, но крайне упрощенную версию лампы. С полноценной лампой пока не вышло, но работаю в этом направлении. В Алису, слышал что можно через MQTT, но на стадии изучения этого вопроса.

• Интеграция с Home Assistance - можно считать сделана, так как будет через MQTT, а MQTT в устройстве уже есть, осталось написать пару функций и готово, возможно для самого HA надо будет написать своё дополнение, что бы пользователь не парился с добавлением кода в Configuration.yaml и тд. Вообщем как то надо это придумать попроще чем уже протоптанная неоднократно мною дорожка.

• Многое многое другое.

Если вам интересна реализация этих планов, подписывайтесь тут или на мой тг. Там я буду чаще постить какие то отрывки которые не требуют оформления и выделения времени на написание поста)
https://t.me/magic_lamps

Всем мир)

Привет, друзья! Хочу поделиться своей недавней находкой — Клуб электроники на Пражской. Если коротко, это место, где ты реально начинаешь понимать, как работают все эти загадочные схемы, микроконтроллеры и платы, которые всегда казались чем-то из другой вселенной.

Я давно хотел попробовать что-то новое, связанное с технологиями, изучить нюансы электроники и также реализовать одну идею. Еще лет 10 назад пытался найти подобные клубы, но тогда ничего стоящего в Москве не нашел, да и сейчас такие места - это редкость. Поэтому, когда я случайно узнал о новом Клубе электроники, решил, что это мой шанс! Собрался записаться на курсы, и честно говоря, вообще не пожалел.

На первом занятии нас сразу погрузили в мир электроники: объяснили, как работают базовые компоненты, показали, как собирать простейшие схемы. А еще дали попробовать сделать свой первый проект — собрать светодиодный индикатор. Это невероятно, когда ты видишь, как твои усилия буквально начинают светиться!

Впечатлился разнообразным современным спецоборудованием: паяльные станции, генераторы сигналов, осциллографы — всё это доступно для работы. Думаю, занятия вживую именно на реальном оборудовании дают возможность закрепить знания и получить практические навыки в отличие от онлайн-обучения.

Кстати, осциллограф сначала звучал как что-то невероятно сложное, но когда преподаватели объяснили, как им пользоваться, оказалось, что это очень полезная и даже увлекательная штука. Теперь я понимаю, как визуализировать сигналы и анализировать работу схем — это действительно круто!

В клубе можно получить обширный опыт не только по электронике. Здесь есть и другие направления, такие как программирование. Например, меня научили делать таймер, который через определенное время включает или выключает устройство. Мы реализовали его двумя способами: на обычной микросхеме и на микроконтроллере. Оба варианта работают отлично, и это вдохновляет на новые проекты! Представьте, вы создаете устройство, которое может управлять, скажем, моторчиком или подсветкой — это реально интересно.

Преподаватели в клубе очень крутые. Они не просто знают, о чем говорят, но и реально могут объяснить так, чтобы ты понял. Даже если ты, как я, полный новичок, тебя всегда поддержат и направят. Народа пока ходит мало, я с позитивным впечатлением пообещал им порекламировать клуб)

Недавно спрашивал у друзей, насколько вообще популярно такое хобби, и, к моему удивлению, многие сказали, что тоже хотели бы попробовать. Это не только полезно, но и невероятно увлекательно. Когда ты понимаешь, как что-то работает, это прям поднимает уровень твоей уверенности в себе.

Если вы тоже задумывались о чем-то подобном, советую заглянуть сюда. У клуба есть сайт nb6.ru, там можно посмотреть расписание и записаться на пробное занятие. Также на Яндекс Картах можно найти отзывы. Попробуйте, возможно, это тоже станет вашим новым любимым хобби!

Пишите, кому интересно такое направление и что хотели бы создать/изобрести. Есть в ваших городах такие клубы или курсы?