Maxx GW4101

Quick Guide

Einleitung

Die IoTmaxx Gateway-Serie GW410x ermöglicht über ihre zahlreichen Schnittstellen ein Einfaches einsammeln und verarbeiten von Informationen mit einer sicheren Übertragung über das Mobilfunknetz. Zur Inbetriebnahme ist eine SIM-Karte Ihres Mobilfunkbetreibers mit geeignetem Tarif erforderlich.

Bitte beachten Sie: Eine falsche PIN kann zur Sperrung der SIM-Karte führen. Halten Sie sicherheitshalber die Super-Pin bzw. PUK zur Freischaltung bereit.

Zur Inbetriebnahme des Gateways benötigen Sie:

• Eine LTE-Antenne mit SMA-Stecker
• Ein Netzteil mit einer Ausgangsspannung im Bereich von 10 bis 30V DC/>15W
• Ein Ethernet-Kabel
• Einen PC oder Laptop mit Ethernet-Anschluss und installiertem Browser
• Eine SIM-Karte im Formfaktor MINI-SIM (2ff)

Montage der Antenne

Schrauben Sie die Antenne an den „GSM“-Anschluss des Gateways. Wenn Sie eine Antenne mit GPS-Signal benutzen, schließen Sie bitte den zweiten SMA-Stecker an den „GPS“-Anschluss an.

Einlegen der SIM-Karte

Auf der Rückseite des Gateways befinden sich zwei Slots für SIM-Karten sowie ein Slot für eine Micro SD-Karte. Der obige Slot ist für eine MINI-Sim (2ff), der darunter liegenden Slot für eine MICRO-SIM (3ff) vorbereitet.

Im Auslieferungszustand wird nur der Slot für eine MINI-Sim (2ff) unterstützt.

Stecken Sie bitte, wie in der Abbildung dargestellt, die SIM-Karte in den obersten Slot, bis diese einrastet. Verwenden Sie gegebenenfalls ein flaches Werkzeug (z.B. Schraubenzieher) um die SIM einzuschieben.

Anschluss der Spannungsversorgung

Schließen Sie bitte das Netzteil an den Steckverbinder mit der „+ -“ Beschriftung an. Achten Sie auf die richtige Polarität. Das Gateway ist mit einem Verpolungsschutz ausgerüstet, bleibt aber bei falscher Polarität inaktiv. Nach dem Einschalten des Netzteils leuchten während der Initialisierungsphase (ca. 5s) die LED A und LED B, die Power-LED leuchtet dauerhaft. Wenn die LED A und LED B erloschen sind, ist das Gerät betriebsbereit.

Konfiguration des GW410x

Die Konfiguration des Gateways erfolgt über das integrierte Webinterface. Bitte gehen Sie wie folgt vor:

a. Verbinden Sie Ihren PC mit dem Ethernet-Kabel direkt mit der Ethernet-Schnittstelle (eth0). Das Gateway ist im Auslieferungszustand als DHCP Server konfiguriert, sodass Ihr PC automatisch eine IP-Adresse erhält.

b. Öffnen Sie einen Browser auf Ihrem PC und geben Sie die IP-Adresse 192.168.1.1:3000 in das Adressfeld ein.

c. Geben Sie im Anmeldefenster als Nutzername und Passwort jeweils „admin“ (ohne Anführungszeichen) ein und klicken Sie auf „LOGIN“.

d. Öffnen Sie den Menüpunkt „Wireless Network“. Tragen Sie hier unter „PIN“ die PIN-Nummer Ihrer SIM-Karte ein, sofern Sie die PIN-Abfrage Ihrer SIM-Karte nicht abgeschaltet haben. In diesem Fall kann das Feld leer bleiben.

e. Bestätigen Sie Ihre Eingaben mit „SUBMIT“.

Zustandssignalisierung

Der Betriebszustand der Mobilfunkverbindung der Gateway-Serie GW410x wird über die GSM Status LED wie im Folgenden beschrieben signalisiert.

