Raspberry Pi для домашней автоматизации. Релейный модуль

Raspberry Pi для домашней автоматизации. Релейный модуль

ВНИМАНИЕ!!! Сайт переносится на новый ресурс - https://whp.home.blog

Пока продолжается процесс адаптации контроллеров системы домашней автоматизации для работы со стандартным Modbus RTU, немного поговорим о подключении к Raspberry Pi различных готовых модулей. Начнем с самого простого - подключение к портам GPIO релейного модуля.

В продаже можно найти различные модификации релейных модулей на 1, 2, 4, 8 и более каналов. Все они, как правило, выполнены по одинаковой схеме и имеют «на борту» гальваническую развязку на оптронах,транзисторные ключии электромагнитные реле либо на 5В , либо на 12В .

Оказавшиеся в моем распоряжении два 4-х канальных модуля были выполнены на реле с напряжением 12В (рис.1)

Рис.1

В описании полученных релейных модулей было указано, что для управления реле в качестве активног о используется низкий уровень. Т.е. при низком уровне на входе канала модуля соответствующее реле включено , а при высоком - отключено . Для более детального рассмотрения этого вопроса обратимся к принципиальной схеме, которая была составлена по печатной плате модуля (рис. 2). На схеме показан только один канал, остальные каналы идентичные.

Рис.2

При высоком уровне на входе модуля светодиод во входной цепи и светодиод оптрона выключены, на базе транзистора Q1 присутствует низкий уровень, транзистор закрыт и реле отпущено. При подаче на вход низкого уровня светодиоды включаются, транзистор открывается и реле подтягивается. Диод, шунтирующий обмотку реле, служит для подавления самоиндукции, возникающей при коммутационных процессах.

Обратите внимание, что при установленной перемычке JD питание оптрона составляет 12В . Это неприемлемо при работе с ТТЛ уровнями или уровнями 3,3В . Поэтому, для работы рассматриваемого здесь модуля необходимо перемычку снять и подключение к портам GPIO Raspberry Pi выполнить в соответствии с рис.3:

Рис.3

Так как реле включается при низком управляющем уровне на входе, следовательно, на портах GPIO, которые управляют реле, при загрузке Raspberry Pi должны устанавливаться высокие уровни. Для этого достаточно внести изменения в конфигурационный файл - вместо x = OUT 0 указать x = OUT 1 , где х - номер порта (рис.4)

Рис.4

Так же хотелось бы остановиться на схемной организации управления нагрузками, потребляющими большой ток, например, мощными электронагревателями или вентиляторами. Обычно для таких нагрузок мощности контактов электромагнитного реле модуля недостаточно и их применяют в качестве промежуточных реле , управляющих пускателями (контакторами), которые в свою очередь уже непосредственно коммутируют нагрузку. Для повышения надежности в таких системах имеет смысл использовать 2-х релейные схемы управления, где одно реле (К1) отвечает за включение нагрузки, а второе (К2) - за отключение . Принципиальная схема 2-х релейной схемы управления приведена на рис.5:

Рис.5

Принцип работы 2-х релейной схемы предельно прост. В исходном состоянии реле К1 , К2 и пускатель ПМЛ отпущены, нагрузка отключена. При кратковременном срабатывании реле К1 его нормально-разомкнутые контакты К1.1 подают напряжение на катушку пускателя, пускатель подтягивается, подает питание на нагрузку через контакты ПМЛ-1 и своими блок-контактами ПМЛ-БК становится на «самоподхват». Для отключения нагрузки необходимо кратковременно включить реле К2 , его нормально-замкнутые контакты К2.1 разорвут цепь питания катушки пускателя, нагрузка отключится и схема вернется в исходное состояние.

Преимущество управления с помощью 2-х релейной схемы в том, что электромагнитные реле К1 и К2 включаются только на 1-2 секунды во время включения или отключения нагрузки, остальное время они находятся в отпущенном состоянии. Это предотвращает бесполезную нагрузку на блок питания релейного модуля и повышает надежность управления в целом.

Как недостаток следует отменить необходимость использования для управления нагрузкой двух каналов релейного модуля (т.е получается, что 4-х канальный релейный модуль обеспечит управление только двумя нагрузками). Но тут уже в каждом конкретном случае нужно оценивать что важнее - количество каналов или надежность управления.

Так же в системах управления «высокой ответственности» крайне желательно сделать сигнализацию включенного/отключенного состояния нагрузки. Реализовать такую функцию можно с помощью трансформатора тока, включенного в цепь нагрузки, или, что более просто, с помощью ещё одного реле, подключенного параллельно нагрузке. Контакт реле включается на вход Raspberry Pi и позволяет реально идентифицировать включенное или отключенное состояние нагрузки.

Raspberry Pi - одноплатный компьютер размером с банковскую карту, изначально разработанный как бюджетная система для обучения информатике. Разрабатывается Raspberry Pi Foundation. Всего за пять лет было продано более 15 миллионов устройств Raspberry Pi

Raspberry Pi, 2006

История появления устройств Raspberry Pi начинается в 2006 году, когда появляется прототип ценой $25. На плате установлен микроконтроллер Atmel ATmega644 с частотой 22.1Мгц, и 512K SRAM памяти. 19 из 32 контактов используются для доступа к памяти. Плата может выводить изображение с разрешением 320 × 240 на дисплей.

