TouchBerry Pi, el panel PC Raspberry Pi: características técnicas

Qué es el panel PC Raspberry Pi TouchBerry Pi#

El TouchBerry Pi es el panel PC Raspberry Pi industrial de Industrial Shields: una pantalla táctil combinada con una Raspberry Pi con Linux (Raspberry Pi OS) y un pequeño conjunto de E/S de campo, alimentado a 12-24 Vdc. Está diseñado como HMI industrial: paneles de operador de máquina, visualización de procesos, dashboards de producción y energía, y terminales de visualización SCADA.

Como panel PC Raspberry Pi, ejecuta Node-RED (preinstalado), Python, Docker, HMI web y software SCADA compatible con Linux. Todos los tamaños tienen los mismos 10 puntos de E/S: 2 entradas analógicas configurables como 0-10 V o 4-20 mA, 3 entradas digitales y 5 salidas digitales; la salida 0 admite PWM. RS-485 y RS-232 comparten el mismo puerto serie, así que solo se puede usar uno. Certificaciones: CE y RoHS.

El TouchBerry Pi no es un PLC: está pensado para la visualización y la interacción con el operador, no para el control principal de la máquina. Cuando un proyecto necesite más E/S de campo, usa un PLC Raspberry Pi con una pantalla aparte.

Modelos y E/S#

El panel PC Raspberry Pi tiene tres tamaños de pantalla, cada uno disponible como CORE (preconfigurado, listo para pedir) o FLEX (configurable).

Consulta toda la gama en la página de la familia TouchBerry Pi o descarga fichas técnicas, guías de usuario y certificados desde la documentación técnica.

Primeros pasos: tarjeta SD precargada#

Todos los TouchBerry Pi (7", 10.1" y 18.5") se entregan con la tarjeta SD precargada con la imagen del sistema y la configuración de fábrica, listos para usar nada más sacarlos de la caja.

Programación: Node-RED preinstalado#

Los paneles TouchBerry, basados en una placa Raspberry Pi, se programan igual que una Raspberry Pi estándar. Además, tienen la ventaja de incluir una pantalla táctil capacitiva para ver y manejar el panel con el dedo.

Node-RED

Node-RED viene preinstalado por defecto: es un editor de flujos basado en navegador que permite programar gráficamente dispositivos de hardware, APIs y servicios online. Está construido sobre Node.js, lo que permite aprovechar todo su modelo orientado a eventos y no bloqueante.

Fuente de alimentación: 12 a 24 Vdc, 28 W#

El TouchBerry se alimenta con una fuente de DC de 12 a 24 Vdc, con una corriente de 2,5 A a 12 Vdc y 1,25 A a 24 Vdc. Consumo máximo: 28 W.

El TouchBerry separa los pines de comunicación de los pines de entradas y salidas. Para usar las entradas y salidas, también hay que alimentarlas por separado a 12-24 Vdc (además de la alimentación principal descrita arriba).

La alimentación general permite usar el TouchBerry Pi y sus comunicaciones, pero para usar los pines de entradas y salidas también hay que alimentar los pines 24V COM y GND COM.

Pinout#

Entradas analógicas: 0-10 Vdc o 4-20 mA#

En las entradas analógicas, la diferencia de tensión entre -Vcc (masa) y +Vcc puede variar en un amplio rango de valores. Una entrada analógica da una medida en forma de valor digital representado por un número de N bits. Las entradas y salidas están aisladas funcionalmente de la parte lógica (Raspberry Pi) y comparten una masa común (GND COM).

El panel TouchBerry tiene 2 entradas analógicas (I-0 a I-1), configurables mediante jumper como 0-10 Vdc o 4-20 mA, con resolución de 12 bits.

Para leer el valor de las entradas analógicas, el TouchBerry incluye una serie de tests.

Con la configuración 4-20 mA (por defecto), se hace así:

pi@raspberrypi:~ $ ./test/4-20mA/get-analog-input I0
pi@raspberrypi:~ $ ./test/4-20mA/get-analog-input I1

Si tienes la entrada analógica configurada de 0 a 10 V, se hace así:

pi@raspberrypi:~ $ ./test/analog/get-analog-input I0
pi@raspberrypi:~ $ ./test/analog/get-analog-input I1

Recuerda que hay que alimentar el bloque de pines de entradas y salidas a través de los pines 24V COM y GND COM.

