Принципиальная схема подключения кнопки изображена на Рисунке 12. Обратите внимание, что на макетной плате остается подключенным и светодиод из примера в первой части статьи, но на текущей схеме он не показан.

Как видно из схемы, если кнопка не нажата, вход GPIO5 будет подключен через резистор к шине 3.3 В. Входной порт RPi имеет высокое входное сопротивление, поэтому напряжение на входной линии будет близко к 3.3 В. Это означает, что при отпущенной кнопке RPi будет определять состояние входа как «лог. 1». Когда кнопка нажата, напряжение на входе будет равно 0 В, что является «лог. 0».

Для этой простой схемы величина сопротивления резистора R1 некритична и может находиться в диапазоне от 1 кОм до 47 кОм, однако низких значений следует избегать, поскольку в этом случае увеличивается ток, потребляемый при нажатии кнопки.

Исходный код программы для чтения состояния кнопки доступен в разделе загрузок (файл с именем Listing_4(Button).txt ). Сохраните код в файле с именем button-test.py и запустите на выполнение командой

sudo python button-test.py.

Результат выполнения программы выводится на экран в виде сообщения о текущем состоянии кнопки и количестве нажатий на нее. При выполнении этого примера вы заметите, что иногда значение счетчика становится больше реального количества нажатий на кнопку, и это происходит из-за «дребезга» контактов. Примерно то же самое происходит и при отпускании кнопки. Решение состоит в использовании механизма подавления «дребезга» контактов (debouncing). Этот механизм может быть как аппаратным, так и программным, причем последний распространен больше. В исходном коде, приведенном в файле Listing_5(Button_Debounce).txt , подавление дребезга контактов кнопки реализовано, и подсчет количества нажатий кнопки будет более точным. Единственное отличие от предыдущего кода заключается в том, что теперь с задержкой 20 мс выполняется вторая проверка состояния входа - за это время дребезг контактов прекращается.

Еще один пример: вольтметр

Как известно, платы RPi имеют только цифровые порты ввода/вывода, но в реальном мире используются аналоговые величины, которые, возможно, необходимо измерять, или контролировать. В следующем примере демонстрируется преобразование аналоговой величины в цифровой сигнал, который можно прочитать с помощью входов RPi.

Примером может служить очень простой, но точный вольтметр с диапазоном измерений 0 … 1 В (Рисунки 13, 14). Учтите, что заменить портативный мультиметр он не может, поскольку не имеет необходимых цепей защиты, и может выйти из строя сам или повредить плату RPi, если используется для чего-либо, выходящего за рамки описанных здесь примеров.

В схеме используется микросхема AD654 (преобразователь напряжение-частота), которая генерирует прямоугольные импульсы с частотой, зависящей от входного напряжения. Цифровой выход Fout микросхемы подключен к входу GPIO5 (вывод 29 разъема GPIO). Максимальная частота прямоугольных импульсов при указанных на схеме номиналах элементов равна 10 кГц, поэтому для определения входного напряжения нам потребуется точная система отсчета времени. Код для этого примера (файл Listing_6(Voltmeter).txt ) написан на Си и использует библиотеку wiringpi, написанную Гордоном Хендерсоном (Gordon Henderson). Прежде всего, установите библиотеку wiringpi , для чего выполните следующие команды:

mkdir development
cd development
git clone git://git.drogon.net/wiringPi
cd wiringPi
./build

Сохраните код в файле с именем voltmeter.c и скомпилируйте его командой

gcc -o voltmeter -lrt -lwiringPi voltmeter.c.

Чтобы запустить программу, выполните следующую команду:

sudo ./voltmeter.

Для повышения точности измерений в программе используется усреднение данных. Длительность входных прямоугольных импульсов быстро измеряется 64 раза, затем полученные значения суммируются и делятся на 64. По окончании вычислений включается задержка на одну секунду для выполнения других процессов, и затем цикл измерения повторяется

Несколько элементов в схеме вольтметра также влияют на точность измерений. Конденсатор С1 и резистор R1 задают характеристики преобразования, поэтому желательно выбрать пленочный полипропиленовый конденсатор и точный резистор с допуском 1%. Можно использовать подстроечный резистор. Напряжение питания схемы 5 В поступает с разъема GPIO, но его реальное значение может несколько отличаться от 5 В, поэтому лучше использовать отдельный более точный источник питания.

Для быстрой проверки схемы можно использовать делитель напряжения, состоящий из двух резисторов. Схема включения делителя показана в левой части схемы вольтметра (Рисунок 12). Если резисторы прецизионные и напряжение питания в точности равно 5 В, расчет напряжения на выходе делителя дает 0.04950 В. Значение, полученное в результате реального программного измерения, составило 0.04991 В. Неплохо для такого простого проекта!

Диоды Шоттки D1 и D2 в схеме не являются обязательными, но настоятельно рекомендуются, поскольку они обеспечат некоторую защиту микросхемы, если случайно на вход будет подано напряжение вне диапазона 0…1 В.

Защищенные входы

RPi можно защитить от случайного попадания высокого напряжения, добавив к используемым входам дополнительную схему. В некоторых случаях очень хорошей и недорогой альтернативой показанной ниже схеме (Рисунок 15) может служить оптрон, способный защитить входы RPi от напряжений до 60 В и справится с переполюсовкой. Транзистор BC547B в схеме на Рисунке 14 можно заменить на 2N3904 или BC549. Допустимая мощность рассеивания резистора R1 может быть 0.25 Вт при входных напряжениях до 50 В, в противном случае лучше использовать 0.5 Вт.

Схема инвертирует входной сигнал, переключаясь в «лог. 0» при входном напряжении свыше 2 В.

Подключение к 5-вольтовй логике

Прямое подключение устройств с 5-вольтовыми логическими выходами к входам RPi может вывести плату из строя. В этом случае есть множество решений.

Если состояние 5-вольтового логического выхода меняется относительно медленно, можно рассмотреть возможность использования резистивного делителя на входе RPi, но к быстрым схемам такой способ не применим. Тогда намного более хорошим решением будет использование буферной микросхемы. Для средних скоростей (до 100 кГц) вполне подойдет схема на N-канальном MOSFET ZVN2110A (Рисунок 16). Эта схема также инвертирует входной сигнал.