Raspberry Pi 1 Model B, 2012

Вскоре появляется следующее поколение, размером с кредитную карту и ценой в 35 долларов. Заявленные характеристики:

• Broadcom BCM2835 700MHz ARM1176JZFS с FPU и видео сопроцессором Videocore 4
• Декодер H.264 high-profile с производительностью 1Gpixel/s, 1.5Gtexel/s или 24GFLOPs с фильтрацией текстур и DMA инфраструктурой.
• Объем памяти: 256MB (позднее появилась модификация 512MB)
• Сеть: 10/100-BaseT Ethernet port
• Поддержка порта
• Порты 2.0 в количестве 2 штук
• Порт RCA video
• Слот для SD карты
• Питание через порт microUSB
• Выход аудио: 3.5mm audio out jack
• Размер: 85.6 x 53.98 x 17мм

Raspberry Pi 1 Model A, 2013 год

Следующее поколение выглядело как шаг в сторону доступности и имело следующие характеристики:

• Broadcom BCM2835 700MHz ARM1176JZFS процессор с FPU и Videocore 4 GPU
• Поддержка Open GL ES 2.0, аппаратное ускорение OpenVG и 1080p3D
• Высокопроизводительный графический процессор H.264 способен обрабатывать поток до 1Gpixel / s, 1.5Gtexel / s или 24GFLOP с фильтрацией текстур и инфраструктурой DMA.
• Порт HDMI
• Один порт USB 2.0
• Порт видео RCA
• Слот для SD-карт
• Питание через разъем microUSB
• 3,5-мм аудиовыход
• Возможность подключения камеры
• Размер: 85.6 x 53.98 x 17mm

Raspberry Pi Compute Module, 2014 год

Размеры платы уменьшились, чтобы поместиться на плате размером с модуль памяти. Решение для разработчиков прототипов. Плата имеет тот же чип Broadcom 2835 на базе ARM, что и Raspberry Pi 1 и 512 МБ SDRAM, а также 4 ГБ флэш-памяти eMMC. Модуль представляет собой 200-контактную плату на основе форм-фактора Jedec SODIMM.

Raspberry Pi 1 Model B+

Обновление версии Raspberry Pi Model B - больше мощности, больше USB-портов, более универсальные входные / выходные контакты для расширения возможности платы, аккуратный макет и лучший звук.

• Чип: Broadcom BCM2835 Архитектура SoCCore: ARM11CPU: 700 МГц Процессор приложений с низкой мощностью ARM1176JZFS
• GPU: двухъядерный видеопроцессор VideoCore IV®. Обеспечивает Open GL ES 2.0, аппаратное ускорение OpenVG и высокопроизводительное декодирование H.264 1080p30. Производительность до 1Gpixel / s, 1.5Gtexel / s или 24GFLOP с фильтрацией текстур и инфраструктурой DMA.
• Память: SDRAM 512 МБ
• Операционная система: загрузка с карты Micro SD, работающая под управлением операционной системы Linux. Доступны различные операционные системы на базе Linux, включая NOOBS, Raspbian, Pidora, OpenELEC, RaspBMC. Также доступна Risc OS.
• Ethernet: 10/100 BaseT
• Видеовыход: HDMI (версия 1.3 и 1.4), композитный RCA (PAL и NTSC)

Raspberry Pi 1 Model A+, 2014 год

Миниатюрная версия Raspberry Pi 1 Model A, потребляющая меньше энергии, имеет более универсальные входные / выходные контакты для расширения, использует Micro SD, а не SD и предлагает лучший звук.

• Чип: Broadcom BCM2835 SoC
• Core: архитектура ARM11
• Процессор: 700 МГц с низким энергопотреблением ARM1176JZFS
• GPU: двухъядерный видеопроцессор VideoCore IV. Обеспечивает Open GL ES 2.0, аппаратное ускорение OpenVG и высокопроизводительное декодирование H.264 1080p30. Поток до 1Gpixel / s, 1.5Gtexel / s или 24GFLOP с фильтрацией текстур и инфраструктурой DMA.
• Память: 256 МБ SDRAM
• Размеры: 65 мм x 56 мм / 2,5 "x 2,25"
• Питание: разъем Micro USB 5V, 2A
• Нет Ethernet
• Аудио выход: 3,5 мм разъем, HDMI
• USB: 1 разъем USB 2.0
• Видеовыход: HDMI и композитный
• Звук: стерео / стерео (через 3,5 мм кабель)
• Память: 256MB
• Операционная система: использует слот для карт памяти microSD для загрузки ОС. Доступны различные операционные системы на базе Linux , включая NOOBS, Raspbian, Pidora, OpenELEC, RaspBMC. Также доступно RiscOS.

Raspberry Pi 2 Model B, 2015 год

Raspberry Pi 2 привнес мощность четырехъядерного процессора и 1 ГБ памяти. Отныне появилась возможность запустить ОС Windows 10 IoT Core и Ubuntu.

• 900 МГц четырехъядерный процессор Broadcom BCM2836 с 1 ГБ оперативной памяти DDR2
• Видеосистема VideoCore IV 3D
• Интерфейс ввода/вывода общего назначения : разъем 40-контактный 2,54 мм: 2x20. 27 контактов GPIO, а также линии питания +3,3 В, +5 В и GND
• Слот Micro SD
• Несколько портов: четыре USB-порта, полноразмерный HDMI, четырехполюсный стерео выход и композитный видеопорт. Порт камеры CSI и порт дисплея DSI
• 10/100 BaseT Ethernet
• Источник питания Micro-USB 5V, 2A
• Размеры: 85 x 56 x 17 мм

Raspberry Pi Zero, 2015 год

Несмотря на стоимость в 5 долларов, Pi Zero способна на большее, чем Pi Model B, которая продавалась в 2012 году за 35 долларов.

Плата имеет тот же одноядерный ARM-процессор, что и первая модель B, но она немного быстрее. Системная память остается неизменной.