GSM Status LED	Netzverbindung
Langsames Blinken (kurz EIN / lang AUS)	Netzsuche
Langsames Blinken (lang EIN / kurz AUS)	Eingebucht, aber keine Datenverbindung
Schnelles Blinken (kurz EIN / kurz AUS)	Eingebucht und eine bestehende Datenverbindung

Manual

Ab diesem Bereich werden die Einstelloptionen im Web based management beschrieben

Konfiguration über WBM (Web Based Management)

Die Konfiguration des maxx GW410x erfolgt über eine Webbrowser basierende Funktion. Hierfür müssen zunächst folgende Bedingungen erfüllt sein:

• Der PC, der zur Konfiguration des Gateways verwendet wird, verfügt über eine LAN-Schnittstelle.
• Auf dem PC ist ein Webbrowser installiert (z.B. Google Chrome, Mozilla Firefox, Microsoft Internet Explorer).
• Das Gateway ist mit einer Spannungsquelle verbunden.

Start der Konfiguration

1. Ethernet-Verbindung zwischen Computer und Gateway herstellen

2. Ggf. die IP-Adresse der LAN-Schnittstelle auf das Subnetz des Gateways abstimmen

3. Webbrowser öffnen

4. Die IP-Adresse des Gateways (Default: 192.168.1.1:3000) in das Adressfeld des Browsers eingeben und die Eingabe bestätigen. Anschließend erfolgt eine Benutzername/Passwort-Abfrage.

Im Auslieferungszustand lautet der Benutzername „admin“ und das Passwort „admin“.

• Admin: Lese- und Schreibzugriff auf alle Bereiche

Default Passwörter:

• Admin: admin

Nach der Eingabe des Benutzernamens und des Passwortes öffnet sich das Hauptmenü zur Konfiguration des maxx GW410x.

Wireless Network

Im Menüpunkt "Wireless Network” legen Sie die Einstellungen für die Nutzung des Mobilfunknetzwerkes vom maxx GW410x fest.

Wireless Network
APN	Name des Anschlusspunktes im Paketdaten-Netzwerk (Providervorgabe)
PIN	Eingaben vom PIN für die SIM-Karte
Authentication Type	Wählen Sie die Protokolle für die Anmeldung beim Provider: None: Der APN des Providers erfordert keine Anmeldung (Voreinstellung) PAP only: Nur Password Authentication Protocol CHAP only: Nur Challenge-Handshake Authentication Protocol PAP/CHAP: Password oder Challenge-Handshake Authentication Protocol
Roaming allowed	Enabled: Es besteht die Möglichkeit, dass das Gateway sich über ein fremdes Netz einwählen kann. Hierbei können je nach Vertrag zusätzliche Kosten entstehen. Disabled: Deaktivierung vom Roaming. Es wird automatisch das Heimatnetz des Providers genutzt. Sollte dies nicht möglich sein, kommt keine Verbindung zustande.

Local Network

Im Menüpunkt "Local Network" können Sie die Netzwerkkonfiguration des Gateways anpassen. Das Gateway ist im Auslieferungszustand als DHCP-Server für die Ethernet-Schnittstelle (eth0) konfiguriert.

Local Network
DHCP Client	Das Gateway kann auch als DHCP Client konfiguriert werden, so dass es automatisch von einem lokalen Router (DHCP Server) eine IP-Adresse, ein entsprechendes Gateway und einen DNS (Namenserver) zugewiesen bekommt. Wenn diese Funktion aktiviert ist, sind weitere Eingaben für die Netzwerkkonfiguration inaktiv. Es wird jedoch die vom lokalen Router (DHCP Server) zugewiesene Konfiguration angezeigt. Achtung: Stellen Sie sicher, dass Sie im Vorfeld die vom Router (DHCP Server) vergebene IP-Adresse kennen, um weiterhin die Erreichbarkeit des Gateways zu gewährleisten.
IPv4	Eingabe der IPv4-Adresse mit Subnetzmaske in CIDR-Form
IPv6	Eingabe der IPv6-Adresse mit Subnetzmaske in CIDR-Form
Gateway	Eingabe der IP-Adresse für das Standardgateway
Nameserver	Eingabe der IP-Adresse vom Nameserver für die Namensauslösung (DNS)
DHCP Server	Das Gateway kann auch als DHCP Server konfiguriert werden. Dabei wird den Geräten, die über die Ethernet-Schnittstelle (eth0) verbunden (und als DHCP Client konfiguriert) sind automatisch eine IP-Adresse, ein entsprechendes Gateway und ein Nameserver (DNS) zugewiesen. Offset: Offset des Adresspools vom Beginn des Teilnetzes. Size: Größe vom Adresspool. Konfigurieren Sie 0 für alle Adressen im Subnetz. Lease Time: Vergabezeit in Stunden. Konfigurieren Sie 0 für unendlich.
Internet access for connected devices allowed	Das Gateway bietet die Möglichkeit für die an der LAN-Schnittstelle angeschlossenen Geräte einen Internetzugang über das Mobilfunkmodem bereitzustellen. Achtung: Stellen Sie sicher, dass sich die am Gateway angeschlossenen Geräte im selben Subnetz vom Gateway befinden und das ggf. für das Standardgateway an den Geräten die IP-Adresse vom Gateway konfiguriert ist.

