Raspberry Pi — что можно сделать на основе «малинки»

Микрокомпьютер Raspberry Pi 3 A B и Zero

Когда не хватает мощности Arduino, на помощь мейкеру приходит тяжелая артиллерия в виде микрокомпьютеров Raspberry Pi. Чаще всего “малиновые пироги” или “малинки”, как их еще называют, используются в задачах обработки видео, аудио информации и сложных коммуникаций. В этой статье мы познакомимся с Raspberry, узнаем, что такое микрокомпьютер, какие модели сегодня актуальны и как можно использовать это устройство в своих проектах.

С помощью Raspberry Pi можно сделать умного робота, распознающего своего хозяина или домашний сервер умного дома, передающего по WiFi или Ethernet. Вы можете подключить к микрокомпьютеру датчики, двигатели, реле и многое другое. Таким образом, сферы применения Raspberry и Arduino в DIY проектах сильно пересекаются.

Что такое одноплатные микрокомпьютеры?

Микрокомпьютер – это устройство, имеющего архитектуру полноценного компьютера, но отличающееся своими размерами. Сегодня на рынке представлены сотни(!) различных моделей (включая клоны Raspberry) от десятков производителей и этим рынок одноплатников существенно отличается от рынка обычных компьютеров, на котором между лидерами давно уже распределены все доли рынка.

Микрокомпьютеры чаще всего создаются под конкретные задачи, они не могут конкурировать с обычными компьютерами, уступая им в мощности и удобстве. Но зато они более дешевы, просты, имеют компактный размер и потребляют меньше энергии. Это делает микрокомпьютер важным элементом мобильных автоматизированных систем.

Raspberry Pi является сегодня наиболее известным представителем семейства одноплатных микрокомпьютеров. Это достаточно дешевая и доступная плата начального уровня, которую можно купить во множестве интернет-магазинов. Азиатские производители создали большое количество клонов (Orange Pi, Banana Pi и другие), которые можно использовать в своих проектах. И другим очень важным преимуществом “малинки” является огромное сообщество разработчиков, занимающихся развитием архитектуры и программного обеспечения. Выпущено множество книг, учебных пособий, операционных систем и удобных инструментов, существенно облегчающих начинающим начало работы с системой. Поэтому именно с этим микроконтроллером рекомендуется начинать работу тем, кому уже стал “мелковат” ардуино.

Что такое Raspberry Pi?

Raspberry Pi представляет собой недорогой компьютер размером с кредитную карту, который присоединяется к монитору ПК или телевизору и использует стандартную клавиатуру и мышь. Внешне компьютер представляет собой небольшую четырехслойную печатную плату с USB, HDMI и другими разъемами, слотом для Micro SD, а также гребенкой контактов GPIO. Корпус, карту памяти, клавиатуру, мышь, монитор, блок питания нужно приобретать дополнительно.

При помощи “малинки” можно научиться программировать на языках Scratch и Python. Изначально микрокомпьютер разрабатывался с целью применения для обучения в школах и университетах, поэтому для него существует множество программных пакетов и даже специальная операционная система для детей.

Ключевой особенностью Raspberry является возможность присоединения к нему внешних устройств и управления ими с помощью различных программных пакетов (наиболее популярным является Python). Всевозможные датчики, светодиоды, двигатели, реле и другие электронные компоненты могут подключаться через GPIO контакты так же, как к Arduino. Поэтому мы можем существенно расширять функционал микрокомпьютера, создавая из него рабочую станции для каждого конкретного проекта.

Но даже без внешних устройств этот микрокомпьютер выполняет все функции обычного настольного ПК, пусть даже не очень быстрого. С его помощью работать в интернете, воспроизводить видео и аудиофайлы, обрабатывать тексты, создавать таблицы. Естественно, микрокомпьютер не может на равных конкурировать с обычным ПК – он всегда работает медленнее. Но с определенными не слишком тяжелыми приложениями микрокомпьютер справляется отлично. В качестве базовой операционной системы для Raspberry Pi используется Linux, есть множество клонов, адаптированных конкретно для этого микроконтроллера. У нас на сайте вы можете найти статью с обзором операционных систем для Raspberry Pi.

История появления Raspberry

Разработчиком прибора является британская фирма Raspberry Pi Foundation. Первый образец был представлен Дэвидом Брэбеном в мае 2011 года. Начало производства первой партии модели В датируется январем 2012 годом. С тех пор ежегодно компьютер модернизировался, и в продажу поступали более совершенные компьютеры.

