CM3-Home - Scheda Raspberry per Home/Building automation

La scheda CM3-Home è una mother board per il nuovo modulo Raspberry Compute Module 3 pensata per applicazioni di home e building automation.

La scheda nasce da un progetto collaborativo nell'ambito delle attivitò del TanzoLab ed ancora in via di definizione. Le specifiche di progetto preliminari presentate su questo sito verranno chiuse definitivamente entro il mese di Agosto 2017 mentre la produzione è prevista entro fine ottobre 2017.

Chiunque può fornire idee da implementare sulla scheda iscrivendosi al gruppo Telegram TanzoLab ed inviando i suoi commenti.

A cosa serve questa scheda se esiste già la Raspberry ?

La scheda Raspberry Pi nelle sue varie forme si è diffusa molto rapidamente ed oggi conta circa 14 milioni di pezzi venduti. La sua diffusione è dovuta al suo prezzo eccezionalmente basso ed alla enorme disponibilità di software e documentazione disponibile gratuitamente su Internet.

Essendo una specie di mini PC ha una forma ed una dotazione di hardware molto vicina a quella di un PC oltre a un connettore da 40 pin adatto per l'installazione di schede di espansione denominate HAT.

Contrariamente ad un PC tradizionale però la Raspberry ha un solo "slot di espansione" che può ospitare una sola HAT per volta.

Nel tempo sono state prodotte una quantità molto alta di HAT specializzate in diversi settori tra cui anche quelle per l'home automation. Le ingegnerizzazioni di queste HAT, per quanto in molti casi anche molto accurate, sono spesso penalizzate dalla forma stessa della scheda Raspberry che spesso conferisce all'assemblato un aspetto un pò posticcio se confrontato con apparati home automation commerciali.

Per facilitare l'adozione in ambito commerciale della sua architettura, Raspberry ha prodotto la Compute Module 3 che contiene la stessa CPU della Raspberry 3 ma si presenta sotto forma di modulo SODIMM come visibile in figura:

Questo formato è praticamente inutilizzabile in ambito maker ma è più facile da integrare all'interno di apparecchiature disegnate per essere funzionali ad applicazioni specifiche.

La scheda CM3-Home ricade in questa categoria di prodotti ed è stata disegnata per essere inserita in una scatola a 9 moduli per montaggio a barra DIN adatta quindi per essere integrata facilmente in un quadro elettrico insieme a tutte le interfacce di campo senza dover ricorrere all'uso di HAT come visibile in questo preview:

La differenza sostanziale quindi tra la scheda CM3-Home ed una Raspberry risiede quindi nella specializzazione estrema della scheda disegnata al meglio (si spera) per essere usata in applicazioni di home automation.

Si tratta quindi di un prodotto compatibile al 100% con il software della Raspberry 3 (ad eccezione delle applicazioni che usano il video non essendo la scheda dotata di uscita video) ma specializzato per un solo ambito d'uso.

Vediamo di seguito le caratteristiche definite finora per la CM3-Home.

Caratteristiche della scheda CM3-Home

  • Slot per modulo Raspberry Compute Module 3 (CPU 64bit quad core compatibile con Raspberry 3), 1GB di Ram
  • Socket per microSD card di tipo verticale.
  • WiFi 2.4 GHz
  • Bluetooth 4.0
  • 1 Porta seriale di debug (RX,TX livelli a 3.3 volt)
  • 1 Porta seriale generica (RX, TX livelli a 3.3 volt)
  • 1 Porta SPI (MISO, MOSI, CLK, livelli a 3.3 volt)
  • 1 Porta I2C (SDA,SDC livelli a 3.3 volt)
  • 1 porta RS485 (A,B,GND)
  • 1 porta RS232 (RX, TX livelli a +-12 volt)
  • 1 porta KNX (Siemens TPUART)
  • 1 porta 1-wire (+3V3,GND,DATA livelli a 3.3 volt)
  • 3 porte USB Host per USB stick 4G/LTE, Z-Wave, XBee, ZigBee,EnOcean
  • 1 porta LAN Ethernet 10/100
  • 1 uscita audio stereo (stesso pinout della Raspberry 3)
  • 1 Connettore per telecamera Raspberry
  • 1 Modulo Yarm 868 MHz per sensori battery free
  • 4 Uscite a relè 12 volt contatti NA/NC
  • 4 Linee di ingresso ADC
  • Ingresso di alimentazione su morsetto 9-24VDC (è richiesto un alimentatore esterno commerciale a barra DIN per alimentarla dai 220 volt AC)
  • Uscita alimentazione su morsetto 9-24VDC

Le caratteristiche indicate potrebbero essere soggette a modifiche prima della messa in produzione della scheda.

Sezioni previste sulla mother board

Architettura interna e interconnessioni possibili

Software

La scheda CM3-Home è stata definita prendendo come software di riferimento il progetto open source gratuito OpenHAB disponibile sul sito:

https://www.openhab.org

Potenzialmente è compatibile con una lunga serie di altri progetti già disponibili per Linux e Raspberry. Di seguito ne riportiamo alcuni:

Contenitore

Il contenitore identificato per la mother board CM3-Home è un contenitore standard prodotto dalla ELBag di Milano:

http://www.elbag.net/9k_I.html

Appunti vari

Di seguito vengono riportati un pò di appunti vari e sparsi utili per la definizione delle specifiche di progetto.

Interfacciamento verso sistemi di domotica commerciali

OpenHAB è predisposto per essere interfacciato anche verso sistemi commerciali più o meno aperti derivanti dall'EIB, come il KNX e l'SCS.

Qui si può trovare una descrizione completa dell'utilizzo del protocollo KNX su Openhab tramite un interfaccia seriale TPUART.

Utilizzo di sensori su linee bilanciate

Il valore della R da mettere alla fine della linea per il singolo bilanciamento è normalmente imposta dal costruttore della centrale. Per quelle a doppio bilanciamento la cosa è un po' più complicata e i valori di R possono autocalibrati a SW in fase di installazione.

Idee per accessori vari

Sarebbe interessante mettere sul pannello frontale la telecamera fisheye riportata in figura:

Questa telecamera si può acquistare ad un prezzo interessante un pò ovunque su internet (Vedi Aliexpress ad esempio) ed è dotata di illuminatore. Con un software opportuno (ancora da identificare e provare) consentirebbe di simulare una visione circolare con tilt e pan. La CM3-Home è dotata di connettore per telecamera MIPI adatto per questa telecamera. In realtà se ne potrebbero mettere anche due di telecamere ma dobbiamo fare ancora quelche verifica per vedere fino a che distanza dalla mother board è possibile arrivare.

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