• Система BCM 2835 на чипе 1 ГГц
• 512 МБ ОЗУ
• micro-SD
• мини-HDMI
• Два порта micro USB - один для питания и один для данных
• Интерфейс ввода/вывода общего назначения : разъем 40-контактный 2,54 мм: 2x20. 27 контактов GPIO, а также линии питания +3,3 В, +5 В и GND
• Совместимость с существующими дополнениями HAT
• Размеры: 65 мм x 30 мм x 5 мм

Raspberry Pi 3 Model B, 2016 год

Raspberry Pi 3 впервые предлагает поддержку ряда . Это первый Pi, основанный на 64-разрядном чипсете и включающий и Bluetooth-соединение. Новейший и быстрый чипсет на 50% лучше, чем у Raspberry Pi 2, и примерно в десять раз лучше, чем оригинальный одноядерный Raspberry Pi в многопоточном CPU (к примеру, в SysBench)

• Чипсет: Broadcom BCM2837
• Процессор: 1,2 ГГц четырехъядерный 64-битный ARM-cortex A53
• Ethernet: 10/100 (максимальная пропускная способность 100 Мбит / с)
• USB: четыре USB 2.0 с передачей данных 480 Мбит / с
• Хранение: карта MicroSD или через USB-накопитель
• Беспроводная связь: 802.11n Беспроводная локальная сеть (максимальная скорость передачи / приема 150 Мбит/с), Bluetooth 4.1
• Графика: 400MHz VideoCore IV
• Память: 1 ГБ LPDDR2-900 SDRAM
• Интерфейс ввода/вывода общего назначения : разъем 40-контактный 2,54 мм: 2x20. 27 контактов GPIO, а также линии питания +3,3 В, +5 В и GND
• Видео: полноразмерный порт HDMI
• Аудио: комбинированный аудиовыход 3,5 мм / композитный видеосигнал
• Интерфейс камеры (CSI)
• Интерфейс дисплея (DSI)

Raspberry Pi 3 Model B+ , 2018 год

Новая Raspberry Pi 3 Model B + является самой мощной разработкой, как в плане производительности процессора, так и в плане скорости Wi-Fi.

Новая плата является более гибкой версией модели Raspberry Pi 3 Model B, использующей многие из тех же спецификаций, но процессор разогнан до 1,4 ГГц (увеличение на 16,7%).

В дополнение к более быстрому процессору, новая плата имеет улучшенную возможность подключения, добавлена поддержка двухдиапазонного 802.11b / g / n / ac Wi-Fi - фактически почти в три раза увеличена пропускная способность Wi-Fi. Увеличена и скорость Ethernet порта.

• Процессор: Broadcom BCM2837B0, четырехъядерный A53 (ARMv8) 64-бит SoC @ 1,4 ГГц
• Память: 1 ГБ LPDDR2 SDRAM
• Возможности подключения: 2,4 ГГц и 5 ГГц IEEE 802.11 b / g / n / ac Wi-Fi, Bluetooth 4.2, BLE. Гигабитный Ethernet через USB 2.0 (максимальная пропускная способность 300 Мбит/с).
• USB: 4 x 2.0
• Интерфейс ввода/вывода общего назначения : разъем 40-контактный 2,54 мм: 2x20. 27 контактов GPIO, а также линии питания +3,3 В, +5 В и GND
• Видео и звук: 1 x полноразмерный порт HDMI, порт дисплея MIPI DSI, порт камеры MIPI CSI, 4-полюсный стерео выход и композитный видеопорт.
• Мультимедиа: декодирование H.264, MPEG-4 (1080p30), кодировка H.264 (1080p30); OpenGL ES 1.1, 2.0 графика
• Поддержка SD-карт: формат microSD для ОС и хранения данных
• Входная мощность: 5 В / 2,5 А постоянного тока через разъем microUSB, через GPIO или питание через Ethernet (PoE).
• Рабочая температура 0 - 50 ° C

Сводная таблица:

Официально поддерживаемые операционные системы:

• Raspbian рекомендуется для всех тех, кто только начинает знакомиться с Raspberry Pi
• Pidora - Fedora для Raspberry Pi
• OpenELEC медиапроигрыватель Kodi с открытым исходным кодом на базе Linux
• OSMC (проект Open Source Media Center - ранее известен как Raspbmc ) медиапроигрыватель с открытым исходным кодом на базе Kodi Media Center и Debian GNU/Linux
• RISC OS - «родная» ОС для RISC-процессоров (к которым относятся процессоры АRМ)
• поддержка Windows 10 для Raspberry Pi 2B

Для установки операционной системы используется инструмент NOOBS. Также можно скачать образ операционной системы и развернуть его на SD-карточку.

Оставьте свой комментарий!

Raspberry Pi – сама по себе интересная и многофункциональная вещь, на базе которой можно реализовать множество проектов.

Но существуют платы расширения, которые делают Raspberry Pi еще более функциональной и расширяют области ее применения.

Краткий обзор-подборку представляющих интерес плат расширения для Raspberry Pi я публикую сегодня на блоге.

Sense HAT – официальная плата расширения от Raspberry Pi Foundation.

Она создана для обучения работе с GPIO и несет на себе:

• матричный 8×8 дисплей из RGB-светодиодов
• пятипозиционный джойстик
• датчик относительной влажности
• датчик температуры
• барометр
• магнитометр
• акселерометр
• гироскоп

Sense HAT подойдет для людей с любым уровнем подготовки. Разработчиками выпущена специальная библиотека Python , в которой описаны функции для работы со всеми сенсорами этой платы расширения, а в сети существует множество руководств по практическому использованию этой платы в DIY-проектах.

Самым очевидным DIY-проектом, задействующим Sense HAT, является создание метеостанции. Получаем данные с барометра, датчиков влажности и температуры, используем матричный дисплей для вывода информации исходя из полученных данных.

Освоить работу с GPIO можно и другими способами. Например, купив нужные сенсоры по отдельности, найдя в сети руководства для новичков по программированию на Python и проведя собственные эксперименты. Но использование Sense HAT является наиболее дружелюбным к новичкам методом получения таких знаний и потому отлично подходит для школьников или просто далеких от техники (но интересующихся и желающих познать что-то новое) людей.