Über die USB-Schnittstelle am maxx GW410x kann über einen USB_TO_ETHERNET Adapter eine zweite Ethernet-Schnittstelle (eth1) realisiert werden. Nachdem der USB_TO_ETHERNET Adapter gesteckt ist, erscheint automatisch ein zusätzliches Konfigurationsfeld für eth1. Vom Gateway werden Adapter mit dem Chipsatz Asix IC AX88772B unterstützt.

Network State

In diesem Menüpunkt werden Ihnen aktuelle Status-Informationen zu dem Ethernet-Schnittstellen und den Wireless-Schnittstellen angezeigt.

Network State >> Ethernet Interfaces
Device State	Status der Ethernet-Schnittstelle Unmanaged: Nicht konfiguriert Connected: Verbunden
Connection State	Verbindungstatus der Ethernet-Schnittstelle Deactivated: Deaktiviert Activated: Aktiviert
IPv4	IPv4-Adresse mit Subnetzmaske in CIDR-Form
IPv6	IPv6-Adresse mit Subnetzmaske in CIDR-Form
Gateway	IP-Adresse für das Standardgateway
DNS	IP-Adresse vom Nameserver für die Namensauslösung (DNS)

Network State >> Wireless Interfaces (wwan0)
Device State	Status vom Wireless Interfaces (wwan0) Disconnected: Es besteht keine Verbindung Preparing Connection: Die Verbindung wird vorbereitet Checking IP: Die IP-Adresse wird überprüft Connected: Die Verbindung wurde erfolgreich aufgebaut
Modem State	Status vom Mobilfunkmodem Locked: Das Modem ist gesperrt Initializing: Das Modem wird initialisiert Enabled: Das Modem ist aktiviert Searching: Das Modem sucht eine Verbindung Connecting: Das Modem verbindet sich Registered: Das Modem ist registriert Connected: Das Modem ist verbunden
Connection State	Allgemeiner Verbindungstatus Deactivated: Deaktiviert Activating: In der Aktivierung Activated: Erfolgreich aktiviert
Power State	Leistungsmodus der Wireless-Schnittstelle Full-Power Mode: Maximale Leistung für den Empfang
Signal Quality	Empfangsqualität vom aktuell eingebuchten Netz Unknown: Unbekannt
Access Tech	Verbindungsart in das aktuell eingebuchte Netz Unknown: Unbekannt GSM: 2G (Global System for Mobile Communications) UMTS: 3G (Universal Mobile Telecommunications System) LTE: 4G (Long Term Evolution)
IMEI	International Mobile Equipment Identity (15-stellige Seriennummer, anhand derer jedes GSM- oder UMTS-Endgerät weltweit eindeutig identifiziert werden kann)
Registration State	Registrierungsstatus Idle: Bereit für Registrierung Searching: Suche nach einem Dienst Home: Erfolgreich eingebucht
Operator ID	Provider-Identifikation vom aktuell eingebuchten Netz
Operator Name	Provider-Name vom aktuell eingebuchten Netz
SIM Unlock Retries	SIM-Entsperrungsversuche. Verbleibenden Versuche bis die SIM gesperrt ist und der PUK eingetragen werden muss.
PUK Unlock Retries	PUK-Entsperrungsversuche. Verbleibenden Versuche für die Eingaben vom PUK.
SIM Lock State	SIM-Lock-Status Modem is unlocked: Modem ist freigeschaltet SIM requires the PIN code: Die SIM erfordert den PIN-Code SIM requires the PIN 2 code: Die SIM erfordert den PIN 2 Code
IPv4	Zugewiesene IPv4-Adresse mit Subnetzmaske in CIDR-Form vom aktuell eingebuchten Netz
IPv6	Zugewiesene IPv6-Adresse mit Subnetzmaske in CIDR-Form vom aktuell eingebuchten Netz
Gateway	Zugewiesene IP-Adresse für das Standardgateway vom aktuell eingebuchten Netz
DNS	Zugewiesene IP-Adresse vom Nameserver für die Namensauslösung (DNS) vom aktuell eingebuchten Netz