Recuerda también conectar una resistencia de 1 KΩ en serie con la entrada analógica (el modo 4-20 mA es el predeterminado y necesita la resistencia).

Entradas digitales: 5 a 24 Vdc, PNP#

En las entradas digitales, la diferencia de tensión entre -Vcc (masa) y +Vcc solo puede tener dos estados: 0 (que corresponde a -Vcc o GND) o 1 (que corresponde a +Vcc), sin valores intermedios. Las entradas y salidas están aisladas funcionalmente de la parte lógica (Raspberry Pi) y comparten una masa común (GND COM).

El panel TouchBerry tiene 3 entradas digitales (I-2 a I-4), de 5-24 Vdc, para sensores PNP (sourcing).

Para medir el valor de la entrada digital, usa los tests precompilados de esta forma:

pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/get-digital-input I2
pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/get-digital-input I3
pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/get-digital-input I4

Así devuelve 0 si el estado es LOW y 1 si es HIGH.

Recuerda que hay que alimentar el bloque de pines de entradas y salidas a través de los pines 24V COM y GND COM.

Salidas digitales: 12 a 24 Vdc, 250 mA#

Variación de tensión de -Vcc (o GND) a +Vcc, sin valores intermedios. Dos estados: 0 (-Vcc o GND) y 1 (+Vcc). Las salidas se alimentan desde el borne 24V COM (12-24 Vdc) y están aisladas funcionalmente de la parte lógica (Raspberry Pi).

El panel TouchBerry tiene 5 salidas digitales (O0 a O4), de tipo PNP, 12-24 Vdc. Máximo 250 mA por salida y 0,4 A en total (suma de todas las salidas activas).

Para configurar las salidas digitales, igual que con las entradas, usa los tests incluidos de esta forma:

pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/set-digital-output O0 1
pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/set-digital-output O0 0
pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/set-digital-output O1 1
pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/set-digital-output O1 0
pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/set-digital-output O2 1
pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/set-digital-output O2 0
pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/set-digital-output O3 1
pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/set-digital-output O3 0
pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/set-digital-output O4 1
pi@raspberrypi:~ $ ./test/digital/set-digital-output O4 0

En este caso, los parámetros del test son la salida (O0..O4) y el estado que quieres asignar: 0 para LOW y 1 para HIGH.

La placa del TouchBerry tiene LED de prueba que muestran el estado ordenado a cada salida digital.

Importante: las salidas digitales no están protegidas contra cortocircuitos. Para cargas que no sean bobinas de relé o pilotos, o siempre que el cableado pueda sufrir un cortocircuito, recomendamos un módulo de relé de interfaz, por ejemplo Phoenix Contact PLC-RSC-24DC/21 (referencia 2966171: entrada de 24 Vdc, 9 mA, 1 contacto conmutado, 6 A). Con una alimentación de E/S de 12 Vdc, usa la versión de 12 Vdc de la misma familia.

Recuerda que hay que alimentar el bloque de pines de entradas y salidas a través de los pines 24V COM y GND COM.

Ethernet (eth0)#

Ethernet es la tecnología más usada en las redes de área local cableadas (LAN). Una LAN es una red de ordenadores y otros dispositivos electrónicos que cubre un área pequeña, como una sala, una oficina o un edificio. Se contrapone a una red de área amplia (WAN), que abarca zonas geográficas mucho mayores. Ethernet es un protocolo de red que controla cómo se transmiten los datos en una LAN. Técnicamente se denomina protocolo IEEE 802.3. El protocolo ha evolucionado con el tiempo hasta transferir datos a un gigabit por segundo.

*IMPORTANTE: comprueba que el TouchBerry Pi está alimentado (12-24 Vdc). Solo con el USB no hay potencia suficiente para la comunicación Ethernet.

Pines usados:
La comunicación Ethernet por la interfaz eth0 no usa ningún pin de la Raspberry Pi.
La configuración del hardware Ethernet debe ser plug and play.

