Raspberry Pi » Jednopločno računalo u džepnom formatu
Objavljeno: 31 . siječanj 2024 | Trajanje čitanja: 13 minut
Baš kao i Arduino® upravljač, jednopločno računalo često se koristi u razvoju složenih upravljača ili sklopova. Najpoznatije, ali ujedno i najpopularnije jednopločno računalo je Raspberry Pi, koje je sada dostupno u različitim izvedbama.
No, gdje su razlike između oba sustava? U našem savjetniku za Arduino ipravljače detaljno smo objasnili tehničku strukturu i funkcionalnost na temelju jednostavnog praktičnog primjera. U ovom članku sada bismo željeli predstaviti Raspberry Pi jednopločno računalo i pokazati nekoliko različitih mogućnosti primjene.
PC-evi, prijenosna računala ili tableti postali su sastavni dio našeg života. Oni ispunjavaju najraznolikije zadatke i nadmašuju jedni druge sa stalno novom učinkovitošću što se tiče brzine i kapaciteta pohrane. To je ujedno i dobra stvar, jer aplikacije s jedne strane postaju sve složenije, a s druge strane, trebale bi i dalje raditi u sekundama.
Ali što ako je zadatak koji računalo trea učiniti prilično banalan. To bi mogao biti slučaj, na primjer, ako se 3D printer treba opsktbljavati podacima kontinuirano i tijekom dužeg vremenskog razdoblja. No, upravljanje komponenti za pametan dom, kao i prijenos podataka vremenskih stanica i video kamera na internetu, također su prilično jednostavni zadaci. Čak je i reprodukcija filmova i videozapisa s vanjskog tvrdog diska mala stvar za moderno stolno računalo. Budući da je korištenje računala u ovim primjenama samo minimalno, moderna računala beznadno su neizazvana ili potpuno prevelika. To ne mora biti tako. Upravo ta jednopločna računala poput Raspberry Pia pokazuju svoju snagu u tim scenarijima.
Iako ste samo veličine bankovne kartice, ovi uređaji imaju sve što računalo treba. Uz procesor i RAM, jednopločna računala imaju sva potrebna sučelja za povezivanje tipkovnice, miša, mreže, zaslona i napajanja.
Umjesto tvrdog diska, za učitavanje operativnog sustava i potrebnih aplikacija koristi se memorijska kartica. U principu, Raspberry Pi ili "Raspi", kako ga nazivaju obožavatelji, potpuno je računalo koje se jednostavno smanjilo. Kao rezultat toga, sporijeje od prosječnog PC-a, ali još uvijek dovoljno brzo kako bi moglo obavljati postavljene zadatke bez ikakvih problema.
Budući da je Raspi također značajno jeftiniji od konvencionalnog računala, a također je slobodno programiran, idealan je za izrađivanje ili eksperimentiranje, kao i za obuku.
Naziv Raspberry Pi ne opisuje posebno računalo s jednom pločom. Umjesto toga, ovo je naziv kompletne linije proizvoda ili obitelji proizvoda zaklade Raspberry Pi. Raspberry Pi Foundation je neprofitna zaklada sa sjedištem u Velikoj Britaniji.
Prvi modeli Raspberry Pi lansirani su 2012. godine kao Raspberry Pi Model 1B. Dvije godine kasnije pojavio se Pi 1 model B+. Od veljače 2015. već su bili dostupni brži Raspberry Pi 2, koji su imali i eternetski priključak. Raspberry Pi 2 zamijenili su modeli Raspberry Pi 3 koji su izašli u veljači 2016. godine. S ovim pločama, 32-bitna arhitektura prešla je na 64-bitne procesore i dodala WLAN ili Bluetooth. To je sustave učinilo puno učinkovitijima.
Raspberry Pi 5 – najnoviji član omiljene Raspberry Pi-obitelji
Novi Raspberry Pi 5 dostupan je od rujna 2023. godine. Zahvaljujući CPU povećane snage, Raspberry Pi 5 je oko dva do tri puta brže od svojih prethodnika. Najnovija verzija stoga nije prikladna samo za složene PC ili uredske primjene. Računalni postupci u automatizaciji, poput onih potrebnih u industriji 4.0, za upravljanje kobota, na primjer, mogu se provesti jeftino i učinkovito s Raspberry Pi 5.
