Dans cet article, Ankur Tomar, responsable marketing des solutions régionales chez Farnell, explique comment Raspberry Pi comble le fossé entre les solutions embarquées traditionnelles, les contrôleurs industriels et les plateformes de calcul en périphérie modernes.
Raspberry Pi pour les professionnels
Le Raspberry Pi a vu le jour comme un ordinateur monocarte (SBC) abordable et économique, initialement destiné aux amateurs, aux concepteurs et aux étudiants en informatique. Cependant, sa polyvalence a favorisé son adoption dans des applications industrielles à grande échelle. Au fil du temps, la gamme Raspberry Pi s'est étendue du modèle original aux modèles actuels Raspberry Pi 5, Compute Modules et Pico, offrant des solutions adaptées à différents besoins de conception. Pour les ingénieurs recherchant des applications embarquées, Raspberry Pi a introduit les microcontrôleurs RP2040 et RP2350, idéaux pour l'informatique de périphérie, le contrôle de capteurs et la gestion de moteurs en milieu industriel.
Passer à l'échelle supérieure :
pour les applications hautes performances à grande échelle, les ingénieurs peuvent choisir parmi trois catégories de produits Raspberry Pi : les conceptions à microcontrôleur, telles que les Raspberry Pi Pico, adaptées aux projets embarqués légers ; les ordinateurs monocartes (SBC), notamment le Raspberry Pi 5 et les modèles antérieurs, qui offrent des capacités de calcul complètes pour les systèmes d'automatisation, les passerelles et les interfaces homme-machine (IHM) ; et les modules de calcul (CM4 et CM5), conçus pour la production en grande série avec du matériel personnalisé, qui font office de « cerveau » intégré sur des cartes porteuses dédiées.
Le choix entre un SBC et un SOM dépend principalement du volume de production et de la complexité de la conception. Les SBC conviennent aux prototypes et aux projets à faible volume, tandis que les SOM sont idéaux pour les déploiements à grande échelle avec des exigences spécifiques en matière de périphériques et d'alimentation.
Les avantages techniques du Raspberry Pi en font une option attrayante pour les applications industrielles. Qu'il s'agisse de contrôler des capteurs, de gérer des moteurs ou de servir de passerelle pour les appareils connectés, les cartes Raspberry Pi intègrent des processeurs ARM multicœurs basse consommation, une connectivité haut débit via PCI Express et un traitement vidéo accéléré par le matériel. Leurs nombreuses interfaces d'E/S incluent USB, HDMI, SPI, I²C, UART et la prise en charge du double affichage, complétées par des options sans fil telles que le Wi-Fi et le Bluetooth. Les ingénieurs bénéficient d'un vaste écosystème d'accessoires, notamment des caméras, des modules d'interface IA (HAT), l'alimentation PoE, des écrans tactiles multipoints et des extensions d'E/S industrielles, leur permettant de prototyper des systèmes complexes sans avoir à concevoir de matériel sur mesure.
Côté logiciel, le système d'exploitation Raspberry Pi, basé sur Linux, est soutenu par une communauté mondiale de développeurs et offre une compatibilité avec les frameworks informatiques embarqués, les plateformes IoT, les outils d'automatisation industrielle et l'intégration au cloud. Des environnements tels que Docker et Node-RED simplifient encore davantage le déploiement et la gestion.