Практическое применение: обучение работе с GPIO и Python, создание собственной метеостанции, другие DIY-проекты.

SupTronics X800

SupTronics X800 – модуль для подключения 2,5″ жестких дисков к Raspberry Pi.

Все просто – на плате распаян SATA-интерфейс и отверстия для надежного крепления винтами жесткого диска. Поверх платы закрепляется “малинка”, а сопряжение с самой платой происходит посредством установки компактного переходника с USB-порта модуля на USB-порт “малинки”.

Жесткие диски можно подключать любой емкости. В описании самого модуля сказано, что поддерживаются диски до 1Тб включительно, но используемый в модуле контроллер GL830 не содержит ограничений по емкости используемого накопителя, а уже купившие SupTronics X800 люди подтверждают, что он работает с дисками и на 2-4Тб.

В качестве приятного бонуса – этот же модуль позволяет побороть один из главных недостатков Raspberry Pi – торчащие на две стороны интерфейсы. Согласитесь, неудобно, когда на одном торце “малины” выведены порты USB и Ethernet, а на боку находятся порты HDMI и microUSB для питания. В результате образуется такой неопрятный ежик из проводов. SupTronics X800 дублирует порты HDMI и microUSB таким образом, что они оказываются выведены на тот же торец, где размещены Ethernet и USB-порты.

Отличная штука для перфекционистов, стремящихся к простоте и завершенности.

Практическое применение : создание домашнего сервера или медиаприставки (tv-box) на базе Raspberry Pi.

SupTronics X400

Не секрет, что у Raspberry Pi довольно плохо обстоят дела с выводом звука.

При выводе звука на аналоговый 3,5мм разъем зачастую появляются помехи и дребезг, особенно на высокой громкости. Если звук идет по HDMI, то помех нет. Но в любом случае установленная в “малине” звуковая карта относится к начальному сегменту и не способна удовлетворить ценителей качественного звучания.

Для потребностей большинства пользователей за глаза хватает и такой звуковой карты. Но если хочется задействовать Raspberry Pi в создании продвинутого медиацентра или автомобильной акустической системы, то не обойтись без модуля SupTronics X400.

SupTronics X400 – это высококачественная звуковая карта, подключающаяся к GPIO-интерфейсу “малины”.

На ней установлены:

• ЦАП Burr-Brown 32 бит/384 кГц (TI PCM5122)
• Усилитель D-класса (TI TPA3118D2)
• Усилитель для наушников, отдельный (TI TPA6133A)
• ИК-приемник
• Ручка регуляции громкости
• 2 RCA-выхода для акустики и 3,5мм разъем для наушников
• Гнездо питания с собственной цепью стабилизации

Выходная мощность составляет 2×20Вт, соотношение сигнал/шум 112дБ, уровень искажений 0,0019%. Вполне аудиофильское решение за не очень большие деньги.

Практическое применение: создание Hi-Fi медиацентра или автомобильного компьютера со встроенной акустической системой на базе Raspberry Pi.

SupTronics X6000

SupTronics X6000 – еще одна звуковая карта от компании SupTronics, специализирующейся на создании качественных модулей для Raspberry Pi.

В отличие от своего младшего собрата (я про X400), SupTronics X6000 может похвастаться уже 4 аналоговыми 3,5мм аудиовыходами для подключения 7.1-канальной акустики, цифровым выходом S/PDIF и поддержкой вывода звука через HDMI-интерфейс.

Пропал ИК-приемник и ручка регуляции звука. Собственный вход для питания с цепью стабилизации остался.

Зато здесь установлено аж 4 ЦАПа ESS Tech Sabre ES9023.

На мой взгляд, X6000 стоит покупать уже более продвинутым ценителям правильного звука, которые понимают что они будут делать с этим модулем. Для нужд обычного домашнего пользователя с запросами чуть выше среднего будет достаточно и модели X400.

Практическое применение: создание Hi-Fi медиацентра, системы “мультирум” или автомобильной акустической системы на базе Raspberry Pi.

Модуль аккумулятора + USB-хаб

Еще один простой и полезный модуль.

На плате установлен аккумулятор на 3800мАч, зарядное устройство для него и USB-хаб на дополнительные 5 портов (четыре обычных USB 2.0 и еще один microUSB OTG).

Питание подается в порт для зарядки аккумулятора, а сама “малинка” запитывается от этого аккумулятора. Учитывая низкое энергопотребление Raspberry Pi, емкости аккумулятора при отключении сетевого источника питания ей хватит надолго.

Практическое применение : создание портативного компьютера на базе Raspberry Pi, другие DIY-проекты, использование в качестве ИБП.

Модуль GPS

GPS-модуль, совместимый со всей линейкой микрокомпьютеров Raspberry Pi, включая в том числе и .

Обладает низким энергопотреблением и стандартным гнездом под внешнюю антенну. При необходимости идущая в комплекте антенна легко заменяется на любую другую, подходящей мощности и длины.

Практическое применение: создание автомобильного компьютера на базе Raspberry Pi, другие DIY-проекты.

Модуль для подключения VGA-монитора

И еще один функциональный модуль, который просто добавляет VGA-порт на Raspberry Pi.

VGA – устаревший стандарт. Купить с рук монитор с VGA-выходом сегодня можно за символические 500 рублей, а то и вовсе забрать за самовывоз. Но будучи подключенным к Raspberry Pi такой монитор еще может долго и с пользой поработать.

Проблема лишь в том, что на “малине” отсутствует VGA-разъем. И эта проблема решается покупкой дополнительного модуля.