Показанный на схеме транзистор можно заменить на ZVNL120A или VN10LP.

При пайке полевых транзисторов следует соблюдать основные меры предосторожности. При сборке устройства сначала установите резистор R3 и только после этого извлеките MOSFET из защитной упаковки и запаяйте в схему. Резистор R3 обеспечит некоторую защиту.

Скорость работы и джиттер

Опрос состояния кнопок и управление светодиодами - события относительно медленные, измеряющиеся десятками и сотнями миллисекунд. Иногда встречаются намного более высокоскоростные сигналы. Например, пульт от телевизора излучает инфракрасные световые импульсы со скоростью 40 тыс. раз в секунду. Несмотря на то, что основной процессор RPi работает на частоте 1 ГГц, работа подсистемы ввода/вывода с такой скоростью не поддерживается по ряду причин, как аппаратных, так и программных. Мы рассмотрим некоторые программные аспекты, касающиеся темы статьи.

RPi работает под управлением многозадачной операционной системы (ОС) Linux. Система может превентивно забирать контроль над вашей программой для выполнения других задач. Все это происходит довольно быстро, так что кажется, будто мышка по-прежнему работает во время выполнения вашей программы, но на самом деле вашей программе и коду драйвера мыши ОС предоставляет лишь короткие промежутки времени.

Обычно это не имеет значения, но когда вам нужна обработка коротких или высокоточных событий, это может стать проблемой, проявляющейся (например) в виде джиттера.

Кроме того, немаловажное значение имеет выбор языка программирования, поскольку некоторые библиотеки подходят лучше, чем другие. Интерпретированные и компилированные коды могут выполняться с разными скоростями. Короче говоря, если требуется очень точная временнáя привязка событий, возможно, придется написать драйвер Linux или использовать внешнее оборудование (например, другой микроконтроллер или логические схемы и генератор).

Одним из хороших вопросов, важных для более полного использования возможностей RPi, является то, насколько быстро можно изменять логические состояния выходов GPIO с помощью библиотек Python, Си и описанного выше командного скрипта.

Чтобы узнать это, был написан код для периодического переключения логического состояния выходного порта, к которому был подключен осциллограф. Результат представлен в Таблице 1.

Таблица 1.

Максимальная частота переключения выходов при
использовании различных языков программирования

Язык программирования	Частота	Длительность высокого уровня	Длительность низкого уровня
Python	71.2 кГц	3.9 мкс	10.1 мкс
Си	5.8 МГц	85 нс	85 нс
Командный скрипт	3.9 кГц	115 мкс	139 мкс

Однако всегда важно помнить о джиттере, которым обязательно сопровождается работа ОС Linux. Для случая простого переключения светодиода это, кончено же, не проблема. Характер джиттера можно увидеть на осциллографе в режиме наложения нескольких каналов при синхронизации общим сигналом (Рисунок 17). Обратите внимание, что джиттер может принимать множество значений, несмотря на то, что сигналы дискретно разнесены на 4 нс (250 МГц), что связано с аппаратными особенностями RPi.

Заключение

Теперь вы увидели, что 40-контактный разъем GPIO на платах RPi может использоваться для различных проектов - от управления светодиодами до электронных схем для измерения аналоговых величин. С небольшими дополнительными схемами адаптации логических уровней RPi может взаимодействовать 5-вольтовыми устройствами. С помощью Python очень легко управлять выходами, так же как не представляет сложности и чтение состояния входов, а библиотека wiringpi значительно упрощает управление программистам, использующим Си.

Напоминаем, что попытки повторить действия автора могут привести к потере гарантии на оборудование и даже к выходу его из строя. Материал приведен исключительно в ознакомительных целях. Если же вы собираетесь воспроизводить действия, описанные ниже, настоятельно советуем внимательно прочитать статью до конца хотя бы один раз. Редакция 3DNews не несет никакой ответственности за любые возможные последствия.

Стыдно признаться, но Raspberry Pi мы заполучили больше года назад и да, не написали тогда про него ни строчки, хотя и трёхмесячное ожидание было томительным, и радость от получения посылки из Туманного Альбиона была искренней. Оно, наверное, и к лучшему. За год вокруг Raspberry Pi образовалось приличных размеров сообщество пользователей, разработчиков и компаний, которые явили миру немалое количество аксессуаров, проектов и программного обеспечения. Да и сам одноплатный компьютер успел претерпеть некоторые изменения в аппаратной части — в новых версиях убрали ряд недочётов и в два раза увеличили объём RAM у модели B.

⇡ История Raspberry Pi

Вообще история развития и появления Raspberry Pi не так проста. Первый прототип этого устройства появился в году. Уже тогда он должен был стоить $25 и предназначался для обучения школьников азам компьютерных премудростей — тому, что в англоязычной литературе принято называть Computer Science (CS), а у нас не совсем корректно зовётся информатикой (о терминологии спорят до сих пор). Основателям проекта — сотрудникам и преподавателям Компьютерной лаборатории Кембриджского университета — не нравился тот факт, что с каждым годом уровень подготовки абитуриентов неуклонно снижался. Если в 90-е годы к ним, как правило, приходили учиться молодые люди, не понаслышке знакомые с программированием, то в 2000-х типичный абитуриент был разве что немного знаком с веб-дизайном.

Сожаление разработчиков Raspberry Pi понятно, ведь их молодость пришлась как раз на время появления и расцвета первых по-настоящему домашних «персоналок» Amiga, BBC Micro, Spectrum ZX и Commodore 64. Пользователи этих ПК порой попросту вынуждены были заниматься программированием, если не находили подходящего софта для своих задач. Причём нередко надо было не просто уметь писать код, но и хорошо понимать принципы работы железной составляющей, умело обходить имеющиеся ограничения и различными ухищрениями добиваться максимальной производительности своего творения. Самые продвинутые брали в руки паяльник, ведь периферии поначалу тоже было немного. А для некоторых это и вовсе стало поводом открыть свой «свечной заводик».