Pregled trenutnih modela i njihovih podataka o snazi možete pronaći u sljedećoj tablici:
Pregled najčešćeg Raspberry Pia
| Raspberry Pi Zero 2 W | Raspberry Pi 3B+ | Raspberry Pi 4B | Raspberry Pi 5 | |
|---|---|---|---|---|
| SOC | BCM2710A1 | BCM2837 | BCM2711 | BCM2712 |
| CPU | ARM Cortex-A53 | ARM Cortex-A53 | ARM Cortex-A72 | ARM Cortex-A76 |
| CPU-Takt | 4 x 1000 MHz | 4x 1400 MHz | 4x 1500 MHz | 4 x 2400 MHz |
| RAM | 512 MB | 1 GB | 1 GB, 2 GB, 4 GB lub 8 GB | 4 GB oz. 8 GB |
| USB | 2 x USB 2.0 | 4 x USB 2.0 | 2 x USB 2.0 2 x USB 3.0 |
2 x USB 2.0 2 x USB 3.0 |
| GPIOs | 40 pinov | 40 pinov | 40 pinov | 40 pinov |
| Video | 1 x HDMI | 1 x HDMI | 2 x Micro-HDMI | 2 x Micro-HDMI |
| Audio | HDMI (digital) | HDMI (digital) 3,5-mm priključak za kompozitni video i audio |
HDMI (digital) 3,5-mm priključak za kompozitni video i audio |
HDMI (digital) |
| Mreža | ✗ | 10/100/1000 MBit(max. 300 MBit/s) | 10/100/1000 MBit | 10/100/1000 MBit |
| WLAN | 2,4 GHz | 2,4 GHz | 2,4 GHz | 2,4/5 GHz |
| Bluetooth | 4.2 | 4.2 | 5.0 | 5.0 |
| Napajanje | 5 V od Micro USB Min. 2,5 A |
5 V od Micro USB Min. 2,5 A |
5 V od USB-C Min. 3 A |
5 V od USB-C Min. 5 A |
| Veličina | 65 x 30 mm | 85,6 x 56 mm | 85,6 x 56 mm | 85,6 x 56 mm |
Naša preporuka
Koristeći primjer Raspberry Pi 3, želimo jasno pokazati bitne komponente Raspberrya:
Raspberry Pi prikaz odozgo
Raspberry Pi prikaz odozdo
1. Jedinica WLAN/Bluetooth
2. GPIO sučelje
3. Power over Ethernet (PoE) pinovi
4. USB-2.0 priključci (4x)
5. Eternetski priključak (LAN)
6. Eternetski upravljač
7. Kompozitni video/audio 3,5 mm
8. Utičnica za plosnati kabel za kamere
9. HDMI izlaz
10. Procesor
11. Napajanje 5 V (microUSB)
12. LED (Aktivnost i radni napon)
13. Utičnica za plosnati kabel za zaslone
14. DRAM IC memorija
15. Utor za mikro SD karticu
Kako bi računalo radilo, softver, tj. operativni sustav, također treba biti dostupan uz hardver. Uz pomoć operativnog sustava, tada se mogu instalirati daljnje aplikacije i programi. Kod Raspberry Pia, koji je u osnovi smanjeno računalo, operativni sustav Raspberry Pi OS (Rasbian) koji se temelji na Linuxu prvo se mora instalirati. Potrebna je microSD kartica s najmanje 8 GB, 16 GB ili bolje 32 GB. Uz kapacitet za pohranu u GB, brzina pisanja također je važna i za SD karticu. Ona bi trebala biti što veća.
Da bi se pokrenula Raspberry PI ploča, prvo je potrebno računalo s pristupom internetu i adapterom za memorijske kartice. Operativni sustav za Raspi može se preuzeti kao Raspbian slika na web stranici https://www.raspberrypi.org/downloads/. Onda se preuzeto instalira izravno na formatiranu memorijsku karticu. I verzija softvera i memorijska kartica mogu se odabrati u izborniku.
Nakon instalacije, memorijska kartica se uklanja iz PC adaptera i gura u utor za karticu na Raspiju. Zatim se miš i tipkovnica (priključak ili kabel) i zaslon spajaju na MINI-PC putem HDMI kabela.
Nakon priključenja adaptera za napajanje, sustav se pokreće i automatski instalira sve potrebne upravljačke programe. Kada prvi put puštate u pogon, odabrat će se državu, jezik i WLAN mrežu i dodijeliti novu lozinku. Na kraju instalacije povlače se najnovija ažuriranja tako da je operativni sustav Raspberry Pi OS ažuriran.
Nakon uspješne instalacije, početni zaslon s trakom izbornika dostupan je na gornjem rubu slike. Jednopločno računalo sada je spremno za rad i mogu se napraviti prve postavke.