История выпуска моделей:

• 29 февраля 2012 года – старт продаж Model В.
• 14 декабря 2012 года – начало производства модели Raspberry Pi «A».
• 14 июля 2014 года – выпуск третей версии Raspberry Pi «B+».
• 2 февраля 2015 года – выпуск Raspberry Pi «2B».
• 26 ноября 2015 года – выпуск нового микрокомпьютера Raspberry Pi Zero, оснащенного несмонтированным разъемом GPIO.
• 29 февраля 2016 года – выпуск модели Raspberry Pi 3, отличающейся 64-битным процессором, наличием WI-FI и Bluetooth.
• 28 февраля 2017 года – модернизированная версия Raspberry Pi Zero W с WI-FI и Bluetooth.

Суперкомпьютер на базе Raspberry Pi и Lego

Одним из наиболее интересных проектов на основе «малинки» является суперкомпьютер из 64 Raspberry Pi. В качестве элементов для создания «серверных шкафов» послужил обычный конструктор Lego.

В качестве ПЗУ для этой системы использовались карты памяти формата SD, объемом в 16 ГБ. Такие карты были установлены в каждую «малинку».

Как сделать нечто подобное? Подробнейшая инструкция от создателя, профессора университета Саутгемптона Саймона Кокса — по этой ссылке.

Своё облачное хранилище

Сложность: 3/5.

Время: 2/5.

Зачем платить за облачные сервисы хранения данных, когда можно сделать свой? Если вы параноик и не хотите хранить личные фото на чужом сервере, то это — вполне ваш вариант. Тем более что размер хранилища и скорость загрузки зависят только от вас самих.

Настройка такого сервиса происходит в два этапа: сначала ставим Linux, например тот же Debian, а затем настраиваем удалённый доступ. В итоге своё облако можно приспособить для чего угодно: хранить почту, файлы, фото с отпуска, рабочие проекты для команды или фильмы, которые жалко удалять после просмотра.

Единственный минус — для бесперебойного доступа к файлам сервис должен работать круглосуточно.

Интересности

Пройдусь по самым важным пунктам из того, на что я обратил внимание при работе с RPi 4.

Продолжение доступно только участникам

Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте

Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», позволит скачивать выпуски в PDF, отключит рекламу на сайте и увеличит личную накопительную скидку! Подробнее

Вариант 2. Открой один материал

Заинтересовала статья, но нет возможности стать членом клуба «Xakep.ru»? Тогда этот вариант для тебя! Обрати внимание: этот способ подходит только для статей, опубликованных более двух месяцев назад.

Требования к аппаратному обеспечению

Источник питания

Плата Raspberry Pi запитывается с помощью порта Micro USB, который она содержит в своем составе. Для нормального функционирования плате необходим источник питания с параметрами 5V, 1000mA. Эти требования являются существенными. Напряжение более 5V может необратимо повредить плату, а если оно меньше 4.8V, то плата может попросту не работать.

Мы для питания платы Raspberry Pi используем зарядку от сотового телефона с характеристиками 5V, 1000mA. Запомните минимальное значение тока, который необходим для нормального функционирования платы.

Также для подачи питания на плату необходим USB кабель хорошего качества (примерно как показанный на рисунке выше), потому что если он «плохого» качества, то как бы хороши ни были характеристики источника питания, при плохом кабеле вы все равно не получите хорошего питания для платы.

Для выполнения высокопроизводительных операций на плате Raspberry Pi требования к источнику питания для нее возрастают – в этом случае он должен обеспечивать ток, по меньшей мере, 2000mA (2A).

Также можно подавать питание на плату Raspberry Pi с помощью двух не очень мощных адаптеров, в данном случае один из них подключается к порту micro USB, а другой – к одному из портов USB 2.0. К примеру, мы подключаем к свободному порту USB 2.0 адаптер с поддерживаемым током 700mA.

Экран (монитор)

Для подключения к плате Raspberry Pi вам необходим LCD (ЖК) или LED (на светодиодах) экран, также вы можете использовать монитор от персонального компьютера, даже от старого. Перед подключением монитора (экрана) вы должны удостовериться в том, что он поддерживает интерфейс HDMI, иначе вам будет необходим интерфейс для перехода с HDMI на тот графический порт, который поддерживает ваш монитор.