Впрочем, все мы знаем, что в 90-х произошло с платформой Wintel, которая стала фактически монополистом на рынке ПК и в итоге избавила пользователей от необходимости осваивать программирование. В школах тоже решили переключиться на изучение основ работы с одним известным офисным пакетом и создание простеньких HTML-страничек. Потом лопнул пузырь доткомов, стали массово распространяться игровые приставки и персональные компьютеры. В общем, жизнь простых пользователей заметно упростилась, а ряды энтузиастов заметно поредели. Такая ситуация не устраивала преподавателей — и они загорелись идеей создания платформы, которая возродила бы интерес к самостоятельному изучению этой темы. Так ли уж всё печально, однозначно сказать трудно, но вдохновлялись создатели историей некогда легендарного учебного компьютера BBC Micro , не рассчитывая, впрочем, коренным образом изменить ситуацию с интересом к Computer Science.

Параллелей между Raspberry Pi и BBC Micro не так уж мало. Оба имеют две аппаратные, незначительно различающиеся версии — Model A и Model B. Оба основаны на RISC-подобной архитектуре, причём железо в обоих случаях используется оптимальное, хотя и не самое продвинутое. RISC OS тоже не забыли портировать. Задача у них одна и та же — заинтересовать подрастающее поколение компьютерными технологиями на достаточно продвинутом уровне. BBC Micro планировалось продать не более 12 тысяч штук, а за 10 с лишним лет в итоге было продано около полутора миллионов. Пробная партия Raspberry Pi объёмом 10 000 экземпляров разошлась за несколько минут, причём поначалу действовало правило «одна штука в одни руки». Представитель одного из двух официальных дистрибьюторов «сердечно» попросил пользователей перестать обновлять страничку онлайн-магазина, так как сервера попросту не справлялись с нагрузкой. Год спустя, во время старта продаж в США история повторилась . На текущий момент, то есть почти через полтора года после запуска, продано более полутора миллионов устройств, и это, похоже, не предел.

Скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается. Ещё пара лет после появления первого прототипа ушла на создание различных вариантов ПК, пока в 2008 году не стало ясно, что процессоры для мобильных устройств стали доступными и достаточно мощными для работы с медиаконтентом и именно их, а не микроконтроллеры, следует использовать для претворения идеи в жизнь. В 2009 году была создана благотворительная организация Raspberry Pi Foundation, в задачи которой входит разработка и продвижение одноимённого компьютера. Два года потребовалось на создание аппаратной и программной части будущего устройства, заключение договоров и соблюдение прочих формальностей. В какой-то момент даже была идея сделать мини-ПК в виде большой флешки - с одной стороны USB-порт, а c другой HDMI-выход. Подобные устройства с Android на борту сейчас в огромных количествах клепают китайские компании. Наконец, в 2011 году появились первые альфа- и бета-версии плат. И только в начале прошлого года первая партия Raspberry Pi отправилась на сборочный конвейер, а до заказчиков она добралась ближе к лету, потому что китайский подрядчик умудрился ошибиться при сборке, что вызвало дополнительные затраты времени на исправление ошибки.

Заметьте, Raspberry Pi — по сути некоммерческий проект. Так что нет ничего удивительного в том, что на его разработку ушло столько лет. Одновременно это ответ на недовольные возгласы в духе «А почему процессор такой, а не такой-то? Где мой гигабайт памяти? Нельзя что ли было добавить поддержку SATA? Почему нет модуля Wi-Fi/3G/Bluetooth?». Помилуйте, вам за $25 (или $35) предоставили добротную машинку для домашних экспериментов и «наколенных» проектов. В конце концов, новичку проще разобраться с Raspberry Pi, чем с микроконтроллерами; он намного удобнее и функциональнее плат мини-роутеров, которые нередко используются в исследовательских задачах ; его цена заметно ниже, чем у всех остальных одноплатных решений , пусть и более функциональных. Получается, что конкурентов у Raspberry Pi пока что нет. Ну что же, мы подробно рассказали об истории создания этого проекта, но до сих пор ни разу не обмолвились о том, что он собой представляет, что с ним можно сделать и какие у него недостатки.

⇡ Технические характеристики и возможности

Raspberry Pi называют одноплатным компьютером размером с кредитную карту. На самом деле сама плата чуть крупнее — 85,6x56x21 мм — и не имеет скруглённых краёв, к тому же некоторые порты попросту торчат снаружи, не говоря уж про карту SD, которая более чем на половину выпирает за пределы платы. Решить эту проблему могут «короткие» адаптеры для micro-SD. Весит устройство всего 54 грамма. Raspberry Pi выпускается в двух версиях — Model A и Model B. У Model A нет порта Ethernet, один порт USB 2.0 и 256 Мбайт RAM, а стоит она $25. Model B оснащена портом Ethernet 10/100 Мбит/с, двумя портами USB 2.0, объём оперативной памяти у неё в два раза больше. Всё это удовольствие продаётся уже за $35. Только учтите, что это «чистая» цена, без учёта возможных налогов и расходов на доставку. Нам, к примеру, приобретение Model B обошлось чуть ли не два раза дороже. Также при покупке стоит обратить внимание на маркировку SoC. Номер партии для «старых» версий Model B с 256 Мбайт RAM начинается с K4P2G, а у ревизии с 512 Мбайт памяти — с K4P4G.

Схема Raspberry Pi Model с www.raspberrypi.org

По идее, начиная с этого года все Raspberry Pi Model B должны иметь полгигабайта RAM, но на складах перекупщиков вполне могли заваляться более ранние модели. Лицензией на производство плат обладают компании Premier Farnell, RS Components и Egoman. Причём последняя выпускает платы красного цвета, которые могут предлагаться только на китайских территориях. К первой годовщине проекта RS Components выпустили юбилейную партию плат синего цвета объёмом 1000 штук. Эти же компании имеют право продавать Raspberry Pi, а в США распространением занимается Allied Electronics. Так что все остальные магазины попросту закупают большие партии устройств у этой четвёрки и перепродают конечным потребителям. Обе модели плат от разных производителей (сборкой занимаются заводы Sony, Qisda и Egoman), имеют некоторые несущественные различия , но по большому счёту они идентичны.