Malina u gornjem lijevom lijeku gotovo je identična gumbu za pokretanje u sustavu Windows 10. Ako se klikne malina, dostupni su daljnji izbornici. No, druge funkcije, poput upravitelja datoteka ili stavljanje novih ikona na radnu površinu, također se vrlo snažno temelje na funkcionalnosti sustava Windows.
Stoga, upravljanje Raspi softverom intuitivno je moguće i brzo se nauči.
Naš praktični savjet: napajanje!
Budući da je Raspberry Pi funkcionalno računalo, priključak napajanja ne smije se jednostavno odspojiti tijekom rada. Umjesto toga, operativni sustav prvo mora biti isključen. Za to treba kliknuti malinu gore lijevo, a zatim se operativni sustav može odjaviti putem stavke izbornika i isključiti. Čim se radni napon ponovo spoji, operativni sustav pokreće se automatski. Ako se tada izvrše određeni korisnički programi, oni se kasnije trebaju integrirati u rutinu starta.
Daljinsko upravljanje Raspberry Pia putem VNC-a
U pravilu su kod Raspija miš, tipkovnica i zaslon potrebni samo za instalaciju ili podešavanje. Više nisu potrebni za kasnije zadatke. No, kako biste u svakom trenutku mogli pristupiti Raspiju, ima smisla postaviti daljinski upravljač putem kućne mreže. U ovom slučaju idealan je “Virtual Networking Computing” ili skraćeno VNC. Budući da s mrežnim protokolom za više platformi, VNC radi i na Windows i na Linux distribucijama. VNC je također sastavni dio Raspian softvera.
Za postavljanje daljinskog upravljača jednostavno trebate otvoriti Raspberry Pi konfiguraciju pod Start → Postavke. VNC se zatim treba aktivirati u području sučelja i potvrditi s OK. Zatim se u gornjem desnom kutu pojavljuje ikona VNC.
Kada se klikne na ikonu, IP adresa Raspberry Pia može se pročitati u VNC prozoru. Sve što trebate učiniti je instalirati VNC preglednik na računalo koje se koristi za daljinsko upravljanje.
Prvi put kada se softver učita, traži se IP adresa Raspberry Pi. Budući da je korisnik “pi” već naveden, sve što trebate učiniti je unijeti lozinku za Raspberry. Tada se uspostavlja veza s Raspberryjem i moguće je daljinsko upravljanje.
Kao alternativa VNC-u može se koristiti i terminalski program “PuTTY”. Program terminala dostupan je za besplatno preuzimanje na raznim stranicama. U tom slučaju treba biti aktivirana vrsta veze “SSH” kod sučelja u softveru Raspian.
Prije nego što se pojedinačni GPIO pinovi mogu dodijeliti i kontrolirati, treba biti jasno koji pin ima koju oznaku i koju funkciju. U slučaju korištenog modela Raspberry Pi 3, 40 pinova imaju sljedeći raspored:
Raspodjela pinova GPIO utičnog konektora na Raspberry Pi 3:
Ove informacije također možete iščitatii. Kako biste to učinili, LX terminal se poziva na alatnoj traci i unosi se naredba pinout.
Izgradnja jednostavnog semaforskog sklopa
Kako bismo jasno prikazali upravljanje GPIO-ima, odlučili smo implementirati malu upavljanjeu semaforom. Kako biste to učinili, prvo se trebaju spojiti tri LED diode, svaka sa predotpornikom. Mala matična ploča prikladna je za brzo i jednostavno postavljanje sklopa.
Budući da su korišteni GPIO definirani kao izlazi i stoga izbacuju napon, anode LED dioda trebaju biti spojene na izlaze Raspberry Pia.
Crveni LED je spojen na pin 11 (GPIO 17). Žuti LED je spojen na pin 13 (GPIO 27), a zeleni LED na pin 15 (GPIO 22). Otpornik s približno 220 Ω spojen je na uzemljenje na pinu 30 ili na bilo koju drugu vezu s uzemljenjem (GND) na katodama triju LED dioda.
Programiranje upravljanja semaforom
Preporuča se upravljanje semafora programirati u sve popularnijem programskom jeziku Python. Za razliku od programiranja kod Arduina, programski blokovi nisu strukturirani pomoću vitičastih zagrada, već uvlačenjem pojedinačnih redaka. Stoga je važno obratiti pozornost na ova uvlačenja prilikom izrade programskog koda ili kod kopiranja koda.
Programski kod za jednostavno upravljanje semaforom izgleda ovako:
Snimka zaslona koda semafora
Objašnjenja uz programski kod
import RPi.GPIO as GPIO
Umetanje biblioteke "RPi.GPIO" za upravljanje GPIO-a putem Pythona.