Практическое применение: подключение VGA-монитора к Raspberry Pi

E-Ink дисплей для Raspberry Pi

Все знают, что к Raspberry Pi можно подключать дисплеи. Я даже публиковал вскоре после приобретения “малинки”.

Но в данном случае речь идет не про обычный дисплей, а про изготовленный по технологии электронных чернил.

E-Ink дисплей обладает ультранизким энергопотреблением. Он обладает высокой контрастностью, не слепнет на солнце и не нуждается в светодиодной подсветке. Подключается по GPIO и совместим с любой “малиной”.

Возможности E-Ink дисплея ограничиваются только фантазией его владельца. Например, я читал статью о том, как в одном магазине владельцы полностью заменили бумажные ценники на электронные, изготовленные на базе такого дисплея и .

Практическое применение: различные DIY-проекты.

Вот такая получилась подборка.

Напоминаю, что вводную статью о том, что есть Raspberry Pi и Arduino можно прочитать , а опубликован обзор Raspberry Pi и описание первых шагов по запуску и настройке для начинающих.

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.

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.

Распиновка платы Raspberry Pi model A+

Model A+ является бюджетной версией платы Raspberry Pi. Устройство выпущено в 2014 году на замену оригинальной Model A. Плата представлена на рисунке ниже.

В отличие от предыдущей модели А+ обладает следующими характеристиками:

• Большим количеством выходов GPIO – теперь их стало 40.
• Micro SD-разъемом.
• Пониженное потребление энергии – линейные регуляторы напряжения были заменены на переключающиеся регуляторы, и это позволило сэкономить энергию.
• Усовершенствованная аудиосистема – в плате присутствует отдельный источник питания с пониженным шумовым уровнем.
• Уменьшенный форм-фактор – композитный аудиовыход встроен 3,5-мм аудиовыход, наличие крепежных отверстий, USB-разъем расположен на краю платы.

Распиновка представлена на рисунке

1, 17 контакты – питание 3,3 В.

2, 4 контакты – напряжение питания 5 В. Подключено напрямую к входному напряжению платы.

3 – выход SDA (один из I2C-пинов на плате).

5 – SCl (также одни из I2C-выходов на плате).

6, 9, 14, 20, 25,30, 34, 39 – Земля. Все заземляющие контакты соединены, можно использовать любой выход, который ближе к оставшимся элементам.

8 – TXD, один из 2 UART-выходов, отвечающий за передачу данных. UART-контакты обычно используют для взаимосвязи Ардуино и Raspberry Pi. Важно правильно соединять платы, так как Pi питается от напряжения 3,3 В, а ардуино – от 5 В.

10 – RXD, выход для UART, отвечающий за прием данных.

11, 13, 15, 16, 18, 22, 29, 3, 32, 33, 36, 37 – зарезервированные контакты.

12 – PCM_C вывод, который используется совместно со специальным ШИМ-методом. Обеспечивает прямой доступ к памяти.

19, 38 – MOSI-контакты.

21, 35 – MISO-контакты.

23, 40 – SCLK-контакты.

24, 26 – CS0 и CS1 выходы.

27,28 – ID_SD, зарезервированы для I2C коммуникации с энергонезависимой памятью.

Плата Raspberry Pi Model A+ используется в проектах, в которых важно поддерживать низкое энергопотребление и где не требуется наличие интерфейса Ethernet.

Плата Raspberry Pi 3 model B

Raspberry Pi model B является наиболее распространенной платой. По сравнению со своим предшественником Pi 2 Model B обладает 64-битным процессором ARM Cortex-A53 и встроенным Wi-Fi и Bluetooth. Плата имеет 1 ГБ оперативной памяти, которая делится с графической системой. Способов применения платы множество – с их помощью можно создавать игровые приставки, охранные системы, планшеты и прочие электронные устройства.

Для подключения наушников и колонок имеется 3,5-миллимитровый разъем. Также имеется 4 USB-выхода, к которым можно присоединять периферию. Подключение различных модулей осуществляется через 15-пиновые слоты:

• DSI – предназначен для присоединения дисплея;
• CSI-2 – присоеднинение камеры через интерфейс MIPI.

Для низкоуровневых интерфейсов используются выходы:

• Общего назначения – 40 портов ввода/вывода;
• UART;
• Входы питания и земля.

Для коммуникации используются интерфейсы Ethernet, Wi-Fi 802.11n и Bluetooth 4.1. В качестве жесткого диска плата использует microSD-карту с установленной на ней операционной системой. Карту памяти лучше использовать объемом в 8 ГБ. Raspberry Pi model B использует операционную систему Linux.

Питание устройства осуществляется адаптером на 5 В через USB разъем или выходы питания. Специальный выключатель питания отсутствует на Raspberry Pi, чтобы включить устройство, достаточно просто подключить кабель питания.

Плата Raspberry Pi model Zero

Серия плат model Zero отличается от своих предшественников меньшими размерами. Существует 2 вида плат этого вида – model Zero и новая версия Zero W. Вторая отличается только наличием Wi-fi и Bluetooth на борту.

Технические характеристики Raspberry Zero:

• 512 МБ оперативной памяти;
• Одноядерный процессор ARMv6Z ARM1176JZF-S с тактовой частотой 1 ГГц;
• Мини HDMI порт;
• 2 микро USB порта, один для подключения к компьютеру;
• Wi-Fi 802.11n;
• Bluetooth 4.1

Расположение выходов и распиновка представлены на рисунке. Плата оснащена 40 портами входа-выхода общего назначения, UART, I2C, SPI, выходами питания 3,3 В и 5 В и землей. Важно отметить, что разъем не припаян и требуется самостоятельный монтаж.

Новая модель Zero W использует microSD, в отличие от старшей модели, которая использует miniSD для работы. Флеш-карта используется в качестве носителя, ее объем должен быть не менее 2 ГБ. Питание платы осуществляется при помощи 5-вольтового адапрета через пины питания или микро-USB вход.

