摘要：Aleksandar Dakić是《机电一体化》杂志的主编兼创始人。他拥有电气工程专业背景，并在专业期刊领域积累了多年工作经验。他专注于把控《机电一体化》杂志的核心内容，并推动了多项重要倡议。

文章作者：Aleksandar Dakić

Aleksandar Dakić是《机电一体化》杂志的主编兼创始人。他拥有电气工程专业背景，并在专业期刊领域积累了多年工作经验。他专注于把控《机电一体化》杂志的核心内容，并推动了多项重要倡议。

总分：9.2分

性能: 9分

软件支持: 10分

外围设备和 IO: 10分

做工质量: 8分

价格: 9分

优点

许多网络选项 (千兆以太网 PoE、2.4/5 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5.0)

软件支持和稳定性在 SBC 领域，是无与伦比的

精心设计的扩展板提供了丰富的功能：SSD、用于 RTC 的不间断电源、扬声器和 RS232/485

网站上有详细的使用说明

缺点

屏幕相对较小，边框较大，且硬度为摩氏硬度 6

在满负荷连续运行时需要增加主动冷却

总结

ED-HMI3020-070C HMI 是一款上海晶珩研发的基于 Raspberry Pi 5 平台高性能工业人机界面（HMI）。它配备了 7 英寸十点触控 LCD 屏幕，分辨率为 1024 x 600，支持 RS232/485 通信接口，并集成了千兆以太网、2.4/5 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth LE 功能。凭借其强大的 ARM Cortex-A76 四核 2.4 GHz CPU 和 4GB（或 8GB）LPDDR4X 内存，该设备能够高效处理复杂的工业控制和监测任务。此外，它还受益于丰富的开源和商业软件支持以及活跃的社区生态，为工业应用提供了顶尖的解决方案。

在过去，工业 HMI 市场长期被少数知名品牌垄断，而早期的廉价克隆产品往往质量参差不齐，仅被爱好者用于个人项目。随后，一些高性价比且性能卓越的型号开始出现，但它们的推广仍面临诸多限制。用户往往难以深入了解这些设备的硬件和软件细节。

然而，随着开源硬件的崛起，Raspberry Pi 首先证明了其平台在工业领域的巨大潜力，甚至成功应用于自身的工厂控制系统。如今，传统的 PLC 和工业 PC 已不再是唯一选择，SBC（单板计算机）也成为了工业应用中的重要组成部分。曾经在 2020 年还对 SBC 在工业领域的应用持怀疑态度的人们，如今已无需担忧。相反，他们需要思考的是：一款搭载 Linux 操作系统的 ARM Cortex-A76 四核 2.4 GHz CPU 和 4GB（或 8GB）LPDDR4X 内存的平台，能够为工业过程控制和监测带来多少可能性？而当这款平台配备 7 英寸 1024x600 分辨率的触摸 LCD 屏和 RS232/485 接口时，它就是我们今天要评测的 ED-HMI3020-070C HMI 设备。

ED-HMI3020-070C HMI 硬件

ED-HMI3020-070C 设备采用标准纸箱包装，表面贴有标签，内部用硬质海绵固定，确保运输安全。包装中除了显示屏，还附带螺丝和金属支架，方便安装到面板上。该设备本身十分紧凑，需要接入标准的 Raspberry Pi 电源或其他 5.1VDC/5A 的高质量 USB 电源供电。由于预装了 Raspberry Pi 32 位桌面操作系统，设备上电后即可直接使用。

尽管显示屏支持 10 点触控，但未预装虚拟键盘，因此在初期使用时需要连接物理键盘和鼠标。

我们评测的型号配备 7 英寸显示屏，但也有 10.1 英寸版本可供选择。两款显示屏的性能基本一致，但 7 英寸屏的亮度更高（400 cd/m²），对比度为 1:800，分辨率为 1024×600；而 10.1 英寸屏的分辨率为 1280×800。两款屏幕的响应时间均为 30 ms，可视角度为 85°。