The device

The programmable maxx GW4101 mobile communication gateway for industrial applications collects and processes the information from your devices, machines and sensors, and transmits it via the expanded LTE network.

The basic unit (left part of the device) is described under maxx GW4100

The sensor interface expansion enhances the basic unit with interfaces for PT100/1000 temperature sensors and the widely used 4 – 20 mA current loop interface, as well as other digital inputs and outputs. The maxx GW4101 gateway is therefore ideal for transmitting measurements from the field to the head office or the cloud.

Interfaces

Pinout RS485 isolated

Description	Function	Label	Pin	Pin	Label	Function
#RS485	---	---	1	2	D+	IN D+
	ISO GND	IG	3	4	D-	IN D-

Pinout Digital IN/OUT

"Label" describes the labeling on the frontplate

"Signal" describes the reference to the Linux mapping

Description	Function	Label	Signal	Pin	Pin	Signal	Label	Function
#Isolated outputs	OUT 1	1A	ISO_OUT_A1	1	2	ISO_OUT_B1	1B	OUT 1
	OUT 2	2A	ISO_OUT_A2	3	4	ISO_OUT_B2	2B	OUT 2
#Isolated inputs	Iso Input 1-	1-	ISO_IN_N1	5	6	ISO_IN_P1	1+	iso Input 1+
	Iso Input 2-	2-	ISO_IN_N2	7	8	ISO_IN_P2	2+	iso Input 2+
	Iso Input 3-	3-	ISO_IN_N3	9	10	ISO_IN_P3	3+	iso Input 3+
	Iso Input 4-	4-	ISO_IN_N4	11	12	ISO_IN_P4	4+	iso Input 4+
#Digital inputs	GND	GND	GND	13	14	GND	GND	GND
	Digital Input 1	I1	GPI1	15	16	GPI2	I2	Digtal Input 2
	Digital Input 3	I3	GPI3	17	18	GPI4	I4	Digtal Input 4

Pinout 4-20mA IN/OUT

Description	Function	Label	Signal	Pin	Pin	Signal	Label	Function
#4-20mA current loop output	Current Loop Output	O+	OUT +	1	2	GND	GND	GND
#4-20mA current loop inputs	Current Loop Input 2	2+	IN_P2	3	4	IN_P3	3+	Current Loop Input 3
		2-	IN_N2	5	6	IN_N3	3-
	GND	GND	GND	7	8	GND	GND	GND
	Current Loop Input 4	4+	IN_P4	9	10	IN_P1	1+	Current Loop Input 1
		4-	IN_N4	11	12	IN_N1	1-
	GND	GND	GND	13	14	GND	GND	GND

Pinout RTD

Description	Function	Label	Signal	Pin	Pin	Signal	Label	Function
		--	NC	1	2	NC	--
#RTD	RTD 1 (A)	1A	RTD_A1	3	4	RTD_B1	1B	RTD 1 (B)
	RTD 2 (A)	2A	RTD_A2	5	6	RTD_B2	2B	RTD 2 (B)
	RTD 3 (A)	3A	RTD_A3	7	8	RTD_B3	3B	RTD 3 (B)
	RTD 4 (A)	4A	RTD_A4	9	10	RTD_B4	4B	RTD 4 (B)

RS485

An isolated RS485 interface is available as /dev/ttymxc1. The interface includes a switchable termination resistor.

