smartDrive
Beschreibung
Das smartDrive ist ein robustes Quad-Core Edge-Computing-Gerät auf Linux-Basis für anspruchsvolle mobile und stationäre Anwendungen, z. B. in den Bereichen Bahn, Nutzfahrzeuge, Bau- und Landmaschinen oder Industrieanlagen. Es kombiniert einen leistungsfähigen Applikationsprozessor mit Mobilfunk- (LTE), GNSS-, WLAN/Bluetooth- sowie umfangreichen CAN-, seriellen, digitalen und analogen Schnittstellen in einem IP67-geschützten Gehäuse.
Auf dem Gerät läuft das optiMEAS Yocto Linux mit smartCore. Damit lässt sich das smartDrive vollständig an die optiCLOUD anbinden.
Wesentliche Eigenschaften:
- Quad-Core Applikationsprozessor mit 1,6 GHz, optional NPU (bis 2,3 TOPS) und GPU
- optiMEAS Yocto Linux mit smartCore, vollständig anbindbar an die optiCLOUD
- LTE Cat4 mit UMTS/GSM-Fallback, GNSS-Empfänger (GPS/GLONASS/Galileo/BeiDou), optional WLAN/Bluetooth
- 4x CAN-Schnittstellen (optional als CAN-FD nutzbar), 12 konfigurierbare digitale I/Os, 4 analoge Eingänge, RS232/RS485
- Programmierbarer 3-Achsen-Beschleunigungssensor, optional Gyroskop
- Gehäuseschutzart IP67 / IP6K9K, Betriebstemperatur -40 °C bis +75 °C
- Optionale Sicherheitsfunktionen: High Assurance Boot (HAB) und TPM 2.0
Für diese und alle weiteren zu diesem Produkt ausgeführten Daten, Beschreibungen oder Beispiele behält sich optiMEAS Änderungen und Irrtümer vor.
Hardware
Prozessor und Speicher
| Parameter | Bemerkung |
|---|---|
| Applikationsprozessor | Quad-Core Cortex-A53, 64 bit, 1,6 GHz, zusätzlicher Cortex-M7 (Low-Power-Domäne) |
| NPU | optional, bis 2,3 TOPS |
| GPU | optional, OpenVG 1.1, G2D, OpenGL® ES 3.1, Vulkan®, OpenCL™ 1.2 FP |
| RAM | 2 GB LPDDR4 (optional bis 4 GB) |
| Flash (eMMC) | 8 GB (optional bis 32 GB) |
| Flash (NAND) | 1 GB SLC |
| Wechseldatenträger | microSD |
| Verfügbarer Speicher für Anwender | ca. 950 MB RAM; ca. 5,1 GB (eMMC 8 GB) bzw. 13,5 GB (eMMC 16 GB), ca. 800 MB NAND-Flash |
| Betriebssystem | optiMEAS Yocto Linux mit smartCore, vollständig anbindbar an die optiCLOUD |
| Sicherheit | HAB (High Assurance Boot); optional TPM 2.0 (ISO/IEC 11889) |
Mobilfunk (LTE / UMTS / GSM)
| Parameter | Bemerkung |
|---|---|
| Technologie | LTE Cat4 mit UMTS/HSPA+ und GSM/GPRS/EDGE Fallback |
| LTE-FDD | B1/B2/B3/B4/B5/B7/B8/B12/B13/B18/B19/B20/B25/B26/B28 |
| LTE-TDD | B38/B39/B40/B41 |
| UMTS | B1/B2/B4/B5/B6/B8/B19 |
| GSM | 850/900/1800/1900 MHz |
| Datenrate LTE-FDD | max. 150 Mbit/s (DL), max. 50 Mbit/s (UL) |
| Datenrate LTE-TDD | max. 130 Mbit/s (DL), max. 30 Mbit/s (UL) |
| Datenrate UMTS | DC-HSDPA max. 42 Mbit/s (DL), HSUPA max. 5,76 Mbit/s (UL) |
| GPRS | Multislot-Klasse 33 |
| Sendeleistung | 2,5 W (GSM850/EGSM900), 1,8 W (GSM1800/1900), 2,1 W (WCDMA), 2,8 W (LTE) |
| SIM | integrierter Mini-SIM-Halter (Klapp-Typ), 3 V. Es sind ausschließlich reguläre Mini-SIM-Karten zu verwenden, keine aus Micro-/Nano-SIM zurechtgeschnittenen Karten. |