К примеру, если ваш монитор, имеет VGA-разъем, то вам будет необходим конвертер с HDMI на VGA – его примерный вид показан на следующем рисунке. А если ваш монитор поддерживает интерфейс DVI, то можно использовать переходник с HDMI на DVI.

Мышь и клавиатура

Мышь и клавиатура должны обязательно подключаться по USB, иначе вы не сможете их подключить к Raspberry Pi.

SD карта

Вам понадобится карта формата Micro SD чтобы иметь возможность работать с Raspberry Pi. Объем карты должен быть не менее 8GB иначе вы не сможете установить операционную систему на нее. Класс скорости карты должен быть не менее 4, желательно не меньше 10 (10 Мбит/с) – в настоящее время SD карты с такой скоростью стали фактически стандартом.

Идеи для проектов на Raspberry Pi для начинающих

1. Медиа-сервер

Создание медиа-сервера с использованием Rasberry Pi является наиболее распространенным и, вероятно, самым простым проектом.

Чтобы узнать больше об этом применении, вы можете обратиться к официальной документации по использованию Kodi с Raspberry Pi (которая является одной из наиболее доступных программ для медиа-сервера).

2. Метеостанция

Если вы хороши в построении проектов с электронными компонентами, то создание метеостанции с использованием Raspberry Pi должно быть для вас увлекательным занятием.

Эта идея может показаться не самой простой для начала — но оказывается совсем не сложной, если вы внимательно изучите требования проекта.

Вы сможете собирать данные о погоде используя различные датчики в соответствии с вашими нуждами и пожеланиями.

Проект описан на официальном сайте Raspberry Pi, чтобы вы могли реализовать его самым простым спобом.

3. Родительский детектор

Еще один проект с официального сайта Raspberry Pi. Этот проект использует минимальное аппаратное обеспечение для настройки детектора движения, который затем запускает видеозапись с использованием модуля камеры Raspberry Pi.

Вариантов использования масса. Если вы являетесь родителем, вы можете следить за своим ребенком, когда он входит в свою комнату. В любом случае этот проект также может пригодиться, чтобы следить за вашей входной дверью в качестве меры безопасности.

Вы можете найти все необходимые подробности на официальном сайте Raspberry Pi.

4. FM-радиостанция

Raspberry Pi — это недорогое устройство для создания FM-радиостанции. Предварительных условий у него может быть и немного, но его стоит изучить ради развлечения.

Обратите внимание, что возможно не стоит создавать помехи для местных частот FM. Вы можете найти все детали, чтобы настроить свой Raspberry Pi в качестве FM-радиостанции, пройдя по ссылке ниже.

5. Сервер для игры в Minecraft

Minecraft — довольно популярная игра. Однако, если вам нужен персональный сервер, вам, скорее всего, придется доплатить.

Но не беспокойтесь, вы можете использовать свой Raspberry Pi для создания локального сервера, создать свой собственный мир и весело провести время с семьей и друзьями.

6. Температурный журнал

Это кое-что интересное, что я нашел на официальном сайте, чтобы помочь вам узнать несколько вещей, например — как записать данные в файл и т. д.

Здесь вы будете записывать температуру, используя датчик.

Вам понадобиться использовать командную строку для контроля температуры вашего Raspberry Pi.

7. Игровая ретро-консоль

Вы можете превратить Raspberry Pi в игровую консоль, просто установив ОС на SD-карту и перенеся на нее несколько файлов.

У нас также есть статья о том, как превратить ваш старый компьютер в игровую консоль для так называемого ретрогейминга, если вам интересно.

По ссылке ниже вы найдете ресурс, который поможет запустить вам подобный проект.

8. Полноценный десктопный компьютер

Если вы не хотите вкладывать много ресурсов в создание ПК, вы можете легко использовать Raspberry Pi.

Технически, ваш Raspberry Pi станет сердцем вашего ПК, и вам всего лишь нужно добавить периферийные устройства (монитор, клавиатуру, мышь и т. д.), чтобы превратить его в ПК. При желании вы также можете создать специальный корпус для вашего нового ПК, впрочем, это совершенно необязательно.

Очевидно, что такой компьютер не будет достаточно мощным для всех видов задач — но он будет пригоден для использования.

Вы также можете изучить опыт использования Raspberry Pi 4 в качестве замены настольного компьютера на их официальном сайте. Ссылка ниже.

