工业物联网实践：基于 Raspberry Pi Compute Module 4 的 PowerTow 电动飞机牵引车-优快云博客

在传统工业设备的电气化转型中，如何平衡复杂系统的布线、控制界面的友好度以及硬件成本？本案例分享了通用航空设备制造商 PowerTow 的成功案例。通过引入基于 Raspberry Pi Compute Module 4 的工业平板电脑，他们不仅解决了复杂的线束问题，还实现了更高级的 CAN 总线控制和智能化的用户界面。

几十年来，PowerTow 一直是通用航空领域值得信赖的品牌，致力于生产紧凑、便携的飞机牵引车，旨在安全高效地移动轻型和中型飞机。该公司总部位于美国爱达荷州，一直保持着高标准的制造和商业实践。

为了开发一款坚固耐用、具有成本效益且能够运行定制软件的新型飞机牵引车，PowerTow 决定部署基于 Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) 的平板电脑，以打造一款先进的电动牵引车模型。

面临的挑战

在开发新型电动飞机牵引车时，研发团队遇到了几个关键的集成和控制挑战：

1. 复杂的线束管理：操作交流驱动电机控制器需要大量的输入，导致线束极其复杂。这种传统的布线方法不仅繁琐、难以维护，而且严重限制了系统的可扩展性。
2. 通信接口的缺失：PowerTow 认识到电机控制器支持 CAN 总线通信，这本可以显著减少线缆数量并提供更详细的系统反馈。然而，市面上许多支持 CAN 的工业显示器缺乏必要的控制输入功能。
3. 环境与成本要求：新的计算解决方案需要具有高成本效益，同时必须足够坚固以适应户外和机库的严苛环境，且能够稳定运行定制软件。

考虑到牵引车预期在各种气候和条件下使用，系统的稳定性和用户友好的操作是不可妥协的硬性要求。

解决方案：引入 Raspberry Pi CM4

为了克服上述技术瓶颈，PowerTow 将 Raspberry Pi 设计合作伙伴 Chipsee 的 PPC-CM4-070 工业平板电脑集成到了其电动飞机牵引车中。

核心算力：这款 7 英寸显示模块由 Raspberry Pi Compute Module 4 提供支持，为整个系统提供了强大的计算能力和连接性。
通信与控制：基于 CM4 的平板电脑配备了用于与电机控制器通信的 CAN 总线接口，并支持定制的线控驱动 (drive-by-wire) 系统。
软件优化：通过与当地软件开发伙伴 Codespeed 合作，PowerTow 开发并调试了控制软件。系统引入了额外的软件功能来解析 CAN 数据并发出指令，成功弥补了电机控制器底层固件的局限性。

该显示器不仅作为用户交互界面 (UI)，还能提供实时诊断、错误代码和系统状态更新。为了提升品牌体验，PowerTow 还将品牌徽标整合到了设备的启动序列中。

显著成效：这种高度集成的方案将所需的控制导线数量减少了一半（从原来的 18 根减至 9 根），在简化制造和维护流程的同时，大幅提升了系统的物理可靠性。

为什么选择 Raspberry Pi？

在众多工业控制平台中，Raspberry Pi Compute Module 4 脱颖而出的原因在于：

极高的性价比与灵活性：竞争的工控平台要么极其昂贵，要么缺乏必要的 I/O 接口和定制选项。PPC-CM4-070 采用紧凑的集成外形，却提供了 PowerTow 所需的所有功能——包括 CAN 接口、触摸屏、可靠的计算能力以及 GPIO 访问。
强大的生态支持：Raspberry Pi 庞大的社区支持和完善的文档，使开发团队能够以极高的效率进行原型设计和快速迭代。
供应链优势：基于 Raspberry Pi 系统的广泛普及，意味着在未来寻找替代零部件或扩大生产规模时，既简单又具有成本优势。

PowerTow 团队特别看重工业级性能与 Raspberry Pi 平台开放性之间的完美平衡，这使他们能够突破专有嵌入式系统的限制，将产品设计推向新的高度。