Из недостатков можно отметить малую скорость выполнения по сравнению с Raspberry Pi 3 model B. Но по сравнению с B Zero обладает меньшими размерами, что позволяет использовать его в миниатюрных разработках. Используется Raspberry Pi model Zero в тех же сферах, что и остальные компьютеры этого семейства. Плата может быть оснащена периферийными устройствами, блоком питания, экраном. С помощью этих микрокомпьютеров создаются системы видеонаблюдения, игровые системы, бытовые приборы. Наличие Wi-Fi и Bluetooth позволяет расширить диапазон применения. Одновременно с выпуском Raspberry Pi model Zero W компания представила линейку корпусов для компьютера. Корпусы оснащены отверстием для разъема GPIO и установки камеры.

Сравнение моделей Raspberry Pi

Оперативная память

Платы Model A и Model A+ обладают наименьшим объемом памяти – всего 256 МБ. Model B до октября 2012 года также обладала объемом в 256 МБ, после объем был увеличен до 512 МБ, как и у Model B+. В плате Raspberry Pi 3 – наибольший размер памяти, 1 ГБ.

USB порты

Платы Model A и Model A+ оснащены одним портом USB 2.0, в версии Model B количество портов увеличено до двух, а в Model B+ и Pi 3 до четырех. Наиболее заметные изменения у Raspberry Pi Zero – в ней появился один разъем 1 Micro USB OTG.

Аудиовыходы

По этому параметру также отличается модель Raspberry Pi Zero – в этой плате 3,5-миллиметровый джэк, HDMI заменен на многоканальный HD звук через HDMI.

Формат карты памяти

Для моделей A и B использовались карты памяти SD / MMC / SDIO. Все последующие модели используют MicroSD карту.

Количество портов

Модели A и B оснащены 26-выводным GPIO разъёмом, в следующих моделях это число увеличено до 40.

Потребление энергии

Самым энергосберегающим устройством является Raspberry Pi Zero – она использует всего 160 мА. Наибольшее потребление энергии – у платы Raspberry Pi 3 (800 мА-2.5 мА,4 Вт). Первая модель А потребляет 300 мА (1,5 Вт), модели B, A+, B+ требуют порядка 600-700 мА.

Размеры

Самое миниатюрное устройство – Raspberry Pi Zero, его габариты 65.0 x 30.0 мм x 5мм. Немного больше модель А+, у которой размеры равны 65.0 x 56.0 мм x 12мм. Остальные платы обладают примерно одинаковым размером 85.0 x 56.0 мм x 17мм.

Где купить Raspberry Pi

Благодаря огромной популярности микрокомпьютеров Raspberry Pi их можно приобрести в любой точке мира в любом магазине. Но официальными продавцами считаются только 2 европейские фирмы – это «RS Components» и «Element 14». Обе фирмы поставляют мини-компьютеры в упаковках с различным дизайном, но товары от обоих поставщиков сделаны в Англии.

Со временем появились и китайские аналоги, которые можно купить на AliExpress. Сразу же возникает вопрос о подлинности этих гаджетов. Анализ китайской и английской версии можно провести, сравнив их рабочие характеристики, производительность процессора, памяти.

Процессор в оригинальной английской версии работает немного быстрее китайского аналога, то же самое касается и оперативной памяти. Отличия в работе минимальны, из чего можно сделать вывод, что китайская версия Raspberry Pi не хуже по своим рабочим параметрам.

Примеры проектов с Raspberry Pi

Управление портативной метеостанцией. При помощи Raspberry Pi можно реализовать устройство, которое будет записывать все метеоданные – скорость ветра, температуру, осадки. Можно запрограммировать устройство на автообновление сайта с погодными условиями.

Цифровая фоторамка. При помощи Raspberry P можно самостоятельно изготовить рамку для фотографий, сэкономив при этом примерно половину стоимости. Фоторамка – это медиа-панель, которая управляется Raspberry P. Рамку можно модернизировать – она будет показывать не только фотоснимки, но и дату и время, воспроизводить аудиозаписи, показывать прогноз погоды.

Система автоматизации в доме. Если совместить Raspberry Pi с Ардуино и программой Node.js, можно создать эффективный способ управления всеми электронными устройствами в доме. Вариантов работы много – автоматическое включение и выключение света при помощи датчика освещения, включение/выключение телевизора, регулирование температурного режима в доме.

При помощи платы Raspberry Pi можно реализовывать самые разные проекты – от музыкальных инструментов до фотоаппаратов и планшетов. Причем использование этой платы может существенно снизить стоимость самодельного прибора.

В июне 2013 года Королевская инженерная академия присудила престижную награду Серебряную медаль доктору Эбену Аптону, соучредителю Raspberry Pi Foundation.

Эта премия является признанием выдающегося вклада британской инженерной мысли в успешное продвижение товара на рынке. Нет лучшего примера поиска и создания нового рынка, чем история маленького одноплатного компьютера Raspberry Pi. Можно даже утверждать, что Raspberry Pi начал новую техническую революцию, и доказательства этому можно увидеть в его аксессуарах.

В последнее время появились десятки компаний, выпускающих дополнительные компоненты и аксессуары для оригинального Raspberry Pi. Основной причиной этому являются цена, доступность, расширяемость и развивающееся сообщество поддержки. В этой статье будут представлены 15 аксессуаров, превращающих обычный компьютер в мощную машину.

Созданная разработчиком альфа-версии Raspberry Pi Гертом ван Лоо (Gert Van Loo) плата Gertboard позволяет расширить количество линий ввода/вывода, как никакой иной продукт. Основной особенностью здесь является 28-выводной микроконтроллер Atmega (любой из списка следующих моделей ATmega 48A/PA, 88A/PA, 168A/PA или 328/P). Благодаря подключению Atmega расширяемость, присущая интегрированной среде разработки платы Arduino, теперь доступна и Raspberry Pi.

