Sfera Labs SPMU30X – kommunikationsmodul · Servrar Strato Pi Server UPS, w. Pi3B

Strato Pi UPS server (tillverkarens artikelnummer SPMU30X) är en färdigmonterad industriserver från Sfera Labs med en Raspberry Pi 3 Model B och expansionskortet Strato Pi UPS i ett standardiserat DIN-skenehölje på 4 moduler. Kortet gör Raspberry Pi lämplig för professionella tillämpningar där tillförlitlighet och driftkontinuitet är avgörande, bland annat genom en integrerad avbrottsfri strömförsörjning (UPS) för ett externt 12 V blybatteri, en hårdvarubaserad watchdog och ett skyddat matningssteg för 9–28 Vdc.

Enheten har optoisolerad seriell kommunikation (RS-232 eller RS-485), en realtidsklocka med batteribackup, en summer, en oreglerad hjälpmatningsutgång (VSOUT) och ett säkerhetselement. Användarguiden (Strato Pi UPS User Guide, december 2022, revision 029) omfattar både kortet (SPBU30X) och servrarna med Raspberry Pi 3 Model B, 3 Model B+ och 4 Model B. Artikelnummer med T i stället för X saknar säkerhetselementet ATECC608. Den här artikeln avser SPMU30X med Raspberry Pi 3 Model B.

Teknik och prestanda

• Matning: endast likspänning, 9–28 V. Skydd mot omvänd polaritet med självåterställande säkring på 2.2 A och överspänningsskydd upp till ±1000V/2ohms 1.2/50μs. En blå lysdiod lyser när matning finns. Raspberry Pis micro-USB-matning får aldrig anslutas.
• Ström till Raspberry Pi: upp till 4.0 A vid 5 V (vid 24 Vdc). Säkringsgränsen nås vid 2.8 A ut för 9 V in och 3.7 A ut för 12 V in; vid 24 V in begränsar regulatorns termiska skydd vid 4.4 A ut (databladets tabell).
• UPS: ett externt uppladdningsbart 12 V blybatteri (medföljer inte; föreslagen kapacitet 1.2 Ah, högst 12V 1.2Ah) ansluts till BATT-plintarna. Batteriingången har polaritetsskydd och en 2.2 A självåterställande säkring. Batteriet laddas med låg ström (30…100 mA) upp till högst 15 V, och kortet växlar till batteridrift vid 7.2 V (0.2 V hysteres). Med fulladdat batteri ska 5 V-strömmen till Raspberry Pi inte överstiga 3.5 A vid batteridrift.
• Batteristatus och beteende: batteridrift visas av lysdioden BATT och av GPIO26 (hög vid batteridrift). Efter en avstängning matar kortet Raspberry Pi först när huvudmatningen är tillbaka; från avstängt läge startar Raspberry Pi inte med enbart batteriet anslutet.
• Hjälpmatning VSOUT: ansluten till huvudmatningsingången och omkopplad till batteriet när huvudmatning saknas; inte reglerad och avsedd för enheter som accepterar ett brett matningsområde. Stängs av när UPS-styrenheten stänger av kortet vid batteridrift, men påverkas inte av en strömcykel.
• Watchdog och strömcykel: hårdvarubaserad watchdog i kortet, oberoende av Raspberry Pi, som kan göra en full strömcykel. Normalt avstängd; slås på med GPIO6 hög och kräver att GPIO5 växlar oftare än var 60:e sekund. Vid timeout höjs GPIO12 och strömcykeln sker senast 120 s efter timeouten. En fördröjd strömcykel startas med GPIO16 (efter 60 s stängs Raspberry Pi av i 5 s).
• Realtidsklocka: Microchip MCP79410 via I2C med utbytbart CR1025-batteri (Li/MnO2), cirka två år utan huvudmatning; tillverkaren anger byte vart femte år. Säkerhetselement: Microchip ATECC608A eller ATECC608B (beroende på produktionsparti) på I2C-adress 0x60 med skyddad lagring för upp till 16 nycklar, certifikat eller data, ECDSA, ECDH (NIST P256), SHA-256/HMAC, AES-128, stöd för TLS 1.2 och 1.3 samt säker uppstart.
• Strömförbrukning (databladets mätningar med Raspberry Pi 4, Ethernet och RS-485 anslutna, inga USB-enheter): vid 12 V 320 mA (låg CPU-last), 590 mA (100 % CPU-last före strypning) och 500 mA (strypt); vid 24 V 190 mA, 320 mA respektive 260 mA.
• Miljö: drifttemperatur -20…+50 °C för servern (-20…+70 °C endast kortet, -20…+65 °C med fläkttillvalet SPBF10X), förvaring -30…+70 °C, skyddsklass IP20. Fläkttillvalet SPBF10X kan under ideala förhållanden sänka temperaturen i höljet med upp till 15 °C.