Puedes mantener una conexión sencilla con la herramienta NETCAT con los siguientes comandos:

nc -l port (server)
nc server_ip port (client)

Por ejemplo:

TouchBerry: nc -l 1234
Other PLC: nc 10.42.0.114 1234

O puedes escribir un código algo más elaborado y crear automatizaciones más complejas según las funciones que quieras añadir.

Wi-Fi y Bluetooth#

Wi-Fi es uno de los avances tecnológicos más importantes de la era moderna. Igual que otras conexiones inalámbricas como Bluetooth, es una tecnología de transmisión por radio basada en un conjunto de estándares que permiten comunicaciones rápidas y seguras entre una gran variedad de dispositivos digitales, puntos de acceso y hardware. Permite que los dispositivos con Wi-Fi accedan a Internet sin cables. Puede funcionar a corta y larga distancia, cerrada y protegida o abierta y libre, así que es muy versátil y fácil de usar.

Bluetooth es otro estándar de tecnología inalámbrica. Bluetooth se desarrolló para intercambiar datos a corta distancia. Opera en el rango de 2400-2483,5 MHz, dentro de la banda ISM de 2,4 GHz. Los datos se dividen en paquetes y se intercambian por uno de los 79 canales Bluetooth definidos (cada uno con un ancho de banda de 1 MHz).

El Wi-Fi y el Bluetooth no se incluyen por defecto: consulta a Industrial Shields antes de pedir si los necesitas.

Para configurar Wi-Fi en el Raspberry PLC, puedes seguir esta guía.

Y si quieres saber cómo usar Bluetooth para, por ejemplo, comunicar el Raspberry PLC con un móvil Android, puedes seguir esta guía.

I2C (i2c-tools)#

I2C es un protocolo síncrono que solo usa 3 cables: uno para el reloj (SCL), uno para los datos (SDA) y la masa (GND). Esto significa que el maestro y el esclavo envían datos por el mismo cable, que controla el maestro, que genera la señal de reloj. I2C usa direccionamiento para seleccionar los esclavos.

I2C es un bus de comunicación serie. La velocidad es de 100 kbit/s en modo estándar, pero también admite 3,4 Mbit/s. Es un bus muy usado en la industria, sobre todo para comunicar microcontroladores con sus periféricos en sistemas integrados, o circuitos integrados que están en la misma PCB.

Ejemplo de uso

Para enviar un mensaje I2C en un entorno Linux, puedes usar el paquete i2c-tools, que incluye los comandos i2cset e i2cget.
Estos comandos permiten escribir datos en un dispositivo I2C o leerlos, respectivamente.

Este es un ejemplo de cómo usar i2cset para enviar un mensaje I2C:

i2cset -y     [b]

• : el número de bus I2C (p. ej., 1 para /dev/i2c-1).
• : la dirección I2C del dispositivo de destino.
• : la dirección del registro en el que quieres escribir.
• : el valor que quieres escribir en el registro indicado.
• [b]: parámetro opcional que indica que el valor está en formato byte.

Por ejemplo, para escribir el valor 0x45 en el registro 0x02 de un dispositivo I2C con dirección 0x50 en el bus 1, ejecuta:

i2cset -y 1 0x50 0x02 0x45

Ten en cuenta que el número de bus, la dirección del dispositivo, la dirección del registro y el valor dependerán de tu hardware y de lo que necesites.
Además, puede que tengas que comprobar que los módulos del kernel para I2C están cargados (i2c-dev y el driver específico de tu hardware). Puedes usar el comando lsmod para comprobarlo.

lsmod | grep i2c

Este es un ejemplo de cómo usar i2cget para leer datos de un dispositivo I2C:

i2cget -y 1 0x50 0x02

Este comando lee un byte del registro indicado (0x02) del dispositivo I2C con dirección 0x50 en el bus 1. La salida es el valor leído del registro.

SPI (spidev)#

SPI es un bus de comunicación síncrono con arquitectura maestro-esclavo. Los esclavos no pueden iniciar la comunicación ni intercambiar datos directamente entre ellos. Solo el maestro puede seleccionar con qué esclavo se comunica mediante el pin SS (slave select).

