SNR-ERD: От “пинговалки” до линейки оборудования

Начало двухтысячных — бурное развитие телекоммуникационных сетей. Монтажники, сутки напролет проводившие на крышах, прокладывая кабель до конечного абонента, остро нуждались в устройствах для проверки соответствия кабеля подключенному порту. Остро стояла и проблема “зависания” оборудования. Монтажникам приходилось постоянно курсировать между узлами связи и перезагружать их вручную. Так возникла идея разработки первого SNR-ERD.

В результате спецам из “НАГ” пришла на ум идея о создании устройства, которое можно было бы подключить к кабелю и пинговать конкретный порт. Чуть позже устройство оснастили функцией удаленной перезагрузки устройства. Так появилось SNR-ERD-WEB, ставшее универсальным помощником для монтажников и администраторов сетей.

Первые пинговалки

Первая модель представляла из себя восьмибитный микроконтроллер с 8 килобайтами флеш-памяти и 500 байтами оперативной памяти. Управление прибором осуществлялось через web-интерфейс. Устройство могло работать с датчиками температуры, перезагружать оборудование и контролировать датчики открытия-закрытия двери.

Свою аудиторию устройство нашло достаточно быстро. Разработка и усовершенствование устройства происходило регулярно. Причем большинство рекомендаций поступало от покупателей ERD, использовавших прибор в работе в поле и понимающих какие доработки ему необходимы. Уже в следующей модификации прибор получил протокол SNMP, удалённое обновление прошивки, функция термостата, датчик фазы.

Большой спрос на с устройства породил разработку целого ряда устройств функционал которых постоянно расширялся. Следующим этапом в этой цепочке стало SNR-ERD-2, которое до сих пор позиционируется, как бюджетное средство для контроля за параметрами ЦОД, а его модификации пользуются большим спросом.

Недорогой компактный приборчик с растущим функционалом пользовался довольно хорошим спросом, что вылилось в развитие целой серии устройств с общим индексом SNR-ERD-2. Эти устройства до сих пор позиционируются как бюджетное средство для контроля основных физических параметров в миниЦОД.

ERD-2 нашло широкое применение у операторов связи для мониторинга температуры в дата-центрах (ЦОДах). Так, например, компания Mail.Ru Group установила более 800 штук ERD-2.

Вот отзыв заместителя технического директора Mail.Ru Group, Кубасова Сергея:

“Используем ERD-2 для мониторинга температуры в дата-центрах «М100» (Mail.Ru Group) и «ИЦВА» (Вконтакте). При выборе решения для нас было важно:
Цена — в случае с ERD стоимость одного термодатчика (в совокупности с контроллером) одна из самых низких;
Периферия — для ERD достаточно иметь любой L2-коммутатор, нет необходимости покупать какие-то дополнительные контроллеры для агрегаций;
Скорость внедрения — API продукта описано настолько подробно, насколько это вообще возможно;
Срок поставки — вне зависимости от запрашиваемых нами объемов, отгрузка осуществлялась «на следующий день» или в приемлемые для нас сроки;
Гибкость производства — небольшая кастомизация в виде увеличения длины кабеля термодатчика, была выполнена оперативно и без дополнительных вопросов;
Высокая надежность — за весь период эксплуатации хочу отметить очень низкий процент брака и практически полное отсутствие выхода из строя;
Поддержка — ответы по проблемам получаем очень оперативно.

Чего не хватает:
PoE — приходится тянуть питание, что очень неудобно;
Датчиков влажности — тогда бы мы смогли на ERD выполнить полный контроль климата”.

Запросы клиента не могли остаться незамеченными и через некоторое время специалисты “НАГ” разработали устройство третьей серии. Помимо уже известных функций, в ERD-3 добавили:

• последовательные интерфейсы передачи данных RS-232 и RS-485;
• дополнительный датчик фазы;
• внешний порт для подключения до пяти датчиков 1-Wire (SNR-DTS-2);
• возможность установки GSM/GPRS модуля для реализации беспроводного канала передачи данных, а также отправки SMS-уведомлений;
• Passive PoE с напряжением питания 5В.

