Raspberry Pi jako uniwersalne narzędzie elektronika (i nie tylko)

Systemy wbudowane są dziś nieodzownym elementem większości urządzeń elektronicznych codziennego użytku. Platformy oparte na minikomputerach jednopłytkowych (SBC) charakteryzują się szczególnie dużą uniwersalnością – spora moc obliczeniowa, możliwość łatwego programowania praktycznie w dowolnym języku (prym wiodą tutaj Python oraz C/C++, choć coraz częściej można spotkać np. środowiska oparte na JavaScript), dostępność portów GPIO i niewielkie wymagania pod względem poboru mocy stanowią istotne zalety dla konstruktorów i integratorów systemów. Warto jednak wiedzieć, że niewielkim nakładem kosztów i pracy można stworzyć na bazie wybranego SBC niezwykle przydatne urządzenie, które pomoże w codziennej pracy inżynierskiej czy… naukowej! W tym artykule przedstawiamy kilka ciekawych projektów, opartych na bodaj najpopularniejszym minikomputerze na świecie – Raspberry Pi.

Oscyloskop i analizator stanów z Raspberry Pi

Doskonałym sposobem wykorzystania Raspberry Pi w praktyce elektronika jest budowa niewielkiej, ale potężnej pod względem możliwości technicznych platformy pomiarowej. Do tego celu można użyć np. kultowego już urządzenia BitScope Micro M5. Połączenie tej uniwersalnej sondy pomiarowej z Raspberry Pi oraz dowolnym wyświetlaczem LCD pozwala na uzyskanie pełnowartościowego zestawu, zarówno do użytku w pracowni, jak i w terenie – wystarczy jedynie zapewnić źródło zasilania (do tego celu można użyć np. wydajnego powerbanka). Choć po maleńkim, mieszczącym się w dłoni urządzeniu trudno byłoby spodziewać się parametrów znanych z oscyloskopów od wiodących producentów urządzeń pomiarowych, to jednak możliwość szybkiego „podejrzenia” przebiegów analogowych lub ruchu na szynie SPI bądź I2C dla każdego elektronika stanowi nieocenioną pomoc w wielu sytuacjach.

Analiza sieci za pomocą Raspberry Pi

Dla osób zajmujących się tworzeniem, testowaniem lub utrzymaniem sieci komputerowych oraz urządzeń sieciowych niezbędna jest możliwość sprawnej analizy ruchu sieciowego. Przeznaczona do tego celu dystrybucja Linuksa – Kali Linux – doczekała się na szczęście kompilacji przeznaczonej specjalnie dla „maliny”. Wystarczy do tego celu jedynie minikomputer Raspberry Pi, wyświetlacz (najlepiej dotykowy) oraz podsystem zasilania.

Rejestrator danych z Raspberry Pi

Ciekawy projekt rejestratora pozycji oraz danych pomiarowych przedstawił Joshua Hypes na portalu hackster.io. Konstrukcja urządzenia, wykonanego w estetycznej obudowie wykonanej w technologii druku SLS, opiera się na bazie minikomputera Raspberry Pi 3 Model B, nakładce Sense Hat oraz kilku dodatkowych modułach, w tym: ładowarce akumulatorów litowo-polimerowych TP4056, przetwornicy DC/DC ze sterownikiem LM2577 oraz module komunikacyjnym GPS z markowym odbiornikiem u-blox. Dzięki obecności czujników, znajdujących się na pokładzie Sense Hat, urządzenie jest w stanie mierzyć temperaturę, względną wilgotność powietrza, ciśnienie atmosferyczne oraz przyspieszenie i rejestrować wymienione parametry w korelacji z aktualnymi współrzędnymi GPS. Dane z całej trasy mogą być analizowane i wizualizowane za pomocą narzędzi darmowych (np. LibreOffice), jak i płatnych (Microsoft Excel czy Atlas 9).