Ejemplo de uso

Para las comunicaciones SPI recomendamos la biblioteca spidev.

pip install spidev

Aquí tienes un ejemplo sencillo en Python para comunicarte con este protocolo.

import spidev
# Initialize SPI
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0) # The arguments (bus, device) depend on your setup
# Configure SPI settings
spi.max_speed_hz = 1000000  # Set the SPI speed (Hz)
spi.mode = 0                # Set the SPI mode (consult your device's datasheet)
# Prepare your data to be sent
data_to_send = [0x01, 0x02, 0x03]  # Replace with your actual data
# Send the SPI message
received_data = spi.xfer2(data_to_send)
# Close the SPI connection
spi.close()
# Process the received data if needed
print("Received Data:", received_data)

Este código Python usa la biblioteca spidev para establecer una conexión SPI, enviar datos y recibir la respuesta de un dispositivo SPI.

RS-485: half-duplex y full-duplex#

RS-485, también conocido como TIA-485(-A) o EIA-485, es un estándar que define las características eléctricas de los emisores y receptores usados en sistemas de comunicación serie. La señalización eléctrica es balanceada y admite sistemas multipunto.

Ejemplo de uso

En este equipo, RS-485 se puede configurar como half-duplex o full-duplex. A continuación tienes un ejemplo de cada uno.

Antes de usar esta comunicación, hay que hacer algunas configuraciones previas.

Para configurar RE y DE:

echo 27 > /sys/class/gpio/export
echo 17 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio27/direction
echo out > /sys/class/gpio/gpio17/direction

La velocidad en baudios es muy importante en las comunicaciones serie y se configura así:

stty 115200 -F /dev/ttyS0 raw -echo

En este caso la hemos fijado en 115200, pero puedes cambiarla según lo que necesites. Con esto ya puedes empezar.

Half-duplex:

Configuración de DE y RE para usar RS-485 en half-duplex.

• Para recibir:

echo 0 > /sys/class/gpio/gpio17/value
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio27/value

Después, para ver los datos que se reciben, usa el comando:

cat /dev/ttyS0

• Para transmitir:

echo 0 > /sys/class/gpio/gpio17/value
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio27/value

Así puedes enviar mensajes, por ejemplo con:

echo MESSAGE > /dev/ttyS0

Full-duplex:

Configuración de DE y RE en full-duplex:

echo 0 > /sys/class/gpio/gpio17/value
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio27/value

Con esto ya puedes usar RS-485 en tus proyectos.

Recomendamos añadir un retardo de al menos 1 ms entre recepción y transmisión.
El puerto /dev/ttyS0 es común para las comunicaciones serie (RS-485, RS-232, TTL): solo se puede usar una, que se elige al hacer el pedido.

RS-232 y TTL (/dev/ttyS0)#

RS-232, también conocido como TIA-232-F, EIA-232-F o V.24, es un estándar de transmisión de datos por comunicación serie. Especifica los niveles de tensión, la temporización de las señales y el protocolo de datos para la comunicación entre equipos.

TTL (Transistor-Transistor Logic) es una familia lógica digital que usa circuitos de transistores para implementar funciones lógicas. En las comunicaciones serie, TTL se refiere a los niveles de tensión usados para representar datos binarios. En el TouchBerry Pi el nivel TTL se fija de fábrica con un jumper: 3,3 V o 5 V. La tensión alta representa el 1 lógico y la baja, el 0 lógico.

Ejemplo de uso

A continuación tienes un ejemplo válido para RS-232 y TTL, fijando la velocidad en 115200 baudios, por ejemplo, con el siguiente comando:

stty 115200 -F /dev/ttyS0 raw -echo

Después, envía un mensaje así:

echo -ne Hello > /dev/ttyS0

Y recibe por el puerto ejecutando:

cat /dev/ttyS0

El puerto /dev/ttyS0 es común para estas comunicaciones serie: solo se puede usar una, que se elige al hacer el pedido.