Судя по рисунку, эта плата действительно универсальная. Кроме того, контроллер двигателя ROHM BD6222HFP дает дополнительный порт с выходом 18 В и 2 А для управления приводами. На Gertboard также может быть установлен двухканальный 8-, 10- или 12-разрядный ЦАП и двухканальный 10-разрядный АЦП. Также шесть драйверов с открытым коллектором с выходным напряжением 50 В при 2 А, три кнопки и 12 буферов ввода/вывода делают эту плату расширения идеальным решением для тех, кто хочет сделать из Raspberry Pi больше чем просто компьютер.

Купить Gertboard можно за $49.99.

Разработанная Эндрю Робинсоном из Университета Манчестера, плата Piface Digital предоставляет быстрый способ для управления внешним аппаратным обеспечением с помощью линий ввода/вывода Raspberry Pi. Центральной частью Piface Digital являются две переключающие реле, которыми может управлять пользователь. Реле рассчитаны на напряжение 5 В и максимальный ток 10 А. Плата легко программируется с помощью Python, C и Scratch. Scratch также имеет эмулятор Piface, что позволяет графически отображать работу этой платы. Также Piface оснащена восемью цифровыми входами, восемью выходами с открытым коллектором, восемью светодиодами и четырьмя кнопками. Плата стоит $32.99.

Модуль камеры Raspberry Pi Camera Module подключается с помощью ленточного кабеля к встроенному порту CSI. Сама плата с камерой очень компактна, ее размеры 25 × 20 × 9 мм, а весит она всего 3 грамма. Эта плата может делать 5-мегапиксельные фотографии благодаря своему модулю с фиксированным фокусом Omnivision 5647. Камера поддерживает (разрешение [p] кадры в секунду) 1080p30, 720p60 и 480p60/90. Видео и изображения сохраняются на SD-карту Raspberry Pi (рекомендуемый объем 4 ГБ или больше). Шина CSI способна передавать потоковые данные с высокой скоростью прямо к процессору BCM2835 ARM 11. Raspberry Pi Camera Module стоит $25.

Пример использования: Pi Camera в Pi in Sky

Pi Camera недавно была использована в проекте Pi in the Sky, представляющем собой высотный аэростат, который поднял Pi на высоту почти 40 км.

Фотография, полученная с Pi in Sky

Одной из самых дешевых плат для Raspberry Pi является Slice of Pi. Этот комплект сначала должен быть собран, и в собранном виде плата предоставит ряд уникальных возможностей. Помимо последовательного расширителя портов ввода/вывода MCP23017, обеспечивающего 16 каналов, Slice of Pi имеет монтажную площадку для дополнительных компонентов. Ключевой особенностью Slice of Pi является разъем для модулей типа Xbee, который помимо самого Xbee поддерживает XRF, RN-XV и другие модули. Контакты на плате также упрощают доступ к портам ввода/вывода, напряжению 3.3 В, 5 В, земле и линиям TX/RX. Возможности беспроводной связи, несомненно, увеличили популярность этой платы, которая стоит всего $7.

Еще один вид Slice of Pi

5. Варианты LCD-дисплеев компании 4D Systems

4D Systems выпускает модули LCD-дисплеев для различных отладочных плат. Линейка для Raspberry Pi включает в себя модели с диагональю от 2.4"" до 4.3"". Лучшая модель в этой линейке,4.3-дюймовый TFT-экран uLCD-43-PT-PI поддерживает разрешение 480 × 272 пикселей. Ключевая особенность данного экрана — это резистивный сенсорный слой для ввода информации с помощью пальца или стилуса. Такой дисплей просто необходим тем, кому нужна портативность. Наиболее уникальным аспектом этой линейки экранов является адаптер 4D Serial Pi adapter. Он подключается к последовательному порту ввода/вывода Raspberry Pi и предоставляет 5 линий для подключения экрана, а также дублирует линии порта ввода/вывода для соединения с другой платой.

Цены на экраны компании 4D System варьируются от $65 до $145. 4D Serial Pi adapter стоит $9.

6. Самодельная сеть для мобильных телефонов на базе Raspberry Pi — Ettus USRP

В своем проекте PA Consulting Group использовала Raspberry Pi вместе с программно-определяемой радиосистемой Ettus Research Universal Software Radio Peripheral (USRP) B100 для создания мобильной базовой станции. В экранированный комнате инженеры установили программную точку доступа стандарта GSM под названием OpenBTS и открытую телефонную платформу FreeSwitch, группирующую голосовой или SMS трафик телефонов и передающую его в Интернет или другим телефонным сетям. С помощью самостоятельно написанного кода и различных программ это все было превращено в работающую сотовую сеть. PA Consulting Group использует этот и другие проекты, чтобы подтолкнуть клиентов на применение Raspberry Pi в своих собственных разработках. Стоит иметь в виду, что если эта базовая станция будет вещать за пределы одной комнаты, то могут последовать проблемы.

Ettus Research USRP B100 стоит $650.

Компания MYRIAD также выпустила антенну Myriad RF-1 для тех, кто хочет сэкономить на USRP B100. Myriad RF-1 продается по цене $299.

7. Сегментные RGB LCD-дисплеи 16 × 2 с клавиатурой компании Adafruit

Компания Adafruit Industries является одним из основных распространителей революции Raspberry Pi. Она сделала огромный вклад в развитие сообщества, представив всё от простых приложений до сложных плат расширения. Adafruit RGB 16× 2 LCD-дисплей является желанным дополнением к модельному ряду. Взаимодействуя с Raspberry Pi через порт ввода/вывода общего назначения, эта плата предоставляет две строки по 16 символов. Дисплей поставляется как с подсветкой экрана и темными буквами, так и с темным экраном и подсветкой букв. Кнопки на панели позволяют выполнять прокрутку и совершать выбор. Как и все продукты Adafruit это устройство поставляется с руководствами, помогающими пользователям установить его и создавать свои проекты.