显示屏的有效显示区域为 154×86 mm，周围有 1.5 cm 宽的黑色边框，无法用于显示内容。这种设计在工业领域较为常见，但与现代手机或平板电脑的屏幕相比，略显逊色。显示屏表面硬度为 6H 级，容易被刮花，使用时需注意保护。

ED-HMI3020-070C 的显示屏背面和边缘被坚固的金属外壳所包裹，外壳周围还有一圈 2 毫米厚的灰色装饰边框。这种金属外壳不仅为内部电子元件提供了可靠的保护，而且在日常使用中不会被打开。外壳背面配备了两个接口连接器：一个用于电源输入，另一个是 MIPI DSI 接口。

在我们的样机上，并未发现 MIPI CSI 接口，该接口通常仅出现在配备 8MP 摄像头的机型上。此外，外壳背面还设有用于固定 Raspberry Pi 主板的安装支架，通过四颗螺丝即可完成固定。外壳与显示屏之间的连接设计巧妙，可以轻松分离，内部是一块集成相关电子元件的单板计算机。整个外壳完全由金属制成，侧面设有开孔以促进空气流通，但并未安装任何风扇。

在观察 ED-HMI3020-070C 的金属外壳时，最引人注目的是其上方的大块黑色被动式散热片，散热片上印有 EDATEC 的标识。该散热片完全覆盖了单板计算机，并通过热界面材料与 CPU、内存和 R1 芯片接触，以实现高效的散热。

外壳上还设计了多个接口孔，包括用于 MIPI CSI、MIPI DSI 和 PCIe 扁平电缆的接口孔、电池连接器、UART 接口以及 PoE 引脚。此外，外壳侧面还配备了 GPIO 接口，主要用于连接扩展板。由于该型号主要面向工业级 HMI 应用，因此 GPIO 接口的设计侧重于信号连接，以满足扩展板的需求。

上海晶珩采用 CNC 加工技术，为 Raspberry Pi 5 制作了一款开放式被动散热外壳，并将其作为独立产品销售，名为“Passive Cooling Open CNC Raspberry Pi 5 Case”。

这款外壳由两部分组成：

上部散热片与 Edatec ED-HMI3020-070C HMI 所使用的散热片完全一致。

下部散热片完全覆盖了热界面材料，直接贴合在 Raspberry Pi 5 主板的底部，形成夹层结构。

两部分通过四颗长螺丝固定，无需额外风扇，依靠自然对流实现散热。

树莓派5 CNC 开放式散热外壳

从之前的测试经验来看，自由的空气流通足以确保处理器在正常工作温度范围内运行。然而，对于这种被动散热方案在完全封闭机箱中的表现，我们持有怀疑态度，尤其是考虑到机箱内还额外安装了 SSD。测试结果显示，在运行 37 分钟后，设备仍会出现热量限制问题，温度缓慢上升，最终达到 80°C。此时，系统会自动降低工作时钟频率，以防止温度进一步升高，因为在封闭机箱中，如此高的温度可能会对 SSD 以及其他电子元件造成损害。

该设备规定的工作环境温度范围是 -25°C 到 60°C。我们的加热测试是在 30°C 的环境温度下进行的。因此，我们建议在安装 HMI 时，充分利用外壳上的开口，确保机柜内的热空气能够充分排出。

在 Raspberry Pi 机箱内部，配备了一个额外的扩展板，用于扩展 Raspberry Pi 5 SBC 的通信功能。此外，为了满足需要快速访问大量数据的应用场景，机箱内还支持安装 SSD 驱动器。SSD 安装在机箱底部，隐藏在视线之外。由于 SSD 在工作时会自然发热，且其底部没有与机箱接触的热界面层，因此其热量会直接散发到空气中，而不是传导到 SBC 主板。

