Raspberry Pi in der Industrie

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Was ist/sind Raspberry Pi? Definition:
➡ Der Single-Board-Computer Raspberry Pi ist mit über 12 Millionen Exemplaren das drittmeist verkaufte Computersystem weltweit und wurde ursprünglich für die Maker-Szene konzipiert. Zunehmend findet er Verbreitung in der Industrie, als Basis für IoT-Lösungen, Prototypen und Auswertungen bildet.




Der Raspberry Pi ist ein Einplatinencomputer, entwickelt von der britischen Raspberry Pi Foundation und seit 2012 erhältlich. Er enthält ein Ein-Chip-System (SoC) von Broadcom ausgestattet mit einer Arm-CPU. Der Raspberry Pi ist sehr einfach aufgebaut. Er ist speziell für junge Entwickler konzipiert, um Fachkenntnisse im Bereich Programmieren und Hardware zu erlernen. Dementsprechend ist auch der Verkaufpreis vergleichsweise niedrig, mit zwischen 5 und 100 Euro je nach Modell.

Vorteile

Raspberry Pi Industrie front
Raspberry Pi in der Industrie: Front-Ansicht

Der Raspberry Pi ist kompakt, das System bietet eine sehr gute Performance und ein großes Software-Angebot mit vielen frei verfügbaren Beispielen, Anwendungsprogrammen und Online-Bibliotheken, welche die Umsetzung eigener Projekte enorm erleichtern.

Da er ursprünglich im privaten und Bildungsbereich Anwendung fand, sind viele Entwickler mit dem System vertraut. Man benötigt zunächst kein professionelles Gehäuse und die Versorgungsspannung läuft über ein Standard-5V-USB-Netzteil. Mit Pi-Hat-Aufsteckmodulen ist es möglich, benötigte Schnittstellen und Zusatzfunktionen zu schaffen. Vor diesem Hintergrund sind mittlerweile viele Unternehmen dazu übergegangen, Panel-PC- und Steuerungssysteme auf Raspberry Pi Basis nutzen.

Raspberry Pi Industrie back
Raspberry Pi in der Industrie: Back-Ansicht
Raspberry Pi Industrie front mit Touch-Panel
Raspberry Pi in der Industrie: Front-Ansicht mit Touch-Panel

Des Weiteren ist er vergleichsweise günstig und eignet sich zur schnellen Umsetzung von Ideen und Prototypen, womit schnellere Entwicklungszyklen und die Nutzung aktueller Technologien ermöglicht werden. Da der Raspberry Pi durch die vielfältige Softwareauswahl optionale Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten und somit viele IoT Lösungsansätze bietet, eignet er sich ebenfalls als Industrie PC. In diesem Kontext wird er beispielsweise in produzierenden Unternehmen eingesetzt oder findet in der chemischen Industrie Verwendung, wo er eine unterstützende Funktion einnimmt, indem er die Prozessdaten größerer Anlagen erfasst.

Anwendungen

Da der Schwerpunkt von Raspberry Pi in der Industrie hauptsächlich auf der Beobachtung und Überwachung von Arbeitsprozessen liegt und beispielsweise nicht auf der Maschinensteuerung, werden diese oft ergänzend zu robusteren Embedded PCs eingesetzt, um optimale IoT Lösungen zu schaffen. Vor allem produzierende Unternehmen in der Industrie nutzen einen Embedded PC oder Panel PC auf Raspberry Pi Basis, da er sich hervorragend für die Erfassung von Betriebsdaten und das Anzeigen von Arbeitsanweisungen eignet. Des Weiteren herrschen dort in den meisten Fällen keine extremen Temperaturbedingungen, die dem System zu schaffen machen könnten. Offiziell ist das Raspberry Pi Modul lediglich für Temperaturen bis 40°C zugelassen, allerdings arbeitet es auch bis zu 50°C uneingeschränkt, sofern es nicht unter Volllast läuft. Außerdem ist das Software Ökosystem des Raspberry Pi sehr schnelllebig, da es aufgrund der stetigen und schnellen Weiterentwicklung hochfrequente Releases liefert und somit häufig aktualisiert werden muss. Obwohl dies zur Nutzung aktueller Technologien führt, stellt dieser Punkt viele Unternehmen vor Herausforderungen.