Adafruit RGB Negative/Positive 16 × 2 LCD- дисплеи с клавиатурой стоят $24.95.

Компания Ciseco, которая также является производителем Slice of Pi, выпустила Pi LITE — светодиодную матрицу, непосредственно подключаемую к порту ввода/вывода общего назначения Raspberry Pi. Цель этого проекта, размещенного на Kickstarter, основывалась на том, что разработчики хотели преподнести пользователям Raspberry Pi возможность для быстрого старта и легкого освоения этого компьютера, поскольку многие говорили: «У меня есть Raspberry Pi, но я с ним еще ничего не сделал». С помощью этой светодиодной матрицы пользователь может выводить сообщения, прокручивать текст, отображать вертикальные или горизонтальные гистограммы, играть в игры типа тетриса и решать прочие задачи, требующие низкого разрешения. По сути Pi LITE является одноцветным дисплеем с низким разрешением 14× 9 пикселей (126 светодиодов). Непосредственным управлением светодиодами занимается микроконтроллер ATMega328p, данные берутся с Raspberry Pi через UART.

Цена наPi LITE составляет $29.80.

9. XloBorg — датчик движения и направления для Raspberry Pi

Плата XloBorg оснащает Raspberry Pi 3-освым акселерометром и 3-осевым магнитометром. Цифровой акселерометр Freescale Xtrinsic MMA8451Q позволяет определять положение и движение Raspberry Pi. Он дает возможность создать игровой контроллер на основе методики захвата движения. Его способность определять удары и вибрацию может быть полезна для реализации человеко-машинного интерфейса. Цифровой магнитометр Freescale Xtrinsic MAG3110 оснастит компьютер функциями компаса, такими как определение местоположения, навигация и определение скорости.

XloBorg можно приобрести за $13.

10. PicoBorg — управляй моторчиками с помощью Raspberry Pi

Создатели XloBorg выпустили также компактный контроллер двигателей постоянного тока PicoBorg. С помощью порта ввода/вывода общего назначения пользователь может управлять четырьмя драйверами нижнего плеча или четырьмя устройствами. Максимальное рабочее напряжение может составить 20 В, хотя рекомендуется 12 В, а максимальный ток 2 А, для длительной работы рекомендовано не более 1 А. Эта плата в основном нацелена на использование с двигателями постоянного тока, управляемые ШИМ-выводом Raspberry Pi.Компания-производитель PiBorg также предлагает с помощью платы XloBorg управлять вентилятором или соленоидом, или даже их комбинацией, а также управлять одним 6-проводным шаговым двигателем.

PicoBorg стоит $10.50.

11. LedBorg — плата со сверхъярким RGB-светодиодом

Компания PiBorg выпустила еще одно простое дополнение к Raspberry Pi — один RGB-светодиод. Он может светить 26 разными цветами в трех интенсивностях: выключен, 50% и 100%. Типичными областями применения такой платы будут освещение под настроение и индикация статуса.

КупитьLedBord можно за $7.40.

12. RadioBlocks — беспроводной модем стандарта IEEE 802.15.4

Используя только четыре линии ввода/вывода, выделенные под UART, RadioBlock компании Colorado Micro Devices дает пользователям возможность беспроводного доступа в соответствии со стандартом IEEE 802.15.4. Этот стандарт является основой для таких протоколов, как ZigBee, MiWi, WirelessHART и ISA100.11a. Он также может применяться с 6LoWPAN. На плате радиомодуль Atmel AT86RF231 IEEE 802.15.4 Radio совмещен с микроконтроллером NXP LPC1114. Изначально RadioBlock был создан для работы с любой встраиваемой платформой, вроде Arduino и BeagleBone. Но, вероятно, Raspberry Pi будет тем устройством, с которым этот модем будет применяться наиболее часто. Доступны две версии RadioBlock — с питанием основным напряжением и с автономным (батарейным) питанием.

Цена на данный модуль составляет $22.

BrickPi объединяет Raspberry Pi с системой LEGO Mindstorm. BrickPi позволяет подключать до трех NXT-моторов и до четырех датчиков из наборов LEGO. Как и обычные наборы LEGO Mindstorm Raspberry Pi также запитывается от батареи 9 В. Корпус BrickPi спроектирован таким образом, чтобы можно было присоединить элементы конструктора LEGO, благодаря этому Raspberry Pi становится частью настоящего творения. BrickPi представляет собой добавочную плату, обеспечивающую функциональность, присущую контроллерам LEGO NXT. Компания-производитель Dexter Industries имеет большое и бурно развивающееся сообщество поддержки программного обеспечения для BrickPi.

Плата BrickPi доступна в двух вариантах: сама плата и корпус за $65 или плата, корпус и апгрейд источника питания (более надежный DC-DC преобразователь) за $80.

14. Игры и приложения для Raspberry Pi

WyoLum Team представляет собой сообщество единомышленников среди инженеров и студентов. Эта команда выпустила AlaMode — Arduino-совместимую плату, которая подключается к порту ввода/вывода Raspberry Pi. Целью WyoLum Team является обеспечение пользователей Raspberry Pi доступом к бесчисленным библиотекам, устройствам и платам вселенной Arduino, а также к сообществу Arduino. AlaMode можно запитать от Raspberry Pi, батарейки или USB. Для регистрации данных или поддержки памяти приложения был добавлен дополнительный слот для SD-карт. AlaMode также имеет выводы для подключения GPS-приемника Fastrax UP501.

Купить AlaMode можно за $50.01.

Перевод сайт