Техніка

Комп’ютер Raspberry Pi: особливості застосування для систем розумного будинку, нестандартні застосування пристрою

Серпень 29, 2020

Raspberry Pi – це інноваційний продукт від англійських розробників. Їх головною метою було популяризувати комп’ютерну освіту серед широких верств населення, зробити програмування більш широкої і доступної дисципліною і спонукати більше людей створювати щось нове за допомогою нових технологій.

Назва продукту Raspberry Pi означає «малиновий пиріг», компанія-виробник таким чином зробила акцент на тому, що цей комп’ютер призначений в першу чергу для дітей.

Що являє собою цей винахід, і яке застосування Raspberry Pi в сучасному світі, про це ми і розповімо нижче.

Особливості комп’ютера Raspberry Pi

Пристрій Raspberry Pi являє собою маленький комп’ютер у вигляді однієї плати без корпусу. Розробники закликають дітей так і дорослих звертати увагу не тільки на користування комп’ютерами, але і на його вивчення зсередини, а також пропонують задіяти фантазію і зробити іншим щось своє на базі цього комп’ютера.

Як вважають розробники, пристрій Raspberry Pi має виконувати такі освітні цілі:

  • зацікавлювати школярів розвивати навички програмування;
  • сприяти у починаннях молодих програмістів;
  • допомагати досвідченим комп’ютерникам відкривати нові горизонти, і робити нові досягнення в області програмування.

У рідній країні пристрою Raspberry Pi – Великобританії, його повний комплект можна придбати всього за 75 фунтів. Сам комплект при цьому складається з таких складових:

  • самого міні-комп’ютера Raspberry Pi моделі;
  • мікро — CD (8 гігабайт);
  • клавіатури;
  • оптичної миші;
  • мікро-адаптера CD Card ;
  • джерела живлення;
  • кабелів HDMI і мікро USB .

Перша партія Raspberry Pi проводилася в Піднебесній, але з кінця 2012 року виробництво цілком перенесено у Великобританії, на завод в Пенкойде (Уельс). У середньому, завод виробляє близько 40 тисяч міні-комп’ютерів Raspberry Pi на тиждень.

Технічні характеристики Raspberry Pi

Отже, які ж технічні характеристики цього унікального комп’ютера без корпусу, давайте з’ясуємо:

  • вага – 45 грамів, вільно поміщається в долоні;
  • наявність однієї плати;
  • створений на базі мобільного мікропроцесора ARM11;
  • мінімальне споживання енергії і можливість працювати навіть за допомогою сонячних батарей;
  • оперативна пам’ять – 512 Мб;
  • USB -роз’єми (одне або два в залежності від моделі);
  • модель додатково оснащена портом Ethernet;
  • тактова частота 700 МГц;
  • наявність графічного ядра в процесор Broadcom BCM2835.

Застосування комп’ютера Raspberry Pi для будинку

Найбільш вживана модель міні-комп’ютера Raspberry Pi – це модель на 215 Мб оперативної пам’яті з підтримкою Ethernet. Також є ще одна модифікація приладу, у якій компоненти розміщені більш компактно, також вона має чотири порти USB , кількість портів вводу і виводу GPIO в ній значно більше, крім того, відсутня композитний відеовихід.

Сфери застосування комп’ютера Raspberry Pi досить широкі. Незважаючи на те, що цей прилад не надто потужний, але при цьому це цілком повноцінний комп’ютер. Якщо вам потрібна машина для вирішення найпростіших завдань, які не вимагають застосування потужних ресурсів в плані обчислення, то ви сміливо можете підключати до пристрою Raspberry Pi стандартні елементи машини:

  • монітор;
  • миша;
  • клавіатуру;
  • підключення будь-якого дистрибутива ОС Linux .

В домашніх умовах пристрій Raspberry Pi ви можете використовувати в таких цілях:

  • створення домашнього медіа-сервера;
  • як сервер зберігання даних;
  • у якості «мозкового центру» для автоматизованих верстатів або роботів;
  • як сервер домашньої автоматизації (або системи «розумний будинок»).

Як ми бачимо, сфери застосування Raspberry Pi для приватних потреб можуть бути різні. В основному – це вузькопрофільні завдання, пов’язані з роботою програмістів або інших розробників. А якщо говорити про широке застосування, то варто ознайомитися з особливостями застосування Raspberry Pi для систем домашньої автоматизації або так званого розумного будинку. Давайте розглянемо практичну сторону цього питання.

.Будь-яка система домашньої автоматизації або ж так званий розумний будинок є досить складною і многоструктурное. Крім того, що вона покликана виконувати ті чи інші сценарії, які задаються їй користувачем, вона має властивість приймати свої власні рішення в певній нештатної ситуації. Сміливо можна сказати, що така система має задатки штучного інтелекту.

Багато хто сьогодні застосовують поняття «розумний будинок» до всього, наприклад:

  • сигналізації GSM ;
  • датчик протікання води;
  • світловому управління датчикам руху і т. д.

Всі ці явища можуть входити в структуру домашньої автоматизації, але бути нею окремо вони не можуть.

Система домашньої автоматизації«розумний дім») включає в себе такі компоненти:

  • центральний сервер;
  • він пов’язаний допомогою інтерфейсу RS485 з контролерами, які стоять у кожній кімнаті приміщенні будинку;
  • до контролерів підключені ті чи інші управлінські пристрої для захисту, контролю і регулювання роботи системи.