Основой Raspberry Pi является система-на-кристалле, Broadcom BCM2835 (линейка BCM2708), которая включает процессорное ядро ARM11 с базовой частотой 700 МГц (возможен разгон до 1 ГГц) и графическое ядро Broadcom VideoCore IV. Из-за того, что использована ныне слегка устаревшая архитектура ARMv6, ряд дистрибутивов не поддерживают данный процессор. К ним относится, например, Ubuntu. Про Android тоже нельзя сказать, что он хорошо работает. С другой стороны, разработчики приложили максимум усилий для того, чтобы как следует подготовить ОС к работе на данном железе, чего, кстати говоря, не скажешь о многих других одноплатных ARM-компьютерах. GPU поддерживает стандарты OpenGL ES 1.1/2.0, OpenVG 1.1, Open EGL, OpenMAX и способен кодировать, декодировать и выводить Full HD-видео (1080p, 30 FPS, H.264 High-Profile). Для аппаратного ускорения MPEG-2 и VC-1 лицензии придётся докупать отдельно, и это ещё один повод напомнить, что стоимость лицензий и патентных отчислений вносит далеко не самую маленькую лепту в конечную цену почти любого высокотехнологичного устройства.

Чип памяти производства Samsung или Hynix напаян прямо поверх основного чипсета, так что увеличить RAM самостоятельно не получится. Память здесь общая, поэтому пользователь сам выбирает, сколько мегабайт отдать GPU. Видеовыходов два — композитный RCA (576i или 480i, PAL-BGHID/PAL-M/PAL-N/NTSC/NTSC-J) и HDMI 1.3a с поддержкой HDCP и протокола CEC (управление с одного ПДУ всеми мультимедийными устройствами). Так что для создания простенького медиацентра Raspberry Pi вполне подойдёт, а наличие готового решения Raspbmc значительно упрощает задачу. Выбор именно таких видеовыходов объясняется очень просто — компьютер, как в давние времена, рассчитан на подключение к телевизору, а не к мониторам. Поэтому нет, например, разъёма DVI. Ну и ладно, переходник с HDMI можно купить самому. (Сами видите, столько всего ещё можно или даже нужно докупить к этой плате ) Звук либо передаётся через HDMI, либо выводится через обычное 3,5-мм гнездо.

Встроенное устройство для чтения карт памяти гарантированно работает с большинством SD-карт объёмом до 32 Гбайт. Загружаться Raspberry Pi умеет только с карточек SD. Если точнее, то сама ОС может располагаться на USB-накопителе, но вот загрузчик всегда должен быть на SD. Кнопок включения и сброса нет — устройство само включается при подаче питания. Питается Raspberry Pi от порта micro-USB или с пары выделенных выводов GPIO. Для Model A рекомендуется источник на 5 В и 500-700 мА, а для Model B на 5 В и 700-1200 мА. То есть порта USB 3.0 или зарядного устройства для телефона должно хватить, хотя лучше подобрать более стабильный источник питания. Сами платы потребляют чуть меньше, но часть энергии требуется для работы подключенных к USB-портам устройствам. Альтернативный вариант — питание от подключенного к плате USB-хаба с отдельным БП или аккумуляторов, но это не самое лучшее решение. Кстати, контроллер Ethernet в Model B тоже «висит» на шине USB. Индикация минимальная — на плате распаяно пять светодиодов. Три из них указывают на активность и режим работы Ethernet, а ещё два сигнализируют о наличии питания и работе с SD-картой.

А теперь — самое интересное: набор низкоуровневых интерфейсов, которые позволяют подключать к Raspberry Pi платы расширения, внешние контроллеры, датчики и прочие аксессуары. Во-первых, на плате есть 15-пиновые слоты CSI -2 для подключения камеры и DSI для установки дисплея. Во-вторых, имеется колодка на 26 линий ввода-вывода общего назначения (GPIO, General Purpose Input/Output), из которых по факту для управления доступно только 17 — не густо, но и не пусто. На них же реализованы интерфейсы UART, консольный порт, SPI и I²C. На новых ревизиях плат разведены, но не распаяны ещё четыре GPIO, дополнительно дающие I²C и I²S. Если вам не знакомы все эти аббревиатуры, то не пугайтесь — это названия широко распространённых в микроэлектронике стандартов подключения одних устройств к другим. Использование GPIO — это как раз самое интересное и творческое применение Raspberry Pi.

Впрочем, недостатков у него тоже хватает. В нём, к примеру, нет собственных часов реального времени (Real Time Clock, RTC). Тех самых, которые «помнят» текущее время и идут сами по себе. Поэтому единственный способ получения времени - это синхронизация с NTP-серверами. SoC содержит в себе цифровой сигнальный процессор (DSP), но полного доступа к его API, по-видимому, до сих пор нет. Выводы GPIO никак не защищены от короткого замыкания, поэтому ошибка в монтаже может сгубить весь мини-ПК. Также они способны обрабатывать только цифровые сигналы. Видеовыходы не могут одновременно выводить картинку. Аудиовхода вообще нет. В общем, недостатков у Raspberry Pi хватает. А ещё его пример хорошо иллюстрирует процесс разработки современных устройств. Взять те же часы. Они оказались на удивление дорогим компонентом, от которого решено было отказаться. При этом разработка устройства происходила на добровольных началах, то есть никто за неё не платил. Стоимость компонентов снижается при увеличении заказа, а первую партию в 10000 штук совсем уж серьёзной не назовёшь. Сборка, доставка, налоги, пошлины, лицензии и так далее — всё это требует денег. Да и дистрибьюторы тоже хотят получить свою копеечку. И всё равно в итоге удалось уложиться в $25.

Одноплатный мини-ПК Raspberry Pi
	Model A	Model B
Цена	$25	$35
System-on-a-chip (SoC)	Broadcom BCM2835 (CPU + GPU)
CPU	700 МГц ARM11 (ядро ARM1176JZF-S), возможен разгон до 1 ГГц
GPU	Broadcom VideoCore IV
Стандарты	OpenGL ES 1.1/2.0, OpenVG 1.1, Open EGL, OpenMAX
Аппаратные кодеки	H.264 (1080p30, high-profile); MPEG-2 и VC-1 (лицензия продаётся отдельно)
Память (SDRAM, общая)	256 Мбайт	512 Мбайт; 256 Мбайт (до 15.10.2012)
Порты USB 2.0	1	2
Видеовыход	1 x HDMI 1.3a (CEC), 1 x RCA (576i/480i, PAL-BGHID/M/N,NTSC, NTSC-J)
Аудиовыход	Гнездо 3,5 мм, HDMI
Карт-ридер	SD/MMC/SDIO
Сеть	-	Ethernet-порт RJ45 10/100 Мбит/с
Интерфейсы	20 x GPIO (SPI, I 2 C, UART, TTL); MIPI CSI-2, MIPI DSI
Энергопотребление	500 мА (2,5 Вт)	700 мА (3,5 Вт)
Питание	5 В через порт micro-USB или GPIO
Размеры	85,6x56x21 мм
Масса	54 г

