In diesem Artikel teilt Ankur Tomar, Regional Solutions Marketing Manager bei Farnell, seine Erkenntnisse darüber, wie der Raspberry Pi die Lücke zwischen traditionellen Embedded-Lösungen, industriellen Steuerungen und modernen Edge-Computing-Plattformen schließt.
Raspberry Pi für Profis

Der Raspberry Pi wurde als erschwinglicher und kostengünstiger Einplatinencomputer (SBC) entwickelt, der sich zunächst an Hobbybastler, Designer und Informatikstudenten richtete. Seine Vielseitigkeit führte jedoch zu seinem Einsatz in industriellen Großanwendungen. Im Laufe der Zeit wurde die Raspberry-Pi-Familie vom ursprünglichen Modell bis hin zum aktuellen Raspberry Pi 5, den Compute Modules und der Pico-Reihe erweitert und bietet Lösungen für unterschiedliche Designanforderungen. Für Ingenieure, die eingebettete Systeme entwickeln, hat Raspberry Pi die Mikrocontroller RP2040 und RP2350 eingeführt, die sich ideal für Edge Computing, Sensorsteuerung und Motormanagement in industriellen Umgebungen eignen.

Skalierung auf neue Dimensionen:
Für größere, leistungsstarke Anwendungen stehen Ingenieuren drei Raspberry Pi-Produktkategorien zur Auswahl: Mikrocontroller-basierte Designs wie die Raspberry Pi Pico-Geräte, ideal für einfache Embedded-Projekte; Einplatinencomputer (SBCs), darunter der Raspberry Pi 5 und ältere Modelle, die volle Rechenleistung für Automatisierungssysteme, Gateways und HMI-Lösungen bieten; und Compute Modules (CM4 und CM5), die für die Serienfertigung mit kundenspezifischer Hardware konzipiert sind und als integriertes „Gehirn“ auf dedizierten Trägerplatinen fungieren.
Die Wahl zwischen einem SBC und einem SOM hängt primär von der Produktionsmenge und der Komplexität des Designs ab. SBCs eignen sich für Prototypen und Projekte mit geringen Stückzahlen, während SOMs ideal für große Implementierungen mit spezifischen Peripherie- und Leistungsanforderungen sind.
Die technischen Vorteile des Raspberry Pi machen ihn zu einer attraktiven Option für industrielle Anwendungen. Ob zur Steuerung von Sensoren, Motoren oder als Gateway für angeschlossene Geräte – Raspberry Pi-Boards verfügen über stromsparende Multi-Core-ARM-Prozessoren, schnelle Verbindungen über PCI Express und hardwarebeschleunigte Videoverarbeitung. Die umfangreichen I/O-Schnittstellen umfassen USB, HDMI, SPI, I²C, UART und Dual-Display-Unterstützung, ergänzt durch drahtlose Optionen wie WLAN und Bluetooth. Entwickler profitieren von einem breiten Ökosystem an Zubehör, darunter Kameras, KI-HATs, PoE, Multi-Touch-Displays und industrielle I/O-Erweiterungen. So können sie komplexe Systeme prototypisch entwickeln, ohne eigene Hardware entwerfen zu müssen.
Die Linux-basierte Raspberry Pi OS wird von einer globalen Entwicklergemeinschaft unterstützt und bietet Kompatibilität mit Embedded-Computing-Frameworks, IoT-Plattformen, Automatisierungstools und Cloud-Integration. Umgebungen wie Docker und Node-RED vereinfachen Bereitstellung und Verwaltung zusätzlich.

Für die Industrie entwickelt:
Die Entwicklung hin zu Industrie 4.0 und der Beginn von Industrie 5.0 haben die industrielle Automatisierung in Richtung intelligentes, verteiltes Rechnen am Netzwerkrand vorangetrieben. Im Gegensatz zu herkömmlichen SPSen, die oft proprietäre Programmierkenntnisse und teure Lizenzen erfordern, unterstützt der Raspberry Pi mehrere Sprachen und Betriebsumgebungen. So können Ingenieure individuelle Lösungen entwickeln, ohne an einen einzelnen Anbieter gebunden zu sein. Multi-Core-ARM-Prozessoren bieten ausreichend Rechenleistung für KI-Inferenz, Hochgeschwindigkeits-Datenverarbeitung und Echtzeitsteuerung. Durch die Integration in Industriegehäuse und die Ausstattung mit eMMC-Speicher gewährleisten Raspberry-Pi-Boards einen zuverlässigen Betrieb in kontrollierten Umgebungen bei gleichzeitig reduzierten Entwicklungskosten. Praktische Beispiele hierfür sind Raspberry-Pi-basierte SPSen von Herstellern wie Revolution Pi, Industry Shield und Episenses. Diese nutzen die Rechenleistung, das Software-Ökosystem und die geringen Kosten der Plattform, um herkömmliche Automatisierungssysteme zu ersetzen oder zu ergänzen.