UPS Shield#

Todos los TouchBerry Pi incluyen el UPS Shield. Es un UPS Smart Shield Plug & Play que da 5 segundos de alimentación ante un corte de suministro. Este tiempo extra permite que la Raspberry Pi siga un proceso de apagado correcto, evitando que se corrompa la tarjeta SD. El UPS se recarga en menos de 1 minuto y el tiempo de reconexión es inferior a 20 segundos.
Si quieres ejecutar comandos concretos durante un apagado del UPS, edita el archivo "/etc/rpishutdown/hooks/pre-poweroff" y añádelos ahí. Puede que también tengas que dar permisos de ejecución al archivo con el comando "sudo chmod ugo+x /etc/rpishutdown/hooks/pre-poweroff ".

Configuración del hardware

*IMPORTANTE: comprueba que el TouchBerry está alimentado (12-24 Vdc) y que el UPS Shield está bien montado.

Configuración de los interruptores:
Ningún interruptor afecta al UPS Shield del Raspberry PLC, que siempre está activado. Solo tienes que tenerlo conectado al menos 1 minuto para que los supercondensadores del shield se recarguen en el arranque.

Configuración del software

*IMPORTANTE: comprueba que has seguido correctamente la guía de instalación del sistema operativo.

Configuración del software:
Si seguiste correctamente la guía de instalación del sistema operativo, el UPS Shield funcionará automáticamente cuando haga falta.

Pantalla táctil capacitiva#

Los paneles táctiles capacitivos suelen considerarse mejores que los resistivos por varios motivos:

1. Mayor sensibilidad: los paneles capacitivos son más sensibles al tacto y detectan las pulsaciones con más precisión y rapidez, incluso si son suaves.
2. Multitáctil: los paneles capacitivos admiten gestos multitáctiles, como pellizcar para hacer zoom o deslizar, por eso se usan en móviles y tabletas.
3. Mejor nitidez: los paneles capacitivos no necesitan capas adicionales sobre la pantalla, lo que mejora la nitidez y la transmisión de luz respecto a los resistivos.
4. Durabilidad: los paneles capacitivos suelen ser más duraderos que los resistivos, que pueden desgastarse con el tiempo, sobre todo si se tocan con objetos punzantes.
5. Respuesta más rápida: los paneles capacitivos responden más rápido, lo que da una experiencia de uso más fluida en equipos como móviles y tabletas.
6. Menos presión: los paneles capacitivos necesitan menos presión para registrar una pulsación, lo que resulta más cómodo que con los resistivos.
7. Vida útil más larga: los paneles capacitivos suelen durar más porque no sufren el desgaste mecánico que provoca la presión física en los resistivos.

Reloj en tiempo real (DS3231)#

El UPS Shield contiene un circuito integrado RTC DS3231 que se comunica con la Raspberry Pi por el bus I2C. El término reloj en tiempo real se usa para no confundirlo con los relojes de hardware ordinarios, que son solo señales que gobiernan la electrónica digital y no cuentan el tiempo en unidades humanas. No hay que confundir el RTC con la computación en tiempo real, que comparte siglas en inglés pero no tiene relación directa con la hora del día.

Aunque se puede llevar la hora sin RTC, usar uno tiene ventajas:

• Bajo consumo (importante cuando funciona con alimentación alternativa).
• Libera al sistema principal para tareas críticas en tiempo.
• A veces es más preciso que otros métodos.

Una pila de botón de litio de 3 V (CR1220) alimenta el RTC. El RTC se basa en el chip DS3231. El reloj serie en tiempo real DS3231 es un reloj y calendario de bajo consumo, totalmente en decimal codificado en binario (BCD). Las direcciones y los datos se transfieren en serie por I2C. El reloj y calendario proporciona segundos, minutos, horas, día de la semana, fecha, mes y año. La fecha de fin de mes se ajusta automáticamente en los meses de menos de 31 días, incluida la corrección de los años bisiestos. El reloj funciona en formato de 24 horas o de 12 horas con indicador AM/PM. El DS3231 tiene un circuito de detección de alimentación que detecta los cortes y cambia automáticamente a la alimentación de respaldo, con la que sigue contando el tiempo.

Configuración del hardware

*IMPORTANTE: comprueba que el TouchBerry está alimentado (12-24 Vdc) y que el UPS Shield está bien montado.