Неудивительно, что некоторые пользователи скупают Raspberry Pi пачками и «прикручивают» к чему попало. Эта машинка может стать в ваших руках и медиацентром, и управляющим центром «умного дома», и игровой приставкой для любителей 8-битной классики , и сердцем радиоуправляемых моделей. Тут уж всё зависит от вашей фантазии, желания и прямоты рук. В Сети есть немало примеров, готовых проектов, сообществ пользователей и целых магазинов, посвящённых Raspberry Pi. Есть даже официальный очень-очень скромный The Pi Store с небольшим количеством ПО, игр, руководств и собственным журналом. Короче: «Ищущий да обрящет!» Для начала рекомендуем пролистать списки проектов на официальном форуме или же ознакомиться с наглядными примерами от Adafruit и Element14 . Ну а мы переходим ко второй части нашего обзора — практической, в которой рассмотрим процесс начальной настройки Raspberry Pi и установим на него клиент BitTorrent Sync.

Hi-Fi аудиоплеер на базе миникомпьютера «Raspberry Pi». Часть 1. Блок питания для Raspberry Pi (5V, 2A)

Цепочка C31, R15 обеспечивает нулевое состояние триггера при включении блока питания в сеть 220 V.

Задержка выключения нужна потому что после программного выключения, после того как все GPIO погашены, ещё 2-3 секунды идёт обращение к флеш-памяти миникомпьютера (там установлена операционная система). Это ещё одна небольшая проблема, которую необходимо предусмотреть в данном блоке питания.

Программное обеспечение

Код программы, выдающей сигнал «RPi_OFF»
#include "stdlib.h" #include "bcm2835.h" #define PIN_12 RPI_V2_GPIO_P1_12 #define PIN_07 RPI_V2_GPIO_P1_07 int init_system (void) { if (!bcm2835_init()) return 0; bcm2835_gpio_fsel(PIN_12, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP); //пин на выход bcm2835_gpio_fsel(PIN_07, BCM2835_GPIO_FSEL_INPT); //как вход } int main (int argc, char *argv, char *enpv) { if (!init_system()) return 1; bcm2835_gpio_write(PIN_12, HIGH); // (Машина загружена) //ожидания низкого уровня (кнопки выключения) while(bcm2835_gpio_lev(PIN_07)) delay(50); system("poweroff"); return 0; }
Этот код у меня включен в основном программном обеспечении, здесь он просто как рабочий пример для ознакомления или повторения. Далее надо добавить эту программу в автозагрузку. Для этого в файл /etc/rc.local в конце перед EXIT 0 добавим:
#! /bin/sh …… /programs/autorun.sh & EXIT 0

Папку проекта «programs.zip» можно скачать в секции «Файлы» внизу статьи. autorun.sh - это наш исполняемый скрипт, который запустит программу. В нем:
#! /bin/sh ./programs/project_pin_on/bin/pin12on exit 0

ШИМ-контроллер DP408P (1M0880) в импульсном БП

Здесь стоит уделить внимание замечательной микросхеме ШИМ-контроллеру DP408P (аналог 1M0880). DP408P работает на частоте 25 КГц, 1M0880 – 64 КГц. За время моих испытаний, попыток изготовить идеальных трансформаторов и т.п., сложилось впечатление, что убить чип невозможно. Без снабберных цепей я её включал, перегружал, все ей нипочём. Рекомендую чип для тех, кто впервые решил построить обратноходовой преобразователь. Я так ни одной микросхемы и не сжег. DP408P можно наковырять в старых СRT мониторах от SAMSUNG. Даташит, к сожалению, на нее не найти, но у меня в наличии так же имелась и 1M0880 и, в результате сравнения, выяснилось, что они практически одинаковые.

Микросхема включается, как только напряжение её питания превысит 15 V. Микросхема выключается, когда напряжение питания упадет до 8,5-9 V. То есть, после того, как микросхема включилась, напряжение не обязательно должно быть 15 V и выше, но желательно.

Если напряжение питания превысит 27 V (25V для 1М0880), срабатывает защита и микросхема выключается. Следующая попытка включения пройдёт только после снятия питания, если напряжение питания упадет ниже 8,5-9 V и опять превысит 15 V.

В процессе испытаний, например, свеженамотанного трансформатора, удобно сначала запитать ШИМ от отдельного лабораторного блока питания. Надо помнить про очередность подачи напряжений: сначала высокое 308 V, затем 15 V.

Для первичного запуска используется отдельный выпрямитель D5. За счёт R6 и С18 напряжение питания достигает уровня 15 V немного позже появления 308 V. ШИМ запускается, потребляя около 20 мА. И если не подключить обмотку самопитания, С18 разряжается и микросхема выключается. Затем опять зарядится конденсатор, и процесс запуска повторится снова.

В конце подключаем обмотку самопитания. Намотать обмотку надо так, чтобы напряжение 15-17 V было на минимальной нагрузке - нагрузке холостого хода (в моем случае ок. 0,25 Вт).

В данном блоке питания я не стал применять самодельные трансформаторы, Был применен трансформатор от убитого молнией AC/DC вот такого адаптера:

Рис 4. Доноры импульсных трансформаторов

Питал этот адаптер какой-то роутер или свитч, не помню уже, с заявленными параметрами 5V 2A MAX.

Дело в том, что я не смог намотать трансформатор лучше, чем этот. Как я не изгалялся - выбросы при закрывании силового транзистора микросхемы были больше чем с данным китайским трансформатором. Ну и ладно!

Вооруженным глазом

Посмотрим, что же получилось:

Рис 5 . Осциллограмма (pin-1 IC1), нагрузка 2.1А (Сток силового транзистора).

Рис 6 . Осциллограмма (pin-1 IC1), нагрузка 2,1 А. (Выброс срезанный снаббером)

Рис 7. Осциллограмма (pin-1 IC1), нагрузка 50 mА. (Сток силового транзистора).