Problematisch ist die Verwendung von µSD Karten, da Industrie PCs häufig über die zentrale Spannungsversorgung angeschlossen sind, welche nach Betriebsende hart heruntergefahren wird und somit zu einer unsauberen Abschaltung des Raspberry Pi führt. Damit ist oftmals ein Datenverlust oder die Nichtlesbarkeit der Karte verbunden. Aus diesem Grund wird die Verwendung von industrietauglichen Karten empfohlen. In unkritischen Bereichen der Industrie ist der Einsatz von Raspberry Pi trotz der beschriebenen Herausforderungen möglich, da diese vergleichsweise einfach gelöst werden können und er in den genannten Einsatzgebieten zu merklichen Effizienzsteigerungen führt.

Hardware

Der Raspberry Pi hat die folgende Hardware und Anschlüsse integriert:

Prozessor

Prozessor der

  • ersten Generation: ARMv6
  • zweiten Generation: BCM2836. Arm Cortex-A7
  • dritten Generation: BCM2837. Arm Cortex-A53
  • vierten generation: Arm Cortex-A72

GPIO Pins (Allzweckeingabe/-ausgabe)

Ein GPIO (engl. General Purpose Input/Output, wörtlich) ist ein digitaler Kontaktstift an einem integrierten Schaltkreis (IC). Der GPIO ist eine frei programmierbare Schnittstelle für Ein- und Ausgaben und standardmäßig unbelegt. Über die Schnittstelle können unteranderem LEDs, Sensoren oder Displays angesteuert werden. Die GPIO Pins verschaffen dem Raspberry Pi durch die Möglichkeit der freien Programmierung den Ruf als Bastel-Rechner.

Betriebssysteme

Es gibt mehrere verfügbare Open-Source-Betriebssysteme für den Raspberry Pi. Das Betriebssystem kann durch das Schreiben eines Speicherabbilds auf die SD-Karte installiert werden oder den NOOBS-Installer (New Out of the box Software), indem die Dateien nur auf die SD-Karte kopiert werden. NOOBS und auch BerryBoot ermöglichen es, verschiedene Betriebssysteme auf einer Karte zu installieren, sodass je nach Anforderung das passende Betriebssystem gewählt werden kann.

Welches Betriebssystem für den Raspberry Pi?

Welches Raspberry Pi Betriebssystem das Richtige ist, hängt von der Aufgabe ab, die darauf ausgeführt werden soll.

Beliebte Betriebssysteme sind:

  • Raspberry Pi OS (ehemals Raspbian genannt)
  • KODI
  • Ubuntu Core
  • Ubuntu MATE
  • Lineage OS
  • Retro Pie
  • OSMC
  • Chromium OS
  • Windows 10 IoT Core
  • RISC OS
  • Lakka Linux
  • Alpine Linux
  • Gentoo
  • Kano OS
  • Manjaro Linux
  • LibreELEC
  • Kali Linux

Raspberry Pi Kühlkörper

Das Anbringen von Kühlkörpern für den Raspberry Pi wird gerne empfohlen. Meist sowohl für den System-on-Chip (SoC), für den Schnittstellen-Baustein sowie für den Spannungswandler. In den allermeisten Fällen sind Kühlkörper für den Raspberry Pi jedoch nicht nötig. Der Raspberry Pi ist darauf ausgelegt, dass auch unter Volllast keine Hitze-Probleme auftreten. Übersteigt die Temperatur doch mal einen kritischen Wert, dann wird das System-on-Chip automatisch heruntergetaktet. In der Standardnutzung ist ein heruntertakten aufgrund von großer Hitze jedoch sehr unwahrscheinlich. Der Einbau eines Kühlkörpers kann sinnvoll sein, wenn der Computer weit über dem bestimmungsgemäßen Gebrauch strapaziert wird.

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