基于基于eFish-SBC-RK3576工控板的智慧城市边缘网关

此方案充分挖掘eFish-SBC-RK3576的硬件潜力,可快速复制到智慧园区、交通枢纽等场景。

方案亮点

  1. 接口高密度‌:单板集成5G+WiFi+多路工业接口,减少扩展复杂度。
  2. AIoT融合‌:边缘端完成传感器数据聚合与AI推理,降低云端负载。
  3. 灵活扩展‌:剩余接口支持接入照明控制、充电桩管理等子系统。

一、方案概述

利用‌eFish-SBC-RK3576‌工控机的高性能计算、多接口扩展能力及边缘AI支持,构建智慧城市边缘网关,实现以下核心功能:

  • 环境监测‌:通过4路ADC采集温湿度、空气质量、噪声等传感器数据。
  • 人流分析‌:通过USB 3.0外接AI加速棒实时处理摄像头视频流,统计人流密度。
  • 异常告警‌:通过GPIO触发声光报警(如人流超限、环境指标异常)。
  • 多模通信‌:5G远程回传数据至云平台,WiFi连接本地设备(如摄像头、LED屏)。

二、硬件配置与接口分配

1. 核心硬件选型

模块 接口/配置 说明
5G通信模块 M2.E接口(PCIe扩展) 支持5G NR Sub-6GHz,上行带宽≥200Mbps
WiFi模块 M2.E接口(默认板载或扩展) 双频WiFi 6,覆盖本地设备(摄像头、传感器)
AI加速棒 USB 3.0接口 支持TensorRT/OpenVINO,部署人流分析模型
ADC传感器 4路ADC接口 采集环境数据(温湿度、PM2.5、噪声等)
报警触发器 GPIO接口(配置为输入模式) 接收外部告警信号(如消防传感器)

2. 接口资源占用

  • 已占用接口 ‌:
    • 5G模块:1×M2.E
    • WiFi模块:1×M2.E(若板载WiFi不满足需求,可扩展第二模块)
    • AI加速棒:1×USB 3.0
    • ADC传感器:4×ADC
    • 报警触发:1×GPIO
  • 剩余接口 ‌:
    • USB 3.0×2(可扩展其他外设,如加密狗)
    • RS485×6(预留工业设备接入)
    • GPIO≥15(扩展更多告警或控制功能)

三、软件架构设计

1. 操作系统与驱动

  • OS‌:Ubuntu 22.04 LTS(预装Rockchip BSP驱动)
  • 关键驱动 ‌:
    • 5G模块:Quectel RM500Q驱动(AT指令集+PPP拨号)
    • AI加速棒:NVIDIA Jetson加速库或Intel OpenVINO工具链
    • ADC/GPIO:通过Linux内核sysfs或libgpiod库访问

2. 核心软件组件

组件 技术栈 功能
数据采集层 Python/C++ 读取4路ADC传感器数据,轮询GPIO报警信号
AI推理层 TensorRT/OpenVINO 运行人流密度检测模型(YOLOv8+DeepSORT)
通信服务 MQTT + HTTPS 5G上传结构化数据至云端,WiFi下发控制指令
边缘规则引擎 Node-RED/自定义逻辑 本地告警触发(如PM2.5超标时启动通风设备)

3. 数据处理流程

mermaidCopy Code

graph TD

A[传感器数据] -->|ADC采集| B(边缘网关)

C[摄像头视频流] -->|USB3.0+AI加速棒| B

B --> D{边缘计算}

D --> E[人流统计结果]

D --> F[环境指标分析]

E -->|5G/HTTP| G[云平台]

F -->|5G/HTTP| G

D -->|GPIO触发| H[本地报警器]

G -->|WiFi/MQTT| I[控制终端]

四、关键技术与优势

1. 边缘计算性能优化

  • 模型轻量化‌:使用TensorRT量化人流检测模型,推理延迟≤50ms(1080p@30fps)。
  • 资源隔离‌:通过Cgroups限制AI任务CPU占用率≤60%,保障通信服务稳定性。

2. 多网络协同

  • 5G链路冗余‌:支持APN专网与公网双备份,断网自动切换。
  • WiFi Mesh‌:通过OpenWRT扩展为Mesh节点,覆盖500米半径设备接入。

3. 可靠性设计

  • 看门狗机制‌:内置硬件看门狗,系统无响应10s后自动重启。
  • 宽温支持‌:-20℃~70℃工业级温度范围,适应户外机柜部署。

五、部署与实施

1. 硬件部署示意图

textCopy Code

智慧路灯杆

├── eFish-SBC-RK3576(内置5G/WiFi)

├── 4路环境传感器(ADC接口)

├── AI摄像头(USB3.0加速棒)

└── 声光报警器(GPIO控制)

2. 成本与周期

项目 明细
单节点硬件成本 ≈¥3,800(含工控机+5G模块+AI加速棒)
软件定制开发周期 2-3周(模型训练+系统集成)
部署调试周期 1周/节点
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