Рис 8. Осциллограмма (pin-1 IC1), нагрузка 2,1 А. (38 nS на 300 V).

По температуре: снабберный резистор при нагрузке 2,1 А = 50°С, DP408 = 37°С, трансформатор = 40°С. Температуру измерял бесконтактным термометром для младенцев.

И ещё фото конструкции

Рис 9. Блок питания – вид слева.

Рис 10. Блок питания – вид снизу.

Рис 11. Плата A2.

На рисунке 11 плата A2. Три светодиода разного цвета и под ними кнопка. В корпусе кнопка имеет стеклышко (см. видео) поэтому крайние светодиоды загнул, чтобы светили к центру. Плата выполнена по аналогии родной платы видеомагнитофона (корпус применил от видеомагнитофона).

Видео

Система не оптимизирована поэтому «Малина» загружается долго, да и флешка с операционной системой медленная. Потом вставлю настоящую,

Raspberry Pi – это инновационный продукт от английских разработчиков. Их главной целью было популяризировать компьютерное образование среди широких слоев населения, сделать программирование более обширной и доступной дисциплиной и побудить больше людей создавать что-то новое при помощи новых технологий.

Название продукта Raspberry Pi означает «малиновый пирог» , компания-производитель таким образом сделала акцент на том, что этот компьютер предназначен в первую очередь для детей.

Что представляет собой это изобретение, и каково применение Raspberry Pi в современном мире, об этом мы и расскажем ниже.

Особенности компьютера Raspberry Pi

Устройство Raspberry Pi представляет собой маленький компьютер в виде одной платы без корпуса. Разработчики призывают так детей и взрослых обращать внимание не только на пользование компьютерами, но и на его изучение изнутри, а также предлагают задействовать фантазию и сделать другим что-то свое на базе этого компьютера.

Как полагают разработчики, устройство Raspberry Pi должно выполнять такие образовательные цели:

заинтересовывать школьников развивать навыки программирования;
способствовать в начинаниях молодых программистов;
помогать опытным компьютерщикам открывать новые горизонты, и делать новые достижения в области программирования.

В родной стране устройства Raspberry Pi – Великобритании, его полный комплект можно приобрести всего за 75 фунтов. Сам комплект при этом состоит из таких составляющих:

самого мини-компьютера Raspberry Pi модели В;
микро- CD (8 гигабайт);
клавиатуры;
оптической мыши;
микро-адаптера CD Card ;
источника питания;
кабелей HDMI и микро USB .

Первая партия Raspberry Pi производилась в Поднебесной, но с конца 2012 года производство целиком перенесено в Великобританию, на завод в Пенкойде (Уэльс). В среднем, завод производит порядка 40 тысяч мини-компьютеров Raspberry Pi в неделю.

Технические характеристики Raspberry Pi

Итак, какие же технические характеристики этого уникального компьютера без корпуса, давайте выясним:

Применение компьютера Raspberry Pi для дома

Наиболее применяемая модель мини-компьютера Raspberry Pi – это модель В на 215 Мб оперативной памяти с поддержкой Ethernet . Также есть еще одна модификация прибора, в которой компоненты размещены более компактно, также она имеет четыре порта USB , количество портов ввода и вывода GPIO в ней существенно больше, кроме того, отсутствует композитный видеовыход.

Сферы применения компьютера Raspberry Pi достаточно широки. Несмотря на то что этот прибор не слишком мощный, но при этом это вполне полноценный компьютер. Если вам нужна машина для решения простейших задач, которые не требуют применения мощных ресурсов в плане вычисления, то вы смело можете подключать к устройству Raspberry Pi стандартные элементы машины:

монитор;
мышь;
клавиатуру;
подключение любого дистрибутива ОС Linux .

В домашних условиях устройство Raspberry Pi вы можете использовать в таких целях:

создание домашнего медиа-сервера;
как сервер хранения данных;
в качестве «мозгового центра» для автоматизированных станков или роботов;
как сервер домашней автоматизации (или системы «умный дом»).

Как мы видим, сферы применения Raspberry Pi для частных нужд могут быть разные. В основном – это узкопрофильные задачи, связанные с работой программистов или других разработчиков. А если говорить о широком применении, то стоит ознакомиться с особенностями применения Raspberry Pi для систем домашней автоматизации или так называемого умного дома . Давайте рассмотрим практическую сторону этого вопроса.

Любая система домашней автоматизации или же так называемый умный дом является достаточно сложной и многоструктурной. Помимо того, что она призвана выполнять те или иные сценарии, которые задаются ей пользователем, она имеет свойство принимать свои собственные решения в определенной нештатной ситуации. Смело можно сказать, что такая система имеет задатки искусственного интеллекта .

Многие сегодня применяют понятие «умный дом» ко всему, например:

сигнализации GSM ;
датчику протекания воды;
световому управлению датчикам движения и т.д.

Все эти явления могут входить в структуру домашней автоматизации, но являться ею по отдельности они не могут.

Система домашней автоматизации («умный дом») включает в себя такие компоненты:

центральный сервер;
он связан посредством интерфейса RS485 с контроллерами, которые стоят в каждой комнате и помещении дома;
к контроллерам подключены те или иные управленческие устройства для защиты, контроля и регулирования работы системы.

Такая сетевая архитектура данной системы хороша тем, что у владельца дома нет необходимости протягивать от каждого устройства к серверу неудобные провода, а нужно просто соединить контролеры, к которым они подключаются посредством одного кабеля UTP. Одна пара его проводов применяется для интерфейса RS485, а другие питают датчики и контроллеры. Стоит отметить, что структура работы предусмотрена таким образом, что если выйдет из строя один из контроллеров или несколько, или даже будет нарушена работа центрального сервера, на работу системы в целом это влиять не будет.

А мини-компьютер Raspberry Pi в данной системе и является центральным сервером . На него нужно установить Веб-сервер, с помощью которого любой пользователь посредством своего мобильного устройства (смартфона, планшета или ноутбука) сможет посредством обычного браузера иметь данные обо всех процессах, которые происходят в доме и управлять этими процессами. Доступ к серверу пользователь имеет посредством логина и пароля через домашнюю локальную сеть или через глобальную сеть, если входить в нее через Wi - Fi -устройство.