Така мережева архітектура цієї системи хороша тим, що у власника будинку немає необхідності протягувати від кожного пристрою до сервера незручні дроти, а потрібно просто з’єднати контролери, до яких вони підключаються за допомогою одного кабелю UTP. Одна пара його проводів застосовується для інтерфейсу RS485, а інші живлять датчики і контролери. Варто відзначити, що структура роботи передбачена таким чином, що якщо вийде з ладу один з контролерів або кілька, або навіть буде порушена робота центрального сервера, на роботу системи в цілому це не впливатиме.

А міні-комп’ютер Raspberry Pi в даній системі і є центральним сервером. На нього потрібно встановити Веб-сервер, за допомогою якого будь-який користувач за допомогою свого мобільного пристрою (смартфона, планшета або ноутбука) зможе за допомогою звичайного браузера мати дані про всіх процесах, які відбуваються в будинку і керувати цими процесами. Доступ до сервера користувач має допомогою логіна і пароля через домашню локальну мережу або через глобальну мережу, якщо входити в неї через Wi — Fi -пристрій.

До послідовного порту пристрою UART допомогою узгоджує приладу через інтерфейс RS485 підключають контролера, які оснащені різним набором висновків або вводів. Також до цього ж інтерфейсу можна підключати GPS -модель і з його допомогою мати доступ в систему за допомогою мобільного або стаціонарного телефонного зв’язку, якщо користувач знаходиться в зоні, де немає доступу в Інтернет. Доступ дозволяється також через пароль, як і в попередньому випадку. Ще один пристрій в мережі – це радіомодуль, з допомогою якого можна прив’язати до загальної системи все радиодатчики і пульти дистанційного управління.

Отже, існуюча на сьогоднішній день версія системи домашньої автоматизації на базі комп’ютера Raspberry Pi складається з центрального сервера і контролерів з інтерфейсом RS485, які потрібні для зв’язку з сервером. Їх опис виглядає так:

  • контролер восьмиканальний, який відповідає за температуру і вологість. З його допомогою збираються температурні показники і параметри вологості з відповідних датчиків;
  • термостат чотирьохканальний – цей контролер здатний управляти чотирма навантаженнями, причому як вручну, так і згідно з заданим температурним параметрам. Температурні значення можна водити безпосередньо на самому контролері, так і віддаленим способом за допомогою веб-інтерфейсу. Завдяки наявності режимів прямого і зворотного управління каналами, його можна застосовувати при управлінні нагріванням і охолодженням;
  • радиомодель для емуляції брелків і збору інформації зі спеціальних датчиків. З його допомогою можна емулювати за п’ять радиобрелков включно, і приймати дані від 10 датчиків;
  • контролер універсального типу. Він оснащений чотирма незалежними входами і виходами, а також має два входи для підключення температурних датчиків і датчиків вологості.

Нестандартні види застосування Raspberry Pi

А зараз давайте дізнаємося, яким чином пристрій Raspberry Pi було застосовано винахідниками для створення інноваційних виробів. Розглянемо деякі з них.

Конструктор Kano

Конструктор Kano для дітей – це не просто звичайний конструктор, це модульний комп’ютер, зібрати таку головоломку зможе навіть дитина. Набір конструктора включає в себе наступне:

  • інструкцію по самостійній збірці ПК;
  • додатки для самостійного вивчення азів програмування;
  • материнську плату;
  • деталі для зборки корпусу;
  • клавіатуру;
  • блок живлення;
  • карти пам’яті;
  • динамік;
  • кабелю.

Таким чином, навіть дитина може сам зібрати комп’ютер, який підключається до монітора або телевізора через HDMI -порту.

Такий конструктор спочатку був створений для дітей, але став популярним і серед дорослих. Кошти на розробку і реалізацію цього проекту були зібрані за допомогою платформи для збору коштів на творчі винаходи. Завдяки зібраному комп’ютера можна виконувати такі дії:

  • записувати музику;
  • дивитися відео в форматі HD ;
  • писати програми;
  • створювати свої ігри.

Літаючий пристрій SkyJack

Інші винахідники на базі комп’ютера Raspberry Pi створили апарат-безпілотник SkyJack, який управляється за допомогою Wi — Fi з’єднання. Такий апарат здатний брати вертолітний висоту, відслідковувати шляхи військових вертольотів і керувати ними, також з його допомогою можна перехоплювати радіосигнали і перешкоди. Однак, незважаючи на такі можливості, апарат дозволений для масового користування за свого невеликого радіусу дії.

Poppy: робот-інопланетянин

Робот Poppy був створений за допомогою тривимірної друку французькою компанією INRIA Flowers. Робот керується за допомогою міні-комп’ютера Raspberry Pi. Конструкція робота повторює біологічну будову людини, він має суглоби, хребет і сухожилля, його хода схожа на людську, він ходить, переступаючи з п’яти на ніс і рівномірно керувати центом тяжкості.

Що таке No More Woof?

No More Woof – це прилад, який поки знаходиться на стадії розробки, і створюється на базі Raspberry Pi. З його допомогою господар буде розуміти, що хоче його пес. Так, прилад буде прикріплюватися до голови тварини і працювати за принципом електроенцефалографа, тобто зчитувати інформацію з голови собаки і передавати її господареві допомогою Raspberry Pi. Коли подібний прилад буде готовий і яким чином він буде використовуватися, поки невідомо, але подібні гарнітури, нехай не настільки досконалі, вже застосовувалися професійними кінологами.

Всі бачать, що з настанням нового тисячоліття інтерес до комп’ютерів нового покоління і не тільки є виключно споживчим. Діти не хочуть вчитися програмувати і створювати щось нове, а хочуть бути виключно «юзерами». Розробники Raspberry Pi впевнені, що їх пристрій поверне колишню інтерес людей до вивчення обчислювальних наук і змусить їх не тільки користуватися новими технологіями, але і створювати їх.