Conçu pour l'industrie :
L'évolution vers l'Industrie 4.0 et l'avènement de l'Industrie 5.0 ont propulsé l'automatisation industrielle vers une informatique intelligente et distribuée en périphérie de réseau. Contrairement aux automates programmables industriels (API) traditionnels, qui nécessitent souvent des connaissances en programmation propriétaire et des licences coûteuses, le Raspberry Pi prend en charge plusieurs langages et environnements d'exploitation, permettant aux ingénieurs de développer des solutions personnalisées sans être liés à un fournisseur unique. Les processeurs ARM multicœurs offrent une puissance de calcul suffisante pour l'inférence IA, le traitement de données à haute vitesse et le contrôle en temps réel. Intégrées dans des boîtiers industriels et équipées d'un stockage eMMC, les cartes Raspberry Pi garantissent un fonctionnement fiable en environnements contrôlés tout en réduisant les coûts de développement. Parmi les exemples concrets, citons les API basés sur Raspberry Pi proposés par des fabricants tels que Revolution Pi, Industry Shield et Episenses, qui tirent parti de la puissance de calcul, de l'écosystème logiciel et du faible coût de la plateforme pour remplacer ou compléter les systèmes d'automatisation traditionnels.
Pi à la pointe de l'IoT :
Le Raspberry Pi joue un rôle clé dans l'informatique de périphérie et les applications IoT. Grâce à sa compatibilité avec les interfaces RS-485, Modbus, SPI, I²C, CAN, Ethernet et sans fil, il peut se connecter à une large gamme de capteurs industriels. Les modules HAT d'IA et les caméras supplémentaires permettent un traitement neuronal local et en temps réel, autorisant la détection d'objets, la maintenance prédictive et le contrôle qualité sans surcharger le processeur principal. En agrégeant et en traitant les données de plusieurs capteurs, le Raspberry Pi réduit les besoins en bande passante et la latence, tout en prenant en charge l'analyse avancée et la prise de décision automatisée. Parmi les applications concrètes, citons l'inspection qualité automatisée, la vérification des emballages, la surveillance de la sécurité au travail, l'affichage dynamique, les panneaux de signalisation dans les transports, la gestion environnementale des bâtiments intelligents, les maisons connectées et l'agriculture de précision. Ces applications démontrent la capacité de la plateforme à prendre en charge des applications de périphérie complexes et performantes. L'
adéquation du Raspberry Pi à l'informatique de périphérie est renforcée par sa capacité à intégrer plusieurs capteurs et à exécuter des tâches d'IA localement. Les modules d'IA permettent la classification des couleurs, la reconnaissance faciale et d'autres applications directement sur l'appareil, éliminant la latence réseau et permettant une prise de décision en temps réel.
L'intégration aux systèmes industriels est facilitée par une vaste gamme de frameworks logiciels et d'extensions. Docker et balena fournissent des plateformes conteneurisées pour la gestion des dispositifs distribués, tandis que les protocoles Node-RED et MQTT permettent une communication IoT fluide. Le riche écosystème d'extensions et de bibliothèques permet aux ingénieurs de déployer rapidement des solutions complexes, des prototypes aux implémentations à grande échelle.
Raspberry Pi en action :
Le Raspberry Pi est déjà largement utilisé dans divers secteurs. Par exemple, les panneaux d'information des aéroports fonctionnent grâce à lui, ce qui témoigne de sa fiabilité et de son évolutivité. Dans le commerce de détail, la plateforme prend en charge les bornes numériques, les menus interactifs et les cartes, tandis que les applications d'automatisation industrielle exploitent le Raspberry Pi pour les passerelles de calcul en périphérie, les réseaux de capteurs et comme alternative aux automates programmables. Dans les bâtiments et les maisons intelligentes, il est utilisé pour la gestion de l'énergie, la sécurité et le contrôle environnemental. En agriculture, ses applications incluent l'agriculture de précision et la surveillance environnementale, tandis que dans les centres multimédias, les systèmes de vidéosurveillance et les solutions de surveillance basées sur l'IA illustrent encore davantage la polyvalence de la plateforme. Quelques exemples concrets sont présentés ci-dessous.
Le support à long terme
est l'un des principaux défis auxquels sont confrontés les ingénieurs lors de la conception de systèmes industriels. Garantir la continuité et la maintenance est fondamental dans les applications industrielles. Raspberry Pi a démontré son engagement envers la disponibilité à long terme de ses produits, en assurant l'approvisionnement et le support de modèles comme le Raspberry Pi original de 2012. L'entreprise garantit un cycle de vie allant jusqu'à 10 ans, assurant ainsi stabilité et disponibilité aux ingénieurs concevant des solutions pérennes. Au-delà de cette période, un approvisionnement continu peut être organisé pour les clients dont la demande est suffisante, offrant une garantie supplémentaire pour les applications critiques.