The termination resistor is enabled by driving RS485_TERM_EN high.

Analog inputs

The GW4101 offers connection options for up to four resistive thermal devices (RTD, e.g. PT100/PT1000) and up to four 4-20mA current loop inputs.

Internally an Texas Instruments ADS1220 16-bit ADC ist used. On the Linux side the ADC is accessible via SPI bus.

The cost effective measurement circuit uses a single ADC which is multiplexed to the different measurement channel. To select a channel as well for RTD as also for loop current measurement the channel number (0-3) has to be written to RTDSEL[1..0].

RTD

The following picture shows a simplified schematic of the ratiometric measurement circuit to determine the actual resistive value of the RTD devices.

4-20mA current loop inputs

The measurement of the four loop currents is done one channel at a time by the means of a shunt resistor. The GW4101 provides a per channel current limited (30mA) 24V power supply for easy connection of external sensors.

The following diagram shows the connectivity of a self powered current source sensor examplary on input 4.

4-20mA current loop output

The device features a 4-20mA current loop output with integrated loop supply voltage. It is internally realized using a Microchip MCP4716 10-bit ADC with I2C interface.

The following diagram shows the internal architecture of this output.

Digital inputs

The following diagram shows the internal design of the four digital inputs:

This design allows the connection of push-pull- and open-collector-outputs with a threshold of about 4.5V. It is also possible to use a mechanical switch or a relais to connect the input to GND without the need for an additional pullup resistor.

Following diagram shows a simplified design:

Isolated inputs

The following picture shows the simplified architecture one of the four isolated inputs with internal current limit and temperature stabilized threshold. Internally the isolation is achieved by the use of a TLP293 optocoupler.

Isolated outputs

The device contains a Panasonic AQW282 solid state relais to realize two independent isolated outputs. As there is no internal current limitation the user is responsible for ensuring a current flow of max. 300mA.

Linux mapping

Digital and analog I/Os (deprecated sysfs mapping)

Signal	Linux mapping	Typ
ISO_OUT1	/sys/class/gpio178	isolated digital outputs
ISO_OUT2	/sys/class/gpio173
ISO_IN1	/sys/class/gpio176	isolated digital inputs
ISO_IN2	/sys/class/gpio174
ISO_IN3	/sys/class/gpio172
ISO_IN4	/sys/class/gpio177
GPIN1	/sys/class/gpio197	digital inputs
GPIN2	/sys/class/gpio203
GPIN3	/sys/class/gpio194
GPIN4	/sys/class/gpio197	digital inputs
RS485_TERM_EN	/sys/class/gpio175	RS485 termination resisitor
RTDSEL0	/sys/class/gpio205	analog channel select
RTDSEL1	/sys/class/gpio202
ADC_DRDY_n	/sys/class/gpio206	ADC IRQ

Digital and analog I/Os (new libgpiod mapping)

Signal	Linux mapping	line	Typ
ISO_OUT1	gpiochips5	line 18	isolated digital outputs
ISO_OUT2	gpiochip5	line 13
ISO_IN1	gpiochip5	line 16	isolated digital inputs
ISO_IN2	gpiochip5	line 14
ISO_IN3	gpiochip5	line 12
ISO_IN4	gpiochip5	line 17
GPIN1	gpiochip6	line 5	digital inputs
GPIN2	gpiochip6	line 11
GPIN3	gpiochip6	line 2
GPIN4	gpiochip6	line 6
RS485_TERM_EN	gpiochip5	line 15	RS485 termination resisitor
RTDSEL0	gpiochip6	line 13	analog channel select
RTDSEL1	gpiochip6	line 10
ADC_DRDY_n	gpiochip6	line 14	ADC IRQ

Serial interfaces and busses

Interface or bus	Linux mapping
isolated RS485	/dev/ttymxc1
SPI	/dev/spidev2.0	ADS1220
I²C	/dev/i2c-3	MCP4716