Raspberry Pi (Распберри Пи): назначение и применение

Схема растберриRaspberry Pi, называемые у нас Распберри Пи или Пай, — это семейство миниатюрных плат с распаянными на них основными компонентами персонального компьютера (ПК). Разработанные в Великобритании благотворительным фондом и направленные вначале на популяризацию образованности молодёжи в компьютерных науках, эти устройства получили более широкое распространение, чем ожидали их создатели.

Уникальность технологии

На сегодня сообщество поклонников «малинки» или «малинового пирога» является самым быстрорастущим из всех аналогичных продуктов. Программирование под архитектуру ARM для большого спектра одноплатных вычислительных решений развивается в большой степени благодаря доступности значительного количества конфигураций микрокомпьютеров.

Благодаря большому и развитому сообществу растёт и количество способов применения устройств. При должных знаниях и имеющихся технических решениях можно даже построить систему «умный дом» на Raspberry Pi. Кроме того, устройство используется как:

  • Сетевой медиа-, файл- и принт-сервер.
  • Роутер (при наличии необходимых прошивок и доступности модулей расширения).
  • Плата контроллера в различном ЧПУ-оборудовании.

История создания и основные характеристики

Параметры распберриПервый представитель этого семейства миниатюрных контроллеров появился в 2011 году. Его создатели надеялись таким способом развить у детей интерес к построению вычислительных устройств, программированию под конкретные задачи (такое написание кода ещё называется прикладным) и основам электротехнических наук. Несмотря на то что первоначальная цель была достигнута, устройство не переставало совершенствоваться, в нём появлялись возможности подключения различных модулей расширения, а аппаратные характеристики получали регулярные апгрейды.

Благодаря постоянному наращиванию возможностей, «малинка» стала получать всё больше внимания среди энтузиастов и специалистов. Сегодня поклонников платформы, придумывающих всё более оригинальные способы использовать устройство, уже больше пяти миллионов. Спустя семь лет Raspberry Pi насчитывает около десятка конфигураций, имеющих различное количество оперативной памяти, портов ввода-вывода и поддерживаемых интерфейсов. Основные характеристики выглядят так:

  • Как работает распберриПроцессор на базе архитектуры ARM с тактовой частотой от 700 мегагерц до 1,2 гигагерца и количеством ядер до четырёх. Некоторые чипы имеют поддержку 64-битных инструкций.
  • От 256 мегабайт до 1 гигабайта оперативной памяти, как правило, распаянной прямо на плате и не имеющей возможности расширения без применения спецоборудования.
  • Видеовыход, отличающийся в зависимости от устройства — может быть как стандартный VGA, так и более современный HDMI или DisplayPort.
  • От одного до четырёх USB-портов.
  • В более поздних версиях — наличие порта Ethernet, WiFi и Bluetooth-модулей, например, в model Zero W.
  • Интерфейс ввода/вывода общего назначения или GPIO, имеющий количество пинов от 26 до 40 и использующийся для подключения специализированных модулей.

Операционные системы

Благодаря современной архитектуре и достаточным аппаратным мощностям, семейство может управляться большим разнообразием операционных систем. На сегодня это собранные под конкретные задачи дистрибутивы Linux и других UNIX-based систем. Официально на устройства можно устанавливать такие системы:

  • Мощность распберриRaspbian — дистрибутив самого начального уровня, лёгкий в развёртывании и настройке.
  • Kodi — open-source проигрыватель медиафайлов.
  • RISC OS — универсальная операционная система для процессоров типа RISC (к ним относится архитектура ARM).
  • С недавних пор Windows 10 IoT — дистрибутив новейшей системы от Microsoft, предназначенный для применения Raspberry Pi 3 в «Интернете Вещей».
  • Pidora или Pi Fedora — дистрибутив Linux под названием Fedora, адаптированный под архитектуру микрокомпьютеров.

Порты и другие операционные системы, которые можно установить, модифицировав и сконфигурировав должным образом их дистрибутивы:

  • Применение распберриKali Linux — популярный «хакерский» дистрибутив, предназначенный для проведения тестов на уязвимость систем.
  • FreeBSD.
  • Sailfish OS, использующаяся в некоторых моделей смартфонов.
  • А2 — модифицированный дистрибутив с ядром, поддерживающим неблокирующие алгоритмы.

Кроме того, ведутся разработки вариантов таких мобильных ОС для «малинок» от Google, как Android и Chromium Operating System.

Установка из-за отсутствия жёсткого диска и интерфейсов подключения накопителей высокого объёма производится на SD-карту. Для этого можно воспользоваться как автоматизированным инструментарием типа NOOBS, так и развернуть уже установленный и предварительно сохранённый образ ОС на накопитель.