GNSS
| Parameter | Bemerkung |
|---|---|
| Empfänger | 72-Kanal, gleichzeitiger Empfang von GPS, GLONASS, QZSS, BeiDou, Galileo E1B/C |
| SBAS | WAAS, EGNOS, MSAS, GAGAN |
| Update-Rate | bis 10 Hz (5 Hz bei gleichzeitigem Empfang mehrerer Satellitensysteme) |
| Genauigkeit | 2 m CEP |
| Signalerfassung | Kaltstart 26 s, Warmstart < 1,5 s |
| Datum | WGS-84 |
| Empfindlichkeit | Tracking/Reacquisition -167 dBm, Kaltstart -148 dBm |
| Aktive Antennenversorgung | +3,0 V @ 30 mA, mit Erkennung von Kurzschluss und Unterbrechung |
Sensorik
Das smartDrive besitzt einen programmierbaren 3-Achsen-Beschleunigungssensor (Messbereich ±2 g/±4 g/±8 g/±16 g), der auch als Weckquelle aus Standby/Off dient. Optional steht zusätzlich ein 3-Achsen-Gyroskop (±125/±250/±500/±1000/±2000 dps) mit einer Datenrate von bis zu 416 Hz zur Verfügung.
Ein interner Temperatursensor erfasst die Gehäuseinnentemperatur im Bereich -40 °C bis +75 °C (Genauigkeit ±5 °C). Er eignet sich nicht zur Messung der Umgebungstemperatur.
Die Systemzeit wird durch die CPU-Systemuhr sowie eine batteriegepufferte RTC (Pufferdauer 10 Jahre) bereitgestellt. Beim Verlassen von OFF/STANDBY wird die CPU-Systemzeit automatisch aus der RTC übernommen.
Energieversorgung und Batterie-Backup
| Parameter | Bemerkung |
|---|---|
| Versorgungsspannung | 9 bis 36 V DC (Nennspannung 24 V) |
| Verpolungs-/Überspannungsschutz | ja, am Spannungseingang |
| Externe Absicherung | 20 A (extern durch den Anwender vorzusehen) |
| Stromaufnahme @ 24 V, RUN | 51,95 mA |
| Stromaufnahme @ 24 V, RUN + GSM im Gespräch + Ethernet | 145 mA |
| Stromaufnahme @ 24 V, STANDBY | 14,20 mA |
| Stromaufnahme @ 24 V, OFF | 0,67 mA |
| RTC/GNSS-Pufferbatterie | fest verbaut, nicht wiederaufladbar, Pufferdauer 10 Jahre |
Das Gerät kennt die Betriebszustände No Power, OFF, STANDBY und RUN. Aus OFF und STANDBY kann das Gerät über konfigurierbare Ereignisse (Bewegung, digitale Eingänge, RS232-Empfang, CAN-FD, Ethernet, Bluetooth, GSM) wieder in den RUN-Zustand versetzt werden.
Gehäuse und Mechanik
| Parameter | Bemerkung |
|---|---|
| Abmessungen (B x L x H) | 188 x 149 x 63 mm |
| Lochbild Befestigung | 165 x 66 mm, 4 x Ø 7 mm (M4) |
| Gewicht | 699 g ± 5 g (ohne Backup-Batterie), 878 g ± 5 g (mit Backup-Batterie) |
| Material | glasfaserverstärkter Kunststoff, eloxiertes Aluminium |
| Schutzart | IP67 / IP6K9K (Schutz gegen Staub und Wasser) |
| Betriebstemperatur | -40 °C bis +75 °C (GSM aus), -30 °C bis +75 °C (GSM an); mit optionaler Li-Ion Batterie: -20 °C bis +60 °C (Batteriebetrieb), 0 °C bis +45 °C (Ladevorgang) |
| Lagertemperatur | -40 °C bis +85 °C |
| Montage | beliebige Orientierung, 4 Befestigungsbohrungen an den Gehäuseenden |
Steckerschnittstellen
Alle externen Anschlüsse befinden sich an der Frontseite des Gehäuses. Bluetooth- und WLAN-Antennen sind intern verbaut und benötigen keinen externen Steckplatz.