Configuración del software

*IMPORTANTE: comprueba que has seguido correctamente la guía de instalación del sistema operativo.

Configuración del software:
Una vez hecha la configuración del hardware, puedes pasar a la configuración del software y a su uso. Puedes consultar esta guía para hacerlo.

Mejoras en las nuevas versiones#

Las nuevas versiones del TouchBerry incorporan varias mejoras en este panel PC:

• Aislamiento entre los pines de E/S y los pines de comunicación
• Se libera un USB adicional
• Posibilidad de añadir una click board
• Mejor aislamiento de los conectores RS485 e I2C

• E/S en todos los modelos (5 salidas digitales, 3 entradas digitales y 2 entradas analógicas), comunicaciones RS-485, RS-232 y TTL, y pantalla táctil capacitiva.

Casos de estudio del panel PC Raspberry Pi#

• Analizador de hilo de soldadura de MIGAL.CO en un TouchBerry Pi 10.1"
• Lavadoras industriales OEM con un panel de operador TouchBerry Pi 7"
• Tratamiento de agua supervisado desde un TouchBerry Pi 10.1" por MQTT
• Planta de biogás con un panel TouchBerry y niveles de usuario
• Automatización de una granja porcina con un M-Duino 19R+ y un TouchBerry Pi
• Domótica con un PLC M-Duino y un panel táctil TouchBerry Pi
• Automatización de procesos con un TouchBerry Pi 7"

Consulta todos los proyectos en la biblioteca de casos de estudio.

Cursos, ejemplos y documentos#

• Cursos gratuitos: Primeros pasos con Raspberry Pi, desarrolla tu aplicación SCADA con Node-RED
• Ejemplos: inicio de sesión de administrador en Node-RED con teclado virtual, LED de estado MQTT en un dashboard de Node-RED, registro en CSV con tabla de histórico en directo, exportar registros CSV a USB, modo quiosco para un HMI con dashboard de Node-RED
• Tutoriales: entradas y salidas del TouchBerry Pi, Modbus RTU en el TouchBerry Pi, mostrar una temperatura con Node-RED, instalar Node-RED en un panel PC Raspberry Pi, cambiar la hora del RTC
• Documentos: fichas técnicas, guías de usuario y certificados CE del TouchBerry Pi

Preguntas frecuentes sobre el TouchBerry Pi#

¿Qué es un panel PC Raspberry Pi?

Un panel PC industrial con pantalla táctil que ejecuta Linux en una Raspberry Pi. El TouchBerry Pi es el panel PC Raspberry Pi de Industrial Shields para HMI local, interfaces de operador y dashboards, en tamaños de 7, 10,1 y 18,5 pulgadas.

¿El TouchBerry Pi es un PLC?

No. Tiene 10 puntos de E/S y está diseñado para la visualización y la interacción con el operador, no para el control principal de la máquina. Si necesitas pantalla táctil y más E/S de campo, usa un PLC Raspberry Pi con una pantalla aparte.

¿Qué fuente de alimentación necesita el TouchBerry Pi?

De 12 a 24 Vdc: 2,5 A a 12 Vdc o 1,25 A a 24 Vdc, con un consumo máximo de 28 W. Para usar las entradas y salidas, también hay que alimentarlas por los pines 24V COM y GND COM.

¿Qué entradas y salidas tiene el panel PC Raspberry Pi?

2 entradas analógicas configurables como 0-10 Vdc o 4-20 mA con resolución de 12 bits, 3 entradas digitales de 5-24 Vdc para sensores PNP y 5 salidas digitales PNP de 12-24 Vdc, con un máximo de 250 mA por salida y 0,4 A en total.

¿Cómo se programa el TouchBerry Pi como HMI industrial?

Como una Raspberry Pi estándar. Node-RED viene preinstalado para crear dashboards, y también puede ejecutar Python, Docker, HMI web y software SCADA compatible con Linux.

¿Se pueden usar RS-485 y RS-232 a la vez?

No. RS-485, RS-232 y TTL comparten el puerto /dev/ttyS0, así que solo se puede usar uno, que se elige al hacer el pedido.