К последовательному порту устройства UART посредством согласовывающего прибора через интерфейс RS485 подключают контроллера, которые оснащены разным набором выводов или вводов. Также к этому же интерфейсу можно подключать GPS -модель и с его помощью иметь доступ в систему посредством мобильной или стационарной телефонной связи, если пользователь находится в зоне, где нет доступа в Интернет. Доступ разрешается также через пароль, как и в предыдущем случае. Еще одно устройство в сети – это радиомодуль , с помощью которого можно привязать к общей системе все радиодатчики и пульты дистанционного управления.

Итак, существующая на сегодняшний день версия системы домашней автоматизации на базе компьютера Raspberry Pi состоит из центрального сервера и контроллеров с интерфейсом RS485, которые нужны для связи с сервером. Их описание выглядит так:

А сейчас давайте узнаем, каким образом устройство Raspberry Pi было применено изобретателями для создания инновационных изделий . Рассмотрим некоторые из них.

Конструктор Kano

Конструктор Kano для детей – это не просто обычный конструктор, это модульный компьютер, собрать такую головоломку сможет даже ребенок. Набор конструктора включает в себя следующее:

Таким образом, даже ребенок может сам собрать компьютер, который затем подключается к монитору или телевизору посредством HDMI -порта .

Такой конструктор изначально был создан для детей, но стал популярным и среди взрослых. Средства на разработку и реализацию этого проекта были собраны посредством платформы для сбора средств на творческие изобретения. Благодаря собранному компьютеру можно выполнять такие действия:

записывать музыку;
смотреть видео в формате HD ;
писать программы;
создавать свои игры.

Летающее устройство SkyJack

Другие изобретатели на базе компьютера Raspberry Pi создали аппарат-беспилотник SkyJack, который управляется посредством Wi - Fi соединения. Такой аппарат способен брать вертолетную высоту, отслеживать пути военных вертолетов и управлять ими, также с его помощью можно перехватывать радиосигналы и создавать помехи. Однако, несмотря на такие возможности, аппарат разрешен для массового пользования из-за своего небольшого радиуса действия.

Poppy: робот-инопланетянин

Робот Poppy был создан посредством трехмерной печати французской компанией INRIA Flowers . Робот управляется посредством мини-компьютера Raspberry Pi. Конструкция робота повторяет биологическое строение человека, он имеет суставы, позвоночник и сухожилия, его походка похожа на человеческую, он ходит, переступая с пятки на нос и равномерно руководить центом своей тяжести.

Что такое No More Woof?

No More Woof – это прибор, который пока находится на стадии разработки, и создается на базе Raspberry Pi. С его помощью хозяин будет понимать, что хочет его пес. Так, прибор будет прикрепляться к голове животного и работать по принципу электроэнцефалографа, то есть считывать информацию с головы собаки и передавать ее хозяину посредством Raspberry Pi. Когда подобный прибор будет готов и каким образом он будет точно использоваться, пока неизвестно, но подобные гарнитуры, пусть не настолько совершенные, уже применялись профессиональными кинологами.

Все видят, что с наступлением нового тысячелетия интерес к компьютерам у нового поколения и не только является исключительно потребительским. Дети не хотят учиться программировать и создавать что-то новое, а хотят быть исключительно «юзерами». Разработчики Raspberry Pi уверены, что их устройство вернет былой интерес людей к изучению вычислительных наук и заставит их не только пользоваться новыми технологиями, но и создавать их.

Здравствуйте друзья

После того, как я испытал возможности системы управления умным домом Domoticz на своем настольном компьютере и убедился в том, что она отлично дополняет, а где и заменяет Mi Home - штатную систему Xiaomi - я решил приобрести для нее отдельный одноплатный компьютер - Raspberry Pi. И в этом обзоре я расскажу про свой опыт.

Вступление

Для тех кто не читал мой первый обзор про Domoticz - . Буквально после первых удачных экспериментов, я загорелся идеей отдельной аппаратной базы для нее, в качестве рабочей платформы настольный ПК не подходит. Выбор свой я остановил, после штудирования пабликов - на Raspberry Pi Model 3 B - компактный но мощный одноплатный компьютер на базе Soc процессора BCM2837 с 4 ядрами Cortex-A53, работающим на частоте 1.2GHz, 1GB ОЗУ и беспроводными модулями Wi-Fi и Bluetoth 4.1.

Комплект

В свой заказ я включил 4 позиции -

Что интересно в магазине имеется две модификации - китайская и английская. На момент покупки китайская стоила на 7 долларов дешевле, ее я и взял. Чего там китайского - честно говоря для меня загадка.

Медные радиаторы для Raspberry Pi - страница товара

Еще для полного комплекта вам понадобится microSD карта - не менее 4 GB и HDMI кабель. У меня в загашнике был и кабель и карта на 32 ГБ, потому покупать не стал.

Что в посылке

Через положенный срок - чуть более двух недель, курьер принес посылку с моим заказом.

Рассмотрим подробнее. Блок питания с вилкой Тип С и разъемом micro-USB.

Заявленный максимальный ток - 2А при напряжении 5 В.

Тестовое включение с нагрузкой в 2А - показывает некоторое проседание напряжения, но в пределах допустимого, блок питания - более-менее честный.

Комплект из трех медных радиаторов в пакетике, для пассивного охлаждения.

Все радиаторы имеют квадтарную форму, два радиатора с штырями и длиной стороны около 12 мм и один плоский со стороной около 15 мм.

Корпус из темного пластика с выдавленным изображением ягоды малины на крышке

Размеры корпуса - примерно 90 на 65 мм

Корпус разбирается на 5 частей - держится все защелках, никаких винтов.

С аксессуарами покончено - пора переходить к самому главному

RASPBERRY PI 3 MODEL B

Raspberry Pi 3 Model B является прямым наследником Raspberry Pi 2 Model B. Плата полностью совместима с предшественником, но наделена большей производительностью и новыми средствами коммуникации:
64-х битным четырёхядерным процессором ARM Cortex-A53 с тактовой частотой 1,2 ГГц на однокристальном чипе Broadcom BCM2837; встроенными Wi-Fi 802.11n и Bluetooth 4.1.
Кроме того, процессор имеет архитектуру ARMv53, а значит вы сможете использовать любимую операционную систему: Debian Wheezy, Ubuntu Mate, Fedora Remix и даже MS Windows 10.