| Bezeichnung | Anschluss |
|---|---|
| MACHINE | 35-poliger Hauptstecker (Spannungsversorgung, CAN, digitale/analoge I/Os, seriell) |
| ETHERNET | M12 D-Code (100BASE-T1 oder 100BASE-TX, optional) |
| MAIN LTE / DIV LTE (optional) | FAKRA, Antennenanschluss Mobilfunk |
| GNSS | FAKRA, Antennenanschluss GNSS |
| BT / WiFi (optional) | FAKRA bzw. interne Antenne |
Hauptstecker „MACHINE“ (35-polig)
Der Hauptstecker stellt Spannungsversorgung, 4 CAN- (optional CAN-FD) und RS232-Schnittstellen sowie digitale und analoge I/Os bereit.
| Steckverbinder | Typ |
|---|---|
| Buchse am Gerät | TE 776164-1 (35-polig) |
| Gegenstecker | TE 776164-1 |
| Crimpkontakte | TE 770520-1 |
| Pin | Signal | Typ / Funktion |
|---|---|---|
| 1 | V_OUT (5V) | Spannungsausgang, 4,5–5,2 V, max. 900 mA |
| 2 | ON/OFF | Eingang: offen lassen = ON, gegen GND schalten = OFF |
| 3 | AIN2 | Analogeingang |
| 4 | AIN3 | Analogeingang |
| 5 | CANH1 | CAN-Bus 1, High |
| 6 | CANL1 | CAN-Bus 1, Low |
| 7 | CANH2 | CAN-Bus 2, High |
| 8 | CANL2 | CAN-Bus 2, Low |
| 9 | CAN1 TERM | Abschlusswiderstand 120 Ω für CAN-Bus 1 |
| 10 | CAN2 TERM | Abschlusswiderstand 120 Ω für CAN-Bus 2 |
| 11 | CANH4 | CAN-Bus 4, High |
| 12 | CANL4 | CAN-Bus 4, Low |
| 13 | GND | Masse |
| 14 | GND | Masse |
| 15 | AIN0 | Analogeingang |
| 16 | DIO-0 | digitaler I/O (Ein-/Ausgang) |
| 17 | DIO-1 / AIN1 | digitaler I/O oder Analogeingang (multiplexed) |
| 18 | DIO-2 / CAN3L | digitaler I/O oder CAN-Bus 3, Low |
| 19 | DIO-3 / CAN3H | digitaler I/O oder CAN-Bus 3, High |
| 20 | DIO-4 | digitaler I/O (Ein-/Ausgang) |
| 21 | DIO-5 | digitaler I/O (Ein-/Ausgang) |
| 22 | DIO-6 / iButton | digitaler I/O oder 1-Wire iButton-Bus (multiplexed) |
| 23 | DIO-7 | digitaler I/O (Ein-/Ausgang) |
| 24 | V_IN | Spannungsversorgung, 9–36 V DC |
| 25 | DIO-8 (High-Side) | digitaler Ausgang, High-Side, max. 1 A |
| 26 | DIO-9 (High-Side) | digitaler Ausgang, High-Side, max. 1 A |
| 27 | TXD-1 | RS232, Sendeleitung |
| 28 | RXD-1 | RS232, Empfangsleitung |
| 29 | RTS-1 | RS232, Handshake |
| 30 | CTS-1 | RS232, Handshake |
| 31 | TXD-2 / RS485A | RS232, Sendeleitung, oder RS485-A (Werksoption) |
| 32 | RXD-2 / RS485B | RS232, Empfangsleitung, oder RS485-B (Werksoption) |
| 33 | DIO-10 | digitaler I/O (Ein-/Ausgang) |
| 34 | DIO-11 | digitaler I/O (Ein-/Ausgang) |
| 35 | CAN4 TERM | Abschlusswiderstand 120 Ω für CAN-Bus 4 |
Einige Pins sind mehrfach belegt (Multiplexing) und können nicht gleichzeitig genutzt werden: AIN1/DIO-1, DIO-2/DIO-3 mit CAN3, DIO-6/iButton sowie DIO-1 mit RS485 am UART2 (RXD-2/TXD-2). Die jeweils aktive Funktion wird softwareseitig konfiguriert.
