В этой статье Анкур Томар, региональный менеджер по маркетингу решений в компании Farnell, делится своими соображениями о том, как Raspberry Pi преодолевает разрыв между традиционными встраиваемыми решениями, промышленными контроллерами и современными платформами граничных вычислений.
Raspberry Pi для профессионалов
Raspberry Pi изначально задумывался как доступный и недорогой одноплатный компьютер (SBC), ориентированный на любителей, разработчиков и студентов, интересующихся информатикой. Однако его универсальность привела к его широкому применению в крупномасштабных промышленных приложениях. Со временем семейство Raspberry Pi расширилось от первоначальной модели до современных Raspberry Pi 5, Compute Modules и Pico, предлагая решения, адаптированные к различным требованиям проектирования. Для инженеров, работающих с встраиваемыми приложениями, Raspberry Pi представил микроконтроллеры RP2040 и RP2350, которые идеально подходят для периферийных вычислений, управления датчиками и управления двигателями в промышленных условиях.
Масштабирование до новых уровней.
Для крупномасштабных высокопроизводительных приложений инженеры могут выбирать из трех категорий продуктов Raspberry Pi: конструкции на базе микроконтроллеров, такие как устройства Raspberry Pi Pico, подходящие для легких встраиваемых проектов; одноплатные компьютеры (SBC), включая Raspberry Pi 5 и более ранние модели, которые предлагают полные вычислительные возможности для систем автоматизации, шлюзов и решений HMI; вычислительные модули (CM4 и CM5), разработанные для крупносерийного производства с использованием специализированного оборудования, которые выступают в качестве интегрированного «мозга» на специализированных несущих платах.
Выбор между SBC и SOM зависит в первую очередь от объема производства и сложности конструкции. SBC подходят для прототипов и мелкосерийных проектов, в то время как SOM идеально подходят для крупномасштабных развертываний со специфическими требованиями к периферийным устройствам и питанию.
Технические преимущества Raspberry Pi делают его привлекательным вариантом для промышленного применения. Платы Raspberry Pi, будь то управление датчиками, моторами или шлюз для подключенных устройств, оснащены маломощными многоядерными процессорами ARM, высокоскоростным подключением через PCI Express и аппаратным ускорением обработки видео. Широкие возможности ввода-вывода включают USB, HDMI, SPI, I²C, UART и поддержку двух дисплеев, дополненные беспроводными опциями, такими как Wi-Fi и Bluetooth. Инженеры получают выгоду от широкой экосистемы аксессуаров, включая камеры, AI HAT, PoE, мультисенсорные дисплеи и промышленные расширения ввода-вывода, что позволяет им создавать прототипы сложных систем без необходимости проектирования собственного оборудования.
Что касается программного обеспечения, то основанная на Linux операционная система Raspberry Pi OS поддерживается глобальным сообществом разработчиков и обеспечивает совместимость со встроенными вычислительными платформами, платформами IoT, инструментами промышленной автоматизации и облачной интеграцией. Такие среды, как Docker и Node-RED, еще больше упрощают развертывание и управление.
Разработано для промышленности:
Эволюция в сторону Индустрии 4.0 и появление Индустрии 5.0 подтолкнули промышленную автоматизацию к интеллектуальным распределенным вычислениям на периферии. В отличие от традиционных ПЛК, которые часто требуют специальных знаний в области программирования и дорогостоящих лицензий, Raspberry Pi поддерживает множество языков программирования и операционных сред, позволяя инженерам разрабатывать собственные решения, не будучи привязанными к одному поставщику. Многоядерные процессоры ARM обеспечивают достаточную вычислительную мощность для выполнения задач искусственного интеллекта, высокоскоростной обработки данных и управления в реальном времени. Благодаря интеграции в промышленные корпуса и оснащению памятью eMMC, платы Raspberry Pi обеспечивают надежную работу в контролируемых средах, одновременно снижая затраты на разработку. Практическими примерами являются ПЛК на базе Raspberry Pi от таких производителей, как Revolution Pi, Industry Shield и Episenses, которые используют вычислительную мощность платформы, программную экосистему и низкую стоимость для замены или дополнения традиционных систем автоматизации.
Pi на периферии IoT:
Raspberry Pi также играет ключевую роль в периферийных вычислениях и приложениях IoT. Благодаря поддержке интерфейсов RS-485, Modbus, SPI, I²C, CAN, Ethernet и беспроводных интерфейсов, он может подключаться к широкому спектру промышленных датчиков. Модули AI HAT и дополнительные камеры обеспечивают локальную нейронную обработку в реальном времени, позволяя обнаруживать объекты, осуществлять прогнозирующее техническое обслуживание и контроль качества без перегрузки основного процессора. Агрегируя и обрабатывая данные с нескольких датчиков, Raspberry Pi снижает требования к пропускной способности и задержке, одновременно поддерживая расширенную аналитику и автоматизированное принятие решений. Реальные приложения включают автоматизированный контроль качества, проверку упаковки, мониторинг безопасности на рабочем месте, цифровые вывески, транспортные дисплеи, контроль окружающей среды в интеллектуальных зданиях, подключенные дома и точное земледелие. Эти реализации демонстрируют способность платформы поддерживать сложные высокопроизводительные периферийные приложения.
Пригодность Raspberry Pi для периферийных вычислений дополнительно усиливается его способностью интегрировать несколько датчиков и запускать задачи ИИ локально. Модули искусственного интеллекта позволяют осуществлять классификацию цветов, распознавание лиц и другие приложения непосредственно на устройстве, устраняя задержки в сети и обеспечивая принятие решений в режиме реального времени.