Сферы применения устройства

Возможное использование фактически ограничено только фантазией автора и его познаниями. Проекты Raspberry Pi 3, например, включают такие интересные возможности, как построение полноценных медиацентров для домашних телевизоров, что особенно полезно для более старых моделей, лишённых функционала Smart T. V. Кроме того, они прекрасно подходят для начинающих радиолюбителей, ведь в списке совместимых модулей расширения есть очень много плат. Они позволяют превратить миникомпьютер в контроллер для квадрокоптера или автоматизировать некоторые бытовые процессы.

Системы Умный дом

Система RaspberryДля построения сети управления домашней техникой необходимо иметь контроллеры устройств, которые предполагается автоматизировать, устройства управления к ним и сетевой сервер, способный всем этим командовать. Обмен информацией и питание устройств может обеспечиваться обычным кабелем типа «витая пара», а «малинка» в этой схеме будет выступать как раз сервером управления. Для этого на неё устанавливается веб-интерфейс, доступ к которому будет осуществляться через десктопный браузер или со смартфона.

Вместо проводной сети, для избежания захламлённости дома проводами можно использовать и беспроводное соединение, но в этом случае придётся позаботиться о питании всех устройств системы. Так, для Raspberry Pi нужен блок питания на 5 вольт, выдающий примерно 1−2 ампера. Менее мощные устройства питания использовать незачем, они могут привести к помехам и нестабильной работе.

Контроллеры, чаще всего использующиеся в таких системах, могут быть такими:

  • Умная система Raspberry Универсальный — может выполнять любые функции из описанных ниже благодаря оснащённости большим количеством работающих независимо друг от друга точек ввода и вывода.
  • Радиомодуль — подойдёт для замены нескольких брелоков, а также обмена информацией с установленными по территории датчиками.
  • Контроллер температуры и влажности, позволяющий отслеживать эти параметры и передавать информацию на сервер для возврата команд на термостаты.
  • Термостат — управляет температурным режимом в доме, будучи подключённым к системе отопления. Может служить для регулировки скорости нагрева помещения и его охлаждения.

Применение в автомобильном транспорте

С помощью миниатюрного компьютера можно запросто собрать систему управления некоторыми параметрами автомобиля: например, навигация, проигрывание медиафайлов и контроль за температурой внутри салона машины. Кроме того, благодаря возможности подключить проводные и беспроводные камеры, можно получить систему «все в одном» и использовать оборудование ещё и как видеорегистратор.

Для этого понадобятся:

  • Описание системыСенсорный экран для контроля параметров.
  • USB-приёмники сигналов (например, для работы навигатора).
  • Камера (или камеры) для обеспечения работы видеорегистратора.
  • Специализированная оболочка и ПО.
  • Плата микрокомпьютера, снабжённая достаточным количеством портов для подключения всех периферийных устройств.

При использовании такого устройства можно будет тратить гораздо меньше времени на подстройку некоторых параметров в зависимости от ситуации. Кроме того, так как программная часть компьютеризированного управления автомобилем давно пишется на основе различных дистрибутивов Linux, проблем с интеграцией новых функций в прошивку не будет.

Другие области использования Raspberry Pi

Где используется RaspberryКроме построения систем, помогающих управлять бытовым хозяйством или собственным транспортом, миниатюрные компьютеры могут применяться для других вещей, которыми преимущественно занимаются энтузиасты. Среди таких проектов — антропоморфные роботы, датчики считывания эмоций животных и беспилотные аппараты.

Искусство трёхмерной печати, развивающееся взрывными темпами в наше время, позволяет упростить процесс создания корпусов для микрокомпьютеров и расширяет спектр задач, которые можно выполнить с их помощью. Например, полностью «напечатанный» робот по имени Poppy от французских разработчиков в качестве платы управления использует именно «малиновую». Строение его внутренностей и опорно-двигательного аппарата очень напоминает человеческое, а сам робот имеет чувство баланса и равновесия, которое использует при ходьбе.

Беспилотники же на основе крошечных ПК, которые появились в том числе и благодаря развитию аккумуляторов и появлению батарей большого времени действия, успешно демонстрируют полёты на большой высоте, перехват данных посредством пеленгования радиосигналов и наведение помех. И всё это в аппаратах, распространённых на массовом рынке.

Купить Raspberry Pi в России не составляет труда, здесь есть множество реселлеров, интернет-магазинов, предлагающих купить не только сами устройства, но и периферийные модули к ним. Развитое сообщество и длительный период поддержки существующих устройств помогают начинающим и опытным конструкторам создавать необходимые им инструменты для достижения своих целей.

Raspberry Pi (Распберри Пи): назначение и применение