Spannungsversorgung
| Pin | Signal | Min | Max |
|---|---|---|---|
| 24 | V_IN | 9 V | 36 V |
| 13 / 14 | GND | – | – |
| 2 | ON/OFF | OFF: 0–0,5 V | ON: offen lassen |
Die Versorgungsleitung ist gegen Verpolung und Überspannung geschützt; extern ist eine Absicherung mit 20 A vorzusehen. Der V_OUT-Ausgang (Pin 1) stellt bis zu 900 mA bei 5 V zur Verfügung, z. B. zur Versorgung angeschlossener Sensorik.
Digitale Ein-/Ausgänge (DIO0 – DIO11)
Alle 12 digitalen Kanäle sind einzeln als Eingang oder Ausgang konfigurierbar und nicht TTL-kompatibel, sie vertragen Eingangsspannungen bis 50 V.
| Eigenschaft | Bemerkung |
|---|---|
| Eingangsimpedanz | 180 kΩ (DIO-0: 220 kΩ, DIO-6: 1 kΩ Pull-up nach +5 V) |
| Ausgang DIO0–DIO7, DIO10, DIO11 | Open-Collector/Open-Drain, bis 50 V, max. 200 mA (Low-Side) |
| Ausgang DIO8, DIO9 | High-Side-Schalter gegen V_IN, max. 1 A |
| Weckfunktion | jeder Eingang kann als Weckquelle aus Standby/OFF konfiguriert werden |
| Zähler-Funktion | jeder Eingang kann als 32-bit-Zähler (Odometer) bis 3 kHz verwendet werden |
Für induktive Lasten (z. B. Relais) an den Ausgängen ist zwingend eine Freilaufdiode zur Begrenzung der Abschaltspannungsspitze vorzusehen.
Analoge Eingänge (AIN0 – AIN3)
| Parameter | Bemerkung |
|---|---|
| Auflösung | 12 bit |
| Messbereich | 0–5,12 V (5 mV/Bit) oder 0–30,72 V (30 mV/Bit), softwareseitig umschaltbar |
| Genauigkeit | ±1 % typ. bei 25 °C |
| Eingangsimpedanz | 110 kΩ (AIN1: 68 kΩ) |
CAN-Bus
| Parameter | Bemerkung |
|---|---|
| Anzahl | 4x CAN, optional je Bus als CAN-FD nutzbar |
| Bitrate | 1 Mbit/s (Arbitrierung), 2 Mbit/s (Datenphase); optional CAN3/CAN4 mit 5 Mbit/s Datenphase |
| Abschlusswiderstand | intern zuschaltbar (120 Ω) über CANx_TERM-Pins, mit CANL des jeweiligen Busses zu verbinden |
Ethernet (M12 D-Code, optional)
Das optionale M12-D-Code-Ethernet ist wahlweise als Single Pair Ethernet (100BASE-T1) oder als klassisches 10/100BASE-TX ausgeführt.
| Pin | Signal (100BASE-T1) | Signal (100BASE-TX) |
|---|---|---|
| 1 | TRX-P | TX+ |
| 2 | – | RX+ |
| 3 | TRX-N | TX- |
| 4 | – | RX- |
| Steckverbinder | Typ |
|---|---|
| Buchse am Gerät | M12, D-Code, 4-polig, Female |
| Gegenstecker | M12, D-Code, Male |
Bei Verwendung der 100BASE-T1-Variante wird für den Anschluss an Standard-Ethernet ein Medienkonverter zu 100BASE-TX benötigt. Nach dem Anschluss ist standardmäßig ein SSH-Zugang unter der IP 192.168.10.1, Port 22, mit dem Benutzer debian erreichbar.