该机箱支持安装尺寸为 2242 的 M.2 NVMe SSD，并兼容 2260 和 2230 尺寸的 SSD，但常见的 2280 尺寸因过长无法安装。根据型号不同，内置 SSD 的容量可选 128GB 或 256GB，也有不带 SSD 的版本。测试结果显示，内置 SSD 的读写速度分别为 469MB/s 和 404MB/s，在 PCIe Gen3 模式下读取速度可达 890MB/s，访问延迟为 0.05ms。然而，在工业环境中是否需要完全发挥这种高性能，需要项目团队根据具体场景进行权衡。

在机箱右侧，还有一个黑色塑料盒，内装一个 4Ω 3W 的扬声器。在我们的测试样品中，音频播放过程中扬声器一直存在劈啪声。目前尚不确定这是硬件质量问题，还是某些线缆或连接器出现了故障。

ED-HMI3020-070C 内部

这款扩展板上还焊接了一个以太网供电（PoE）模块，并提供了以下功能：

额外的蜂鸣器

音频输入和输出接口

工业级 RS232 和 RS485 连接接口

所有这些信号接口均通过机箱背面的端口引出，方便用户连接和使用。

此外，扩展板还配备了一个超级电容（SuperCAP）以及 CR1220 备用电池，以确保即使主机电源断开，实时时钟（RTC）和系统时钟仍能持续供电并保持稳定。

在机箱的左侧面，从左到右依次排列的元件如下：

4个指示灯：

一个可编程的绿色 ACT 指示灯。

一个红色 PWR 电源指示灯（当 HMI 开机时亮起）。

两个绿色 COM1 和 COM2 指示灯，用于可视化 UART 通信状态。

两个 3.5mm 立体声音频接口：

一个用于音频输入。

一个用于音频输出。

一个组合式 RS232/RS485 接口：

配备 120Ω 终端电阻，采用 Phoenix 端子连接。

对于 ED-HMI3020-070C HMI 设备来说，一组 RS232/RS485 接口已经能够满足大多数使用需求。如果需要更多的通信接口和线路，可以考虑选择上海晶珩的 CM4 Industrial 设备，它提供了更丰富的端口和通信接口，但不配备内置显示屏。

之前提到的连接器（如音频接口、RS232/RS485 接口等）都是通过扩展板实现的。接下来介绍 Raspberry Pi 5 主板本身的连接器：

两个 USB-A 2.0 接口，传输速度为 40/3.3 MB/s。

两个 USB-A 3.0 接口，传输速度为 394/322 MB/s。

一个千兆以太网 PoE 接口。

此外，Raspberry Pi 5 和这款 HMI 设备还集成了 2.4GHz/5GHz Wi-Fi 和 5.0 Bluetooth LE，这使得它非常适合用于边缘计算应用，能够无缝接入有线或无线网络。

在 Raspberry Pi 5 主板的另一侧，有两个 micro HDMI 接口和一个 USB-C 电源接口。micro HDMI 接口支持输出 4K 60Hz 的高清视频，因此可以连接两个大尺寸的信息显示屏，实现单独显示桌面或分屏显示。然而，micro HDMI 接口的物理结构较为脆弱，且接口排布紧凑，这在实际使用中可能会带来一些不便。

ED-HMI3020-070C HMI 端口

Raspberry Pi 5 主板上还配备了一个 microSD 卡槽，用于插入存储卡。在测试 microSD 卡的性能时，我们使用了 Flexxon FxAdv II 嵌入式计算机和专为 Raspberry Pi 设计的 microSD 卡。这款卡在测试中表现出色，读取速度达到 93.3MB/s，写入速度为 40MB/s，访问延迟仅为 0.42ms，兼具出色的读写速度和安全特性。

紧挨着 microSD 卡槽的是一个用于开/关按钮的开口。这个按钮首次集成在 Raspberry Pi 5 主板上，需要使用尖头物品才能触发，从而有效避免了意外触发的问题。