Какой Raspberry Pi выбрать

Первые Raspberry Pi поступили в продажу ещё в 2012 году, и с тех пор устройство претерпело множество изменений, что в конечном итоге вылилось в различные вариации. Их довольно много, и рассказывать обо всех смысла нет. Поэтому ниже я приведу список только тех версий, которые, на мой взгляд, являются актуальными и достойны покупки.

Pi Zero W — дешёвый и компактный

От 1400 рублей

Базовый и самый доступный Raspberry Pi с одноядерным процессором и 512 МБ ОЗУ подойдёт только для решений, где важна компактность. В иных случаях стоит отдать предпочтение более производительным моделям. От обычного Pi Zero он отличается лишь наличием беспроводных интерфейсов Bluetooth и Wi-Fi, которые задействуются в большинстве интересных проектов. Данный девайс слишком слабый для ТВ-приставки или обычной офисной работы, зато он справится с блокировкой рекламы или обслуживанием девайсов для умного дома. Важно уточнить, что у него отсутствуют порты USB и Ethernet.

Pi 3 Model B+ — старый, но актуальный

От 3200 рублей

От обычной Pi 3 Model B эта версия отличается наличием более быстрого четырёхъядерного процессора Broadcom BCM2837B0, порта Gigabit Ethernet с пропускной способностью до 300 Мбит/с, технологии Power over Ethernet, а также поддержкой Wi-Fi 5 ГГц. Можно немного сэкономить, взяв Model B, если всё это не так важно, но для большинства юзкейсов эти фичи будут крайне полезны. Хотя этой версии Raspberry должно хватить для реализации многих идей, 1 ГБ ОЗУ может стать «бутылочным горлышком».

Pi Compute Module 3+ — как 3B+, но ещё меньше

От 2900 рублей

Вычислительная плата представляет из себя всё тот же Raspberry Pi 3 Model B+ по начинке, но в более компактном форм-факторе. У девайса нет портов — добавить их можно только при помощи платы Compute Module 1/3/3+ IO Board. На ней расположен разъём DDR2 SODIMM, в который вставляется вычислительная плата. Сама компания позиционирует Compute Module 3+ как девайс для интеграции с другими продуктами, нежели как решение для отдельного использования.

Pi 4 Model B — флагман среди всех Raspberry

От 3500 рублей

Самая флагманская Raspberry, доступная на сегодняшний день. Процессор, конечно, таковым не назовёшь — устаревший Broadcom BCM2711 с четырьмя ядрами Cortex-A72. Но в линейке мини-компьютеров решений производительнее пока нет. На выбор доступно 2, 4 или 8 ГБ оперативной памяти. Последний вариант на текущий момент избыточен для большинства ситуаций, но будет полезен для тех, кто разворачивает сразу несколько виртуальных машин или использует RAM-диск. Кстати, в этой модели наконец-то появились 2 быстрых порта USB 3.0 и Bluetooth 5.0.

Pi Compute Module 4 — «облегчённый» Pi 4B

От 3700 рублей

Как и Compute Module 3+, является упрощенной версией обычной модели. Форм-фактор модуля сменился — больше никакого DDR2 SODIMM. Преимущества Pi Compute Module 4 заключаются в компактности и более низкой цене — остальные характеристики идентичны Raspberry Pi 4. Портов всё так же нет — для этого нужно докупать IO Board. У последней есть важная особенность в виде слота PCIe Gen 2 ×1. К нему уже можно подключать периферию вроде хабов USB 3.0 и сетевых карт, правда, поддерживаются далеко не все устройства.

Pi 400 — готовое решение для работы

От 5200 рублей

• В тему:Полноценный ПК внутри клавиатуры, и это дёшево. Обзор Raspberry Pi 400

Недавно представленная Pi 400 представляет из себя облачённую в совмещённый с клавиатурой корпус обычную Pi 4 Model B, но без Jack 3,5-мм и Power over Ethernet. Стоит отметить наличие более свежей ревизии процессора относительно предшественника: благодаря этому базовая частота чипа на 0,3 ГГц выше, а разогнать его удаётся до 2,2 ГГц, в то время как раньше максимум был зафиксирован на отметке 2,147 ГГц. Кроме того, внутри корпуса расположена металлическая пластина, выполняющая роль радиатора, которая эффективно отводит тепло, нагревая в большей степени порты, расположенные сзади.