Технические характеристики подробнее

CPU - Broadcom BCM2837, ARM Cortex-A53 Quad Core, 1.2 GHz
Количество ядер процессора - 4
GPU - VideoCore IV 3D
RAM - 1 GB
Хранилище - microSD
Сетевые возможности
Ethernet 10/100
WiFi 2.4G 150 mb/s
Видео вывод - HDMI
USB порты - 4
Беспроводные возможности - Bluetooth
Аудио вывод - 3,5 Jack
85,6 х 53,98 х 17мм, 45 грамм

В коробке имеется документация и буклет по быстрой установке - кстати на английском языке, а так же пакет из плотной коричневой бумаги с компьютером.

На одной из длинных сторон компьютера размещены порты micro USB для питания, полноразмерный порт HDMI, CSI-2 Camera port - для подключения камеры по интерфейсу MIPI, 3,5 мм аудиоразъем. Так же на верхней стороне находится модуль процессора и Ethernet/USB Hub lan9514-jzx

На торцевой стороне скомпонованы 4 USB порта и порт Ethernet

На другой стороне материнской платы находится 40 контактов ввода/вывода общего назначения (GPIO)

На второй торцевой стороны - находится DSI Display Port для подключения штатного дисплея

На нижней стороне платы находится модуль памяти LPDDR2 SDRAM - EDB8132B4PB-8D-F

И micro-SD разъем для карты памяти

Медные радиаторы ставятся на USB/Ethernet Hub и процессор с одной стороны

И на чип памяти с другой. Этот радиатор плоский - не мешает установке платы компьютера в корпус

В корпус все устанавливается отлично, винтовых соединений нет - садится на пластиковые выступы.

Все вырезы на корпусе в точности совпадает с разъемами компьютера

Для запуска нам потребуется внешний монитор (телевизор) с HDMI входом, USB клавиатура, будет удобнее если так же будет и мышка и питания. Монитор, клавиатура и мышка - понадобятся только на момент установки, дальше достаточно будет только блока питания.

Установка операционной системы

Для установки операционной системы, первым делом необходимо загрузить архив с дистрибутивами - отсюда . Пока скачивается почти полутора гигабайтный архив, загружаем утилиту для форматирования SD карты - SD Card Formatter - отсюда . Этот дистрибутив гораздо компактнее - всего 6 МБ, поэтому не теряя времени, устанвливаем программу

и, после установки, вставляем карту памяти в картридер (у вас же есть картридер не правда ли) и запускаем SD Card Formatter. В меню Options необходимо установить “FORMAT SIZE ADJUSTMENT” в “ON”

Дождавшись завершения загрузки большого дистрибутива, открываем полученных архив и распаковываем его содержимое на свежеотформатированную флешку.

Следующий шаг - первый запуск Raspberry Pi (флешку с записанным дистрибутивом, конечно устанавливаем в него). Извините за качество нескольких следующих фото - с экрана телевизора:(

При первом запуске стартует меню выбора операционной системы - что ставить, причем в списке имеется даже версия WIndows 10 для Raspberry Pi. На этом этапе можно выбрать язык (внизу экрана) - русский есть и подключится к Wi-Fi сети - кнопка Wi-Fi networks

Нужная мне опарационка - Raspbian базирующаяся на Linux Debian - представлена в двух вариантах, lite И полном, с графическим интерфейсом. Я выбрал полную версию

После этого можем спокойно идти пить чай с баранками, установка займет довльно длительное время.

Периодически измеряя температуру во время установки, максимально что я видел - 38 градусов.

После завершения установки и перезагрузки компьютера, загружается рабочий стол Raspbian

Единственное что я сделал здесь - это в настройках включил SSH - для того чтобы управлять системой с настольного ПК, все остальное я уже делал через терминал.

Для управления Raspberry с настольного ПК, нам понадобится любая программа терминал, я использую старый добрый Putty

Имя пользователя и пароль по умолчанию - pi и raspberry . Для смены пароля воспользуйтесь командой passwd .

eth0 - это Ethernet

lo - это локальный интерфейс 127.0.0.1

wlan0 - это wi-fi интерфейс

а для того что бы отредактировать файл с настройками - вводим команду

sudo nano /etc/dhcpcd.conf

и в открывшемся файле, пролистав в конец добавляем нужные настройки в зависимости от того какой интерфейс мы будем использовать.

Например мы хотим использовать адрес 192.168.0.222, маска 255.255.255.0, адрес шлюза и DNS - 192.168.0.1

Для Ethernet вставляем

static ip_address=192.168.0.222/24
static routers=192.168.0.1

interface wlan0
static ip_address=192.168.0.222/24
static routers=192.168.0.1
static domain_name_servers=192.168.0.1

Для выходя из редактора нажимаем ctrl+x
Для сохранения изменений - нажимаем “Y” и затем enter

Установка Domoticz

Большая часть работы по настройке уже закончена, теперь нам нужно установить систему Domoticz. Делается это одной командой -

sudo curl -L install.domoticz.com | sudo bash

Которая инициализирует процесс загурзки и установки системы

В процессе установки, инсталлятор задаст вопросы по поводу места установки и т.п. - все эти моменты я оставил по умолчанию.

После успешной установки, инсталлятор напишет адреса и порты веб интерфейса системы Domoticz

Но, для работы с шлюзом Xiaomi - нам нужна beta версия системы. Обновление до крайней версии беты производится командами

cd ~/domoticz
sudo ./updatebeta

После этого, мы можем приступать к добавлению устройств в систему Domoticz - про это я уже рассказывал в своем предыдущем обзоре про нее.

На данный момент я уже перенес все свои рабочие сценарии с Windows версии на Raspberry - кстати стоит добавить что обе системы мирно сосуществуют одновременно. Для обеспечения бесперебойного питания миникомпьютера достаточно использовать PowerBank, который позволяет одновременно питать устройство и получать питание от внешнего источника.

Видеоверсия обзора:

Все мои обзоры устройств Xiaomi в хронологическом порядке - Список

Надеюсь обзор был полезен и интересен, спасибо за внимание.