EXEMPLES PRATIQUES
Écrans grand format NEC et kit MPi4 avec Raspberry Pi :
les solutions professionnelles d’affichage dynamique et d’information nécessitent des ordinateurs embarqués fiables pour la lecture de contenu, la visualisation des données et la gestion à distance. Traditionnellement, on utilisait des lecteurs externes, voire des PC. Cependant, NEC a intégré le Compute Module 4 (CM4) directement dans l’architecture de l’écran, créant ainsi une plateforme compacte et basse consommation qui élimine le besoin de matériel externe sans compromettre le contrôle et la connectivité professionnels.
Les écrans grand format Sharp et NEC incluent le kit MPi4 avec Raspberry Pi CM4. Ce kit MPi4 est une solution ouverte qui améliore les performances d’affichage pour diverses applications visuelles et représente la combinaison idéale de puissance de calcul et d’écrans professionnels abordables. La carte d’interface NEC intègre le module, qui offre des fonctionnalités avancées d’affichage dynamique telles qu’un temporisateur de surveillance et une horloge temps réel pour la planification. Les interfaces Ethernet et USB du module permettent une intégration facile aux réseaux ou périphériques externes.
Contrôleurs industriels Sfera Labs :
L’entreprise italienne Sfera Labs conçoit et fabrique des solutions technologiques ouvertes pour l’industrie. Son offre principale comprend des serveurs d’automatisation industrielle, des modules d’E/S et des capteurs basés sur des dispositifs Raspberry Pi. Confrontée au défi de la mise à niveau de son serveur industriel Strato Pi Max pour répondre aux besoins évolutifs de ses clients, Sfera Labs a cherché un moyen d’offrir des vitesses de traitement plus rapides, une connectivité améliorée et une fiabilité accrue pour les applications critiques. Sfera Labs a intégré le module de calcul CM5 (Compute Module 5) pour plusieurs raisons : ses performances et son coût, sa flexibilité et son évolutivité, sa fiabilité et son support, ainsi que sa facilité d’intégration et sa totale conformité aux normes industrielles.
En combinant les capacités avancées du CM5 avec la robustesse et la flexibilité éprouvées du Strato Pi Max, Sfera Labs a créé une solution qui répond parfaitement aux exigences élevées de l’automatisation industrielle moderne et des applications IoT. La puissance de traitement et la capacité de mémoire accrues du CM5 ont permis un traitement des données plus rapide, une meilleure réactivité des applications et une prise en charge étendue d’algorithmes plus complexes, tels que l’apprentissage automatique et l’IA embarquée.
En conclusion,
le Raspberry Pi est passé d'un ordinateur monocarte (SBC) destiné aux passionnés à une plateforme industrielle haute performance capable d'intégrer des applications informatiques, l'IA embarquée, l'IoT et l'automatisation industrielle. Sa flexibilité, ses performances, son écosystème logiciel et son support à long terme en font une alternative intéressante aux automates programmables et aux microcontrôleurs industriels traditionnels. Les ingénieurs peuvent exploiter les SBC pour le prototypage rapide, les systèmes sur puce (SOM) pour les déploiements personnalisés à grande échelle et les conceptions à base de microcontrôleurs pour les applications embarquées simples. Grâce à ses capacités avancées, le Raspberry Pi continue de redéfinir les possibilités de l'électronique industrielle, de l'automatisation intelligente et de l'informatique de périphérie, permettant aux ingénieurs de créer des solutions plus intelligentes, plus efficaces et plus évolutives pour l'environnement industriel moderne.
Pour plus d'informations, consultez Raspberry Pi pour l'industrie | Farnell Espagne