Изменился и дизайн устройства. Прибор поместили в удобный металлический корпус и крепление на DIN-рейку.

ERD-3 представляют собой устройства 3 в 1: конвертор интерфейсов Ethernet/RS232 или Ethernet/RS485, контроллер UPS (Uninterruptible power supply) c поддержкой протокола MegaTec, а также устройство мониторинга состояния датчиков, температуры среды и напряжения.
К слову, совсем недавно ERD-2 также стали производить в металлическом корпусе, что стало ответом на запросы компаний-интеграторов, которые были готовы строить свои решения на базе ERD, однако внешний вид прибора не совсем соответствовал их запросам. Поэтому теперь ERD-2 можно приобрести в двух модификациях: в термоусадке или металлическом корпусе.

Усовершенствованный ERD-2

Вернемся же к ERD-3. Помимо широко спроса у провайдеров, прибор востребован интеграторами для малой автоматики и система АСКУЭ в качестве Ethernet/RS-485 и Ethernet/RS-232 для опроса различных счетчиков ресурсов. На основе устройств ERD работает программно-аппаратный комплекс “НАГрузка”, о котором мы писали ранее.

В дальнейшем ERD-3 был усовершенствован модулем GSM/GPRS для применения в решениях, где основным каналом передачи данных был GSM/GPRS. Устройство получило наименование ERD-GSM.

Тест ERD-GSM на термостойкость

Однако время не стояло на месте и стало ясно, что современные требования диктуют дальнейшее развитие серии устройств ERD, а для этого были необходимы новые вычислительные и аппаратные ресурсы.

В качестве основы для нового аппаратно-программного комплекса был выбран 32-битный микроконтроллер STM32F407 фирмы ST и современный PHY-контроллер KSZ8031RNL для работы с сетью Ethernet. В связи со сменой платформы потребовалось полностью переписать программное обеспечение. Одновременно было решено перевести функциональный софт под управление операционной системы реального времени RTOS. Операционная системы позволила развязать управляющий цикл и построить вызов функций на основе гибких приоритетов. Также, устройство получило возможность электропитания, как через внешние выделенные контакты, так и по стандартам PoE IEEE 802.3af-2003 и IEEE 802.3at-2009, а также Passive PoE от 36 до 48 В.

Переход на новую платформу осуществляли в несколько этапов. Сперва на свет появилось устройство с базовым оснащением, получившее название ERD-Pro-mini. Первые устройства собирались кустарным образом в лаборатории “НАГ”.

Теперь устройство выглядит так:

Все достоинства ERD-Pro-mini несколько терялись на фоне недостатков, обнаруженных уже в процессе эксплуатации. Из-за специфики корпуса возникали ошибочной подачи напряжения питания на контакты, не предназначенные для этого, что, в свою очередь, приводило к необратимым повреждениям устройства.

Одним из главных достоинств ERD-3 был был непосредственно его корпус, а также возможность модульного расширения и наличие интерфейсов RS-232 и RS-485, а «узким» местом был 8-битный контроллер ATmega328 с его 32 Кбайтами флэш-памяти против 1024 Кбайт у STM32F407. Если клиент просил реализовать какую-нибудь новую функцию, то для этого приходилось вырезать какую-нибудь другую. Так и появилась задача объединения всего лучшее от ERD-3 и ERD-Pro-mini.

Печатная плата ERD-3 почти в полтора раза меньше платы ERD-PRO-mini. Поэтому плотность расположения электронных компонентов была существенно выше, а значит выше становились требования к изготовления платы. Это не было трудной задачей, но при непосредственной разработке, выяснилось, что новое устройство должно обладать еще рядом дополнительных характеристик, помимо тех что уже присутствуют в ERD-3 и ERD-PRO-mini.
На борту устройства требовалось разместить:

• защиту от смены полярности напряжения питания;
• повышающий DC/DC-преобразователь 12В, для питания внешних датчиков;
• понижающий DC/DC-преобразователь 5В, совместимый со стандартами PoE;
• цепи резервирования при питании от PoE и через выделенный разъем питания;
• прецизионный DAC (ЦАП), для осуществления функции PID-регулирования;
• мощное силовое реле, для коммутации нагрузок с напряжением до 250 В и током до 10 А;
• пять комбинированных портов входов и выходов, так называемые порты DIO (digital input/output);
• самовосстанавливающиеся предохранители, для защиты портов DIO и порта DAC,
• дополнительную внешнюю энергонезависимую память для хранения настроек и результатов измерения.