Pi am Rande des IoT:
Der Raspberry Pi spielt eine Schlüsselrolle im Edge Computing und in IoT-Anwendungen. Dank seiner Unterstützung für RS-485, Modbus, SPI, I²C, CAN, Ethernet und drahtlose Schnittstellen kann er mit einer Vielzahl industrieller Sensoren verbunden werden. KI-HAT-Module und zusätzliche Kameras ermöglichen die lokale neuronale Verarbeitung in Echtzeit und somit Objekterkennung, vorausschauende Wartung und Qualitätskontrolle, ohne den Hauptprozessor zu überlasten. Durch die Aggregation und Verarbeitung von Daten mehrerer Sensoren reduziert der Raspberry Pi Bandbreitenbedarf und Latenz und unterstützt gleichzeitig fortschrittliche Analysen und automatisierte Entscheidungsfindung. Anwendungsbeispiele aus der Praxis sind die automatisierte Qualitätsprüfung, Verpackungsverifizierung, Überwachung der Arbeitssicherheit, Digital Signage, Verkehrsdisplays, Klimatisierung in intelligenten Gebäuden, vernetzte Häuser und Präzisionslandwirtschaft. Diese Implementierungen demonstrieren die Fähigkeit der Plattform, komplexe und leistungsstarke Edge-Anwendungen zu unterstützen.
Die Eignung des Raspberry Pi für den Edge-Bereich wird durch seine Fähigkeit, mehrere Sensoren zu integrieren und KI-Aufgaben lokal auszuführen, weiter gestärkt. KI-Module ermöglichen Farbklassifizierung, Gesichtserkennung und andere Anwendungen direkt auf dem Gerät, wodurch Netzwerklatenz eliminiert und Echtzeit-Entscheidungsfindung ermöglicht wird.
Die Integration in industrielle Systeme wird durch eine Vielzahl von Software-Frameworks und Add-ons erleichtert. Docker und balena bieten containerisierte Plattformen für die Verwaltung verteilter Geräte, während die Protokolle Node-RED und MQTT eine nahtlose IoT-Kommunikation ermöglichen. Das umfangreiche Ökosystem an Add-ons und Bibliotheken erlaubt es Ingenieuren, komplexe Lösungen – von Prototypen bis hin zu vollständigen Implementierungen – schnell bereitzustellen.

Raspberry Pi im Einsatz:
Der Raspberry Pi ist bereits in verschiedenen Branchen weit verbreitet. So laufen beispielsweise Fluginformationsanzeigen an Flughäfen auf Raspberry Pi und demonstrieren damit seine Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit. Im Einzelhandel unterstützt die Plattform digitale Kioske, interaktive Menüs und Karten, während industrielle Automatisierungsanwendungen den Raspberry Pi für Edge-Computing-Gateways, Sensornetzwerke und als SPS-Ersatz nutzen. In intelligenten Gebäuden und Häusern wird er für Energiemanagement, Sicherheit und Umweltkontrolle eingesetzt. In der Landwirtschaft finden sich Anwendungen wie Präzisionslandwirtschaft und Umweltüberwachung, während in Medienzentren, Videoüberwachungssystemen und KI-gestützten Überwachungslösungen die Vielseitigkeit der Plattform weiter unterstrichen wird. Einige praktische Beispiele sind unten aufgeführt.

Langfristiger Support
ist eine der größten Herausforderungen für Ingenieure bei der Entwicklung industrieller Systeme. Die Sicherstellung zukünftiger Verfügbarkeit ist entscheidend, da Kontinuität und Wartung in industriellen Anwendungen unerlässlich sind. Raspberry Pi hat sein Engagement für langfristige Produktverfügbarkeit unter Beweis gestellt und bietet seit 2012 weiterhin Lieferungen und Support für Modelle wie den ursprünglichen Raspberry Pi. Das Unternehmen garantiert eine Lebensdauer von bis zu 10 Jahren und gewährleistet so Stabilität und Verfügbarkeit für Ingenieure, die langfristige Lösungen entwickeln. Auch nach Ablauf dieser Frist kann die Lieferung für Kunden mit ausreichendem Bedarf fortgesetzt werden, was eine zusätzliche Garantie für unternehmenskritische Anwendungen bietet.