Anslutningar och gränssnitt

• Plint: 10 positioner för VSOUT (+), matning 9÷28 V (+/−), BATT 12 V (+/−), RS-232 (RX, TX, GND) och RS-485 (A, B). Max ledararea 1.5 mm² (16 AWG), eller 0.5 mm² med ändhylsor (rekommenderas starkt); avisolering 5 mm, skruv M2, högsta åtdragningsmoment 0.25 Nm.
• Seriell port: en enda port som stöder antingen RS-232 (fullduplex) eller RS-485 (halvduplex med automatisk riktningsstyrning); RS-232 och RS-485 får aldrig anslutas samtidigt. Båda är optoisolerade från Raspberry Pis serielinjer och isolerade från huvudmatningen med en DC-DC-omvandlare för att undvika jordslingor. Baudhastighet 1200 till 115200. RS-485: 620 Ohm pull-up/pull-down på A och B (bort med JP1 och JP3) och 100 Ohm avslutning (JP2). ESD-skydd ±15 kV (HBM) / ±8 kV (kontakt) på RS-232 TX/RX och RS-485 A/B; RS-485 har överspänningsskydd upp till ±500V/2ohms 1.2/50μs med 600 W toppeffekt (10/1000μs) och är fail-safe.
• Raspberry Pi-sidan: alla USB-portar och Ethernet-porten nås på sidan mittemot plinten; HDMI och 3.5 mm-uttag (ljud och kompositvideo) nås från sidan. microSD-kortet (medföljer inte) sätts i via en liten öppning i höljets sida.
• Lysdioder: ON, BATT, RX och TX.

Programvara och kompatibilitet

• Alla funktioner styrs via dedikerade GPIO-stift, I2C och ett seriellt gränssnitt mot mikrokontrollern och kan användas med de flesta operativsystem och programmeringsspråk; användarguiden utgår från Raspbian.
• Kommandoradsverktyget strato styr summer, watchdog och UPS-funktioner (beep, watchdog, shutdown, battery). Strato Pi-kärnmodulen (strato-pi-kernel-module på GitHub) ger åtkomst via sysfs i /sys/class/stratopi/ (dtoverlay=stratopi); där kan även watchdog-, UPS- och RS-485-parametrar ändras. Realtidsklockan (MCP79410, I2C-adress 0x6f) installeras med skriptet rtc-install när I2C är aktiverat.
• På Raspberry Pi 3 och 4 används huvud-UART (ttyAMA0) som standard för Bluetooth. För att styra den till GPIO-stiften kan Bluetooth stängas av (dtoverlay=pi3-disable-bt) eller flyttas till mini-UART (pi3-miniuart-bt); Linux-seriekonsolen ska också stängas av när porten används.
• Kortet är kompatibelt med Raspberry Pi 4 Model B, 3 Model B+, 3 Model B och 2 Model B. Enligt tillverkaren är produkten inte godkänd för säkerhetskritiska tillämpningar.

Egenskaper

• Raspberry Pi 3 Model B färdigmonterad med Strato Pi UPS i DIN-skenehölje 4M
• Matning 9–28 Vdc med skydd mot omvänd polaritet, överspänning och 2.2 A säkring
• Integrerad UPS för externt 12 V blybatteri (1.2 Ah föreslagen), batteridrift vid 7.2 V
• Upp till 4.0 A vid 5 V till Raspberry Pi (vid 24 Vdc)
• Oreglerad hjälpmatningsutgång VSOUT med omkoppling till batteri
• Optoisolerad RS-232 eller RS-485, 1200 till 115200 baud
• Hårdvarubaserad watchdog med strömcykel av Raspberry Pi
• Realtidsklocka MCP79410 med utbytbart CR1025-batteri
• Säkerhetselement Microchip ATECC608A/ATECC608B
• Inbyggd summer och lysdioder för ON, BATT, RX och TX
• Tillgång till USB, Ethernet, HDMI och 3.5 mm-uttag
• Drifttemperatur -20…+50 °C, IP20, 155 g

Användningsområden

• Raspberry Pi-applikationer som ska fortsätta köra vid strömavbrott med ett externt 12 V blybatteri som reserv
• Seriell kommunikation med utrustning via RS-232 eller RS-485
• Försörjning av externa enheter via VSOUT med omkoppling till batteri
• Enheter som ska övervakas av en oberoende hårdvarubaserad watchdog med automatisk strömcykel
• Installationer i kopplingsskåp på DIN-skena med 9–28 Vdc
• Tillämpningar som kräver hårdvarubaserad nyckellagring (ATECC608) eller exakt tid med batteribackup

Certifieringar och standarder: CE (EMC 2014/30/EU), RoHS (2011/65/EU och 2015/863/EU), EN61000-6-2:2019 (immunitet, industrimiljö), EN 61000-6-3:2007/A1:2011/AC:2012 (emission, bostads-, kommersiell och lätt industrimiljö), FCC Part 15 klass B, ICES-003 klass B (Kanada), RCM (Australien/Nya Zeeland), Raspberry Pi 3 Model B: Radio Equipment Directive 2014/53/EU, FCC ID 2ABCB-RPI32, IC 20953-RPI32, WEEE

Användarguiden (rev. 029, december 2022) gäller kortet och alla servermodeller i familjen; SPMU30X avser servern med Raspberry Pi 3 Model B. Leverantörens lista anger drifttemperatur 0 till +50 °C medan databladet anger -20…+50 °C för servern; databladets värde används. Strömförbrukningen i databladet är uppmätt med Raspberry Pi 4 och kan avvika med Raspberry Pi 3 Model B. Laddströmmen anges som 30 mA i avsnittet om UPS-funktionen och som 30…100 mA i de tekniska specifikationerna. Att SPMU30X har säkerhetselementet följer av databladets notering om artikelnummer med T respektive X. Måtten är avlästa ur måttritningen.

Tillverkarens artikelnummer SPMU30X. Uppgifterna är hämtade ur tillverkarens datablad (PDF). Lagerförd vara – skickas inom 1–3 vardagar.