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
Naredba za korištenje GPIO oznaka. Ako umjesto toga želite koristiti pin brojeve, unesite "Board" umjesto "BCM".
GPIO.setwarnings(False)
Onemogućivanje GPIO upozorenja.
import time
Umetanje biblioteke „time“, za upravljanje vremenskim procesima
GPIO.setup(17, GPIO.OUT)
GPIO.setup(27, GPIO.OUT)
GPIO.setup(22, GPIO.OUT)
Ove tri naredbe definiraju GPIO-ove 17, 27 i 22 kao izlaze.
while True:
Beskonačna petlja s četiri različite konstelacije boja semafora, u kojima su povezani GPIO uključeni (1) ili isključeni (0).
time.sleep
Unesite trajanje svjetljenja uključenih LED dioda u sekundama.
try:
except KeyboardInterrupt:
Uvjetovane upute dopuštaju da se beskonačna petlja između dviju naredbi prekine pomoću tipkovničkog prečaca (ctrl + C). Povezana uvučena naredba “GPIO.cleanup()” se izvršava i svi GPIO-ovi se poništavaju. To uzrokuje gašenje LED dioda. Ako se program prekine, LED diode koje su svijetlile u trenutku prekida nastavile bi trajno svijetliti.
Prijenos programskog koda u softver za programiranje
Pod Start → Razvoj, učitava se Thonny Python IDE i programski kod se umeće u neimenovani prozor <untitled> (pogledajte prethodnu sliku sa snimkom zaslona). Kod tada treba spremiti pod proizvoljnim imenom. Pokretanje i prekid programa tada se može izvršiti ručno pomoću kružnih tipki. Ako je potrebno, program se također može integrirati u rutinu pokretanja tako da se automatski pokreće kada se jednopločno računalo uključi. Naravno, vrijeme rada Raspija se također može predodrediti, tako da ga više nije potrebno ručno paliti i gasiti. Daljnje informacije o tome, kao i o programskom jeziku Python, lako se mogu pronaći korištenjem odgovarajućih tražilica na internetu.
Važno!
GPIO-i nisu u stanju davati visoke struje. Priključak za napajanje od 3,3 V koji napaja sve GPIO-e daje maksimalnu struju od samo 50 mA.
Stoga se pri izgradnji LED sklopova trebaju koristiti samo LED diode niske struje.
Ako su potrebne veće struje, može se koristiti uklopno pojačalo kao što je ULN 2803.
Još jedno glavno područje primjene računala s jednom pločom je videonadzor. Zato Raspiji također imaju utičnice za ravnevkabele za Raspberry Pi kamere. Poželjno je koristiti ovu utičnicu jer je tada kamera fiksna hardverska komponenta sustava.
Naravno, USB kamerom se također može upravljati na jednom od USB priključaka. U tom slučaju i dalje su potrebni upravljački programi za kameru, što može uzrokovati probleme kod nekih primjena.
VLC media player, koji je sastavni dio softvera Raspberry Pi, prikladan je za provjeru spojene kamere.
Za otvaranje media playera kliknite Start → Entertainment Media i VLC Media Player.
Kao i kod Windowsa, VLC se također može povući i ispustiti na radnu površinu. U VLC-u se unosom Mediji → Otvori → Otvori snimač i reproduciraj pokreće kamera.
Kod ispravne instalacije, sada će biti vidljiva slika kamere, koja će također biti dostupna u lokalnoj mreži putem VNC-a.
Raspberry Pi idealna je osnova za ulazak u svijet jednopločnih računala i upoznavanje programiranja potrebnog za to. Iako mala miniračunala imaju sve što je računalu potrebno za rad, cijene su prilično pregledne i ne opterećuju proračun za hobi.
No, opcionalni pribor je također opsežan. Uz kuciste za Raspberry Pi, zaslone i kamere postoji i širok izbor modula za proširenje (Pi, HATs ili pHat). Oni se jednostavno utaknu u GPIO sučelje na Raspberry Piu. Električne veze između Raspija i PI HAT-a uspostavljaju se automatski i na način koji štedi prostor. Osim toga, vanjski sustavi također se mogu lako integrirati putem USB ulaza.
Zbog ogromnog potencijala koji nude mala Raspberry računala, idealna su i za komercijalne i industrijske primjene. Kao rezultat toga, složeni projekti, za koje bi se inače trebala koristiti prevelika računala ili prijenosna računala mogu se realizirati bez puno truda. A nakon što se prevladaju prve prepreke u početku s temom, korisnicima se nude naizgled neograničene mogućnosti primjene.