PRAKTISCHE BEISPIELE

NEC Großformatdisplays und MPi4-Kit mit Raspberry Pi:
Professionelle Digital Signage- und Informationsdisplay-Lösungen benötigen zuverlässige Embedded-Computer für die Wiedergabe von Inhalten, die Datenvisualisierung und die Fernverwaltung. Bisher wurden externe Player oder sogar PCs verwendet. NEC hat das Compute Module 4 (CM4) jedoch direkt in die Displayarchitektur integriert und so eine kompakte, energieeffiziente Plattform geschaffen, die externe Hardware überflüssig macht, ohne Kompromisse bei professioneller Steuerung und Konnektivität einzugehen. Die
Großformatdisplays von Sharp und NEC sind mit dem MPi4-Kit und dem Raspberry Pi CM4 erhältlich. Dieses MPi4-Kit ist eine offene Plattformlösung, die die Displayleistung für verschiedene visuelle Anwendungen optimiert und die optimale Kombination aus Rechenleistung und kostengünstigen professionellen Displays darstellt. Das Modul ist auf der NEC-Schnittstellenplatine integriert und bietet fortschrittliche Digital Signage-Funktionen wie einen Watchdog-Timer und eine Echtzeituhr für die Zeitplanung. Dank der Ethernet- und USB-Schnittstellen lässt sich das Modul problemlos in externe Netzwerke oder Geräte integrieren.

Industrielle Steuerungen von Sfera Labs:
Das italienische Unternehmen Sfera Labs entwickelt und fertigt offene Technologielösungen für die Industrie. Zum Kernangebot gehören industrielle Automatisierungsserver, I/O-Module und Sensoren auf Basis von Raspberry Pi-Geräten. Angesichts der Herausforderung, seinen Industrieserver Strato Pi Max an die wachsenden Kundenbedürfnisse anzupassen, suchte Sfera Labs nach einer Möglichkeit, höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten, verbesserte Konnektivität und größere Zuverlässigkeit für unternehmenskritische Anwendungen zu realisieren. Sfera Labs integrierte das Compute Module 5 (CM5) aus mehreren Gründen: Leistung und Kosten, Flexibilität und Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und Support sowie die einfache Integration und vollständige Konformität mit Industriestandards.
Durch die Kombination der fortschrittlichen Funktionen des CM5 mit der bewährten Robustheit und Flexibilität des Strato Pi Max hat Sfera Labs eine Lösung geschaffen, die die hohen Anforderungen moderner industrieller Automatisierungs- und IoT-Anwendungen erfolgreich erfüllt. Die erhöhte Rechenleistung und Speicherkapazität des CM5 ermöglichen eine schnellere Datenverarbeitung, eine verbesserte Reaktionsfähigkeit der Anwendungen und eine erweiterte Unterstützung für komplexere Algorithmen wie maschinelles Lernen und Edge-KI.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass
sich der Raspberry Pi von einem Einplatinencomputer (SBC) für Enthusiasten zu einer leistungsstarken Industrieplattform entwickelt hat, die die Integration von Computeranwendungen, Edge-KI, IoT und industrieller Automatisierung ermöglicht. Seine Flexibilität, Leistung, sein umfangreiches Software-Ökosystem und der langfristige Support machen ihn zu einer attraktiven Alternative zu herkömmlichen SPSen und industriellen Mikrocontrollern. Ingenieure können SBCs für schnelles Prototyping, System-on-a-Chip (SOM) für kundenspezifische Großserien und Mikrocontroller-basierte Designs für einfache Embedded-Anwendungen nutzen. Mit seinen fortschrittlichen Funktionen definiert der Raspberry Pi die Möglichkeiten in der Industrieelektronik, der intelligenten Automatisierung und dem Edge Computing immer wieder neu und ermöglicht es Ingenieuren, intelligentere, effizientere und skalierbarere Lösungen für die moderne Industrie zu entwickeln.

Weitere Informationen finden Sie unter Raspberry Pi für die Industrie | Farnell Spanien