在工业环境中，设备的正确接地至关重要。上海晶珩在设计这款 HMI 设备时充分考虑了这一点。他们在金属外壳上专门设计了一个接地触点，有效解决了静电问题，从而确保了触摸屏 HMI 设备的可靠性和安全性。

ED-HMI3020-070C HMI 软件

这款 HMI 设备的核心基于 Raspberry Pi 5 单板计算机，因此预装操作系统为 Raspberry Pi OS，用户可选择 32 位或 64 位版本，以及桌面版或服务器版。

推荐下载 64 位版本的 Raspberry Pi OS 桌面版（基于 Debian 12 Bookworm），以充分发挥 ED-HMI3020-070C HMI 的硬件性能。然而，在安装原版 Raspberry Pi OS 后，需额外添加驱动程序以支持 HMI 设备扩展卡的全部功能。这一定制过程可通过上海晶珩官网提供的详细说明和脚本完成。

使用官方 Raspberry Pi OS 的优势在于：一是系统能够始终保持最新；二是可充分利用为 Raspberry Pi 设计的丰富应用程序和软件包。32 位版本还支持更多旧版应用程序。

因此，“Powered by Raspberry Pi”这一标识对于这款 HMI 产品来说至关重要且非常恰当。

在工业应用中，除了可以开发自定义应用程序外，还可以利用多种优秀的付费和免费软件包。例如，FUXA 是一款开源的 SCADA 系统，非常适合在 Raspberry Pi 平台上运行。

此外，openPLC 是一款专为 SBC 设计的控制软件包，支持编写标准的梯形图程序，而 Node-RED 则是一个低代码编程工具，可用于快速开发和部署自动化任务。

在智能家居领域，Home Assistant Supervised 系统是首选，它提供了大量针对不同网络设备的现成模块，能够轻松实现设备集成和自动化控制。

FUXA：https://github.com/frangoteam/FUXA

Node-RED：https://nodered.org/

结论

ED-HMI3020-070C HMI 是一款融合了开放软硬件的创新产品，基于现代 SBC 技术和强大的 ARM 处理器内核，具备人工智能神经网络的应用潜力，为工业控制开辟了新的可能性。

Raspberry Pi 平台已在机械和过程自动化领域获得了广泛认可和认证。其卓越的软件支持，从早期开发到如今一直保持良好的向下兼容性，催生了大量免费和商业化的管理及可视化工具，成为行业标准。

将工业通信标准集成到该平台，不仅带来了卓越的性能，还确保了安全性和可靠性，使其能够无缝融入生产过程。

除了基于 Raspberry Pi 4 的工业 PC 产品线，上海晶珩还推出了基于更强大、更现代的 Raspberry Pi 5 平台的 HMI 设备。

ED-HMI3020-070C HMI 产品集开放性、现代性和强大的硬件与软件于一身，为工业自动化领域提供了全新的解决方案。

ED-HMI3020-070C HMI设备的价格在200美元到300美元之间,根据内存容量、集成SSD的大小以及触摸屏尺寸的不同而有所差异。与同类产品相比,其性能和可靠性明显更优。

这个硬件平台得到了开源社区和商业生产商的广泛支持。比如 CODESYS 提供的"Codesys control for Raspberry Pi"软件,使这个平台与传统的工业自动化和过程控制硬件产品相比肩。

除了工业自动化,这种基于Raspberry Pi的HMI设备也广泛应用于智能建筑、精准农业、监测和检测等领域,以及嵌入式和边缘计算解决方案。

Codesys control for Raspberry Pi：

https://store.codesys.com/en/codesys-control-for-raspberry-pi-sl.html

https://edatec.cn/zh/hmi/HMI3020

树莓派5 CNC 开放式散热外壳：

https://edatec.cn/ac/ED_Pi5Case_O

来源：上海晶珩