Плюс ко всему, новое устройство должно было обеспечивать среднее время наработки на отказ 75000 часов, а также удовлетворять требованиям по устойчивости к электромагнитным воздействиям для оборудования информационных технологий, согласно ГОСТ CISPR 24-2013.
В результате свет увидел «Многофункциональный контроллер SNR-ERD-4» или сокращенно просто ERD-4.

В процессе разработки ERD-4 предстояло спроектировать принципиальную схему, подобрать компоненты и изготовить образцы, которые подвергались различным экспериментам Например испытанию на устойчивость к воздушным электростатическим разрядам напряжением 8 кВ.

Для соответствия ГОСТ CISPR 24-2013 проводились эксперименты с устойчивостью устройства к различным видам помех.

Испытание ERD-4 на устойчивость к наносекундным импульсным помехам

Испытание ERD-4 на устойчивость к микросекундным импульсам большой энергии

Устройство испытывали в климатических камерах. Проводились замеры предельных напряжений и токов. Перебрав десятки образцов, раз за разом подвергавшихся испытаниям, появился вот такой итоговый вид печатной платы.

Отдельно стоит остановиться на описании работы портов DIO и выхода DAC.

Фрагмент принципиальной схемы порта DIO

Особенность их реализации заключается в том, что каждый порт может работать как на вход (режим DI), так и на выход (режим DO). Достигается это тем, что микроконтроллер подключен к каждому порту двумя выводами GPIO через специальные развязывающие цепи D11 и Q17. Данное решение позволило увеличить гибкость ERD-4. Пользователь теперь может сам определить необходимую конфигурацию портов. Например, конфигурация «5 входов + реле» будет полезна в тех приложениях, где необходимо подключить большое кол-во датчиков с релейным выходом (охрана периметра, контроль протечек воды). Реле в данной конфигурации может включать сирену или насос откачки грунтовых вод. Если пользователю необходимо управлять большим количеством реле, контакторов или пускателей, то он может использовать конфигурацию «5 выходов + реле». Между этими двумя крайностями возможны любые промежуточные конфигурации: «2 входа + 3 выхода», «4 входа и 1 выход» и т.д.

Также, впервые в серии ERD, выходы ERD-4 могут коммутировать нагрузки с напряжением питания до 48В и с номинальным/импульсным током до 0.5/1А. Это позволяет значительно расширить возможности сопряжения ERD-4 с внешними коммутационными приборами и нагрузками. В частности, могут быть использованы широко распространенные реле на 12 В и на 24 В. Если же предполагается использовать пятивольтовые коммутационные приборы, такие как розетки SNR-SMART, то встроенный источник напряжения позволяет питать нагрузки суммарным током до 2 А.

Специально для ERD-4 были разработаны два мезонинных радиомодуля. Один для работы с GSM/GPRS, а другой — для сетей ISM диапазона 868 МГц.

Модуль GSM/GPRS позволяет осуществить резервное подключение по GSM/GPRS и управление через SMS. Модуль для сетей ISM 868 позволяет подключать различные беспроводные датчики, такие как счетчики импульсов, тепловычислители, датчики фазы и пр.

Сейчас SNR-ERD — это целая линейка устройств, востребованных операторами связи, интеграторами автоматизированных системы, предприятиями жилищно-коммунального сектора, банковскими структурами и IT-компаниями. Устройства применяют на узлах связи, в ЦОДах, в различных шкафах с оборудованием для автоматизации контроля среды, контроля периметра, а так же при решении задач телеуправления различными нагрузками.