USB 3.0 Typ A
Der USB-Anschluss (Oberseite) unterstützt Massenspeichergeräte.
| Pin | Signal | Funktion |
|---|---|---|
| 1 | VBUS | +5 V |
| 2 | D- | Data - |
| 3 | D+ | Data + |
| 4 | GND | Masse |
| 5 | StdA_SSRX- | SuperSpeed Receiver - |
| 6 | StdA_SSRX+ | SuperSpeed Receiver + |
| 7 | GND DRAIN | Signalmasse |
| 8 | StdA_SSTX- | SuperSpeed Transmitter - |
| 9 | StdA_SSTX+ | SuperSpeed Transmitter + |
Steckverbinder: USB Typ A, Gegenstecker Typ A (male), max. Strombelastung 900 mA.
Antennenanschlüsse
| Anschluss | Steckertyp | Bemerkung |
|---|---|---|
| MAIN LTE / DIV LTE (optional) | FAKRA, male, Codierung D (Bordeaux) | Impedanz 50 Ω |
| GNSS | FAKRA, male, Codierung C (blau) | Impedanz 50 Ω, aktive Antenne erforderlich (+3,0 V @ 30 mA, empfohlener Gain 15 dB, 1575,42 MHz, VSWR max. 2,0:1) |
| WiFi / Bluetooth (optional) | intern | keine externe Antenne erforderlich |
Für den IP67-Schutz der Antennenanschlüsse sind ausschließlich abgedichtete FAKRA-Steckverbinder zu verwenden.
Kartenslots und Status-LEDs (Oberseite)
Unter einer verschraubten, transparenten Abdeckung (2 Schrauben, Torx T20, Anzugsmoment 1,3 Nm) befinden sich der Mini-SIM- und der microSD-Kartenhalter sowie der interne Batteriestecker für die optionale Backup-Batterie.
| Halter | Typ | Bemerkung |
|---|---|---|
| Mini-SIM | Klapp-Halter | 3 V und 1,8 V SIM-Karten |
| microSD | Klapp-Halter | zusätzlicher Speicher |
Vier Status-LEDs auf der Oberseite zeigen den Betriebszustand an:
| LED | Farbe | Bedeutung |
|---|---|---|
| RADIO | gelb | leuchtet, wenn eine Internetverbindung besteht, unabhängig davon, ob diese über das Mobilfunkmodem oder über Ethernet/Netzwerk hergestellt wird |
| PWR | grün | leuchtet, wenn das Gerät eingeschaltet ist |
| STATE | rot | blinkt im 1-Hz-Takt, solange der smartCore-Prozess fehlerfrei läuft; blinkt die LED nicht, liegt ein Fehler vor |
| GPS | orange | leuchtet durchgehend bei Empfang eines validen GPS-Signals; erfordert ein in der smartCore-Konfiguration eingetragenes GPS-Modul |
Technische Daten (Zusammenfassung)
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Prozessor | Quad-Core Cortex-A53, 1,6 GHz |
| RAM | 2 GB LPDDR4 (bis 4 GB) |
| eMMC | 8 GB (bis 32 GB) |
| Versorgungsspannung | 9–36 V DC |
| Schutzart | IP67 / IP6K9K |
| Abmessungen (B x L x H) | 188 x 149 x 63 mm |
| Gewicht | 699 g / 878 g (mit Backup-Batterie) |
| Betriebstemperatur | -40 °C bis +75 °C (GSM aus) / -30 °C bis +75 °C (GSM an) |
| Lagertemperatur | -40 °C bis +85 °C |
| Mobilfunk | LTE Cat4, UMTS, GSM/GPRS/EDGE |
| GNSS | GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo, QZSS |
| CAN | 4x CAN (optional CAN-FD) |
| Digitale I/Os | 12x konfigurierbar |
| Analoge Eingänge | 4x, 12 bit |
| Seriell | 2x RS232 (2. Port optional RS485) |
| Ethernet | optional, M12 D-Code, 100BASE-T1 / 100BASE-TX |
| USB | 1x USB 3.0 Typ A |
| Hauptstecker | 35-polig, TE 776164-1 |