Интеграция в промышленные системы упрощается благодаря широкому спектру программных фреймворков и дополнений. Docker и balena предоставляют контейнерные платформы для управления распределенными устройствами, а протоколы Node-RED и MQTT обеспечивают бесперебойную связь в Интернете вещей. Обширная экосистема дополнений и библиотек позволяет инженерам быстро развертывать сложные решения, от прототипов до полномасштабных внедрений.
Raspberry Pi в действии:
Raspberry Pi уже широко используется в различных секторах. Например, на Raspberry Pi работают информационные табло в аэропортах, что демонстрирует его надежность и масштабируемость. В розничной торговле платформа поддерживает цифровые киоски, интерактивные меню и карты, а в приложениях промышленной автоматизации Raspberry Pi используется в качестве шлюза для граничных вычислений, сенсорных сетей и в качестве замены ПЛК. В интеллектуальных зданиях и домах он используется для управления энергопотреблением, обеспечения безопасности и контроля окружающей среды. В сельском хозяйстве его применение включает точное земледелие и мониторинг окружающей среды, а в медиацентрах системы видеонаблюдения и решения для мониторинга на основе искусственного интеллекта еще больше подчеркивают универсальность платформы. Несколько практических примеров приведены ниже.
Долгосрочная поддержка
— одна из главных задач, стоящих перед инженерами при проектировании промышленных систем, поскольку обеспечение будущей поддержки имеет фундаментальное значение для промышленных приложений, так как непрерывность и техническое обслуживание являются основополагающими. Компания Raspberry Pi продемонстрировала свою приверженность долгосрочной доступности продукции, поддерживая поставки и поддержку таких моделей, как оригинальный Raspberry Pi, выпущенный в 2012 году. Компания гарантирует жизненный цикл до 10 лет, обеспечивая стабильность и доступность для инженеров, разрабатывающих долгосрочные решения. По истечении этого периода для клиентов с достаточным спросом может быть организована дальнейшая поставка, что является дополнительной гарантией для критически важных приложений.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕРЫ
Широкоформатные дисплеи NEC и комплект MPi4 с Raspberry Pi:
Профессиональные решения для цифровых вывесок и информационных дисплеев требуют надежных встроенных компьютеров для воспроизведения контента, визуализации данных и удаленного управления. Традиционно использовались внешние плееры или даже ПК. Однако NEC интегрировала модуль Compute Module 4 (CM4) непосредственно в архитектуру дисплея, создав компактную платформу с низким энергопотреблением, которая исключает необходимость во внешнем оборудовании, не жертвуя при этом профессиональным управлением и возможностями подключения.
Широкоформатные дисплеи Sharp и NEC включают комплект MPi4 с Raspberry Pi CM4. Этот комплект MPi4 представляет собой решение с открытой платформой, которое повышает производительность дисплея для различных визуальных приложений и является наиболее разумным сочетанием вычислительной мощности и доступных профессиональных дисплеев. Интерфейсная плата NEC содержит модуль, который предлагает расширенные функции цифровых вывесок, такие как сторожевой таймер и часы реального времени для планирования. Интерфейсы Ethernet и USB модуля позволяют легко интегрировать его во внешние сети или устройства.
Промышленные контроллеры Sfera Labs:
Итальянская компания Sfera Labs разрабатывает и производит решения на основе открытых технологий для промышленности. В число её основных продуктов входят серверы промышленной автоматизации, модули ввода-вывода и датчики на базе устройств Raspberry Pi. Столкнувшись с задачей модернизации своего промышленного сервера Strato Pi Max в соответствии с меняющимися потребностями клиентов, Sfera Labs начала искать способ обеспечить более высокую скорость обработки данных, улучшенную связь и большую надежность для критически важных приложений. Sfera Labs интегрировала Compute Module 5 (CM5) по нескольким причинам: производительность и стоимость, гибкость и масштабируемость, надежность и поддержка, а также простота интеграции и полное соответствие отраслевым стандартам.
Объединив расширенные возможности CM5 с проверенной надежностью и гибкостью Strato Pi Max, Sfera Labs создала решение, успешно отвечающее высоким требованиям современной промышленной автоматизации и приложений IoT. Увеличенная вычислительная мощность и объем памяти CM5 позволили ускорить обработку данных, улучшить быстродействие приложений и расширить поддержку более сложных алгоритмов, таких как машинное обучение и периферийный ИИ.
В заключение,
Raspberry Pi эволюционировал из ориентированного на энтузиастов одноплатного компьютера (SBC) в высокопроизводительную промышленную платформу, способную интегрировать вычислительные приложения, периферийный ИИ, Интернет вещей и промышленную автоматизацию. Сочетание гибкости, производительности, программной экосистемы и долгосрочной поддержки делает его привлекательной альтернативой традиционным ПЛК и промышленным микроконтроллерам. Инженеры могут использовать SBC для быстрого прототипирования, системы на кристалле (SOM) для крупномасштабных, специализированных развертываний и микроконтроллерные разработки для простых встраиваемых приложений. Благодаря своим расширенным возможностям Raspberry Pi продолжает переосмысливать границы возможного в промышленной электронике, интеллектуальной автоматизации и периферийных вычислениях, позволяя инженерам создавать более интеллектуальные, эффективные и масштабируемые решения для современной промышленной среды.
Для получения дополнительной информации посетите сайт Raspberry Pi for Industry | Farnell Spain