Rapsberry Pi jako cyfrowy meteorolog

Ciekawym przykładem zastosowania Raspberry Pi są wszelkiego rodzaju stacje pogodowe oraz systemy obserwacji zjawisk atmosferycznych. Przykładowo, połączenie minikomputera (np. Raspberry Pi 4 Model B) ze scalonym detektorem wyładowań atmosferycznych (w tej roli interesujący układ AS3935) pozwala na wykrywanie „piorunów” w promieniu nawet 40 km. Do budowy urządzenia nie trzeba nic poza samym minikomputerem, modułem detektora oraz kilkoma przewodami połączeniowymi. Warto pomyśleć o połączeniu czujnika wyładowań atmosferycznych z miniaturową stacją pogodową. Do pomiaru kierunku i siły wiatru można wykorzystać zestaw SparkFun SEN-15901, wyposażony w nakładkę z wielokanałowym przetwornikiem ADC (np. Expander Pi), zaś do akwizycji danych dot. temperatury, wilgotności i ciśnienia atmosferycznego – zdalny, bezprzewodowy czujnik Bluetooth iNode Care Sensor PHT (zamknięty w odpowiednio zabezpieczonej obudowie).

Większość sprzętu przedstawionego w przykładowych projektach można znaleźć w sklepach internetowych. Jednym z najpopularniejszym z nich jest botland.com.pl, który jest oficjalnym dystrybutorem Raspberry Pi w Polsce.

Artykuł sponsorowany

magic9 napisał:

Do tego celu można użyć np. kultowego już urządzenia BitScope

Strata czasu i pieniędzy.
Normalny nowy oscyloskop o znacznie lepszych parametrach jest niewiele droższy. Do niego dokupić analizator za ~40zł.

Analizator sieciowy, zbieranie logów, monitorowanie usług a nawet rekonesans sieci komputerowej to dość naturalne zastosowanie dla RPi.
Dość popularne są konstrukcje serwerów plików NAS w oparciu o RPi, jednak ich wydajność/opłacalność jest dyskusyjna.
Natomiast ciekawe konstrukcje powstają po doposażeniu RPi w odbiornik DVB-T USB pełniącego rolę odbiornika SDR, nawet profesjonalne serwisy proponują konstrukcję odbiornika DIY na RPi zwiększającego pokrycie zasięgiem https://www.flightradar24.com/build-your-own

Te małe potwory świetnie odnalazły się w branży smart home systems. Zarówno w części OpenSource jak i systemach bardziej komercyjnych jak na przykład Ampio. Nie dziwi mnie to w ogóle bo jeśli mamy turbo komputer z linuxem na pokładzie, który można zamknąć w obudowie wielkości opakowania zapałek to nie ma sensu wyważanie otwartych drzwi

Raspberry Pi wiadomo, że do wielu rzeczy można wykorzystać. To w końcu komputer jest ze systemem. Oscyloskop też można dobry zrobić pod warunkiem, że zastosuje się dobry przetwornik AC oraz pamięć szybką do zbierania próbek i przede wszystkim dobry analogowy tor wejściowy.

Z tym aircrackiem na screenie to bardzo nietrafione zastosowanie. Wbudowana antena jest mega słaba do zbierania handshakow a cpu conajmniej 5-10x za słaby do dalszej "obróbki" *.cap.

Do jakiejkolwiek analizy/troubleshootingu ruchu po eth już lepszy będzie 10" netbook z atomem bo ma klawiaturę i wbudowany ekran.

Co do oscyloskopu to też niewypał. Pomijając USB, pozostaje zewnętrzny ADC po SPI, ale trzeba by zbudować dodatkowo cały frontend i oprogramowanie a nie mogę nigdzie znaleźć porządnego działającego projektu.

Ja na raspberry pi3 zrobiłem cyfrowe urządzenie do kreślenia charakterystyk układów półprzewodnikowych.
Mogę kreślić charakterystyki diod i tranzystorów.

pawelr98 napisał:

Ja na raspberry pi3 zrobiłem cyfrowe urządzenie do kreślenia charakterystyk układów półprzewodnikowych.
Mogę kreślić charakterystyki diod i tranzystorów.

Brzmi ciekawie, będziesz może prezentował w dziale DIY albo już to robiłeś i podeślesz linka?

quinty napisał:

pawelr98 napisał:

Ja na raspberry pi3 zrobiłem cyfrowe urządzenie do kreślenia charakterystyk układów półprzewodnikowych.
Mogę kreślić charakterystyki diod i tranzystorów.

Brzmi ciekawie, będziesz może prezentował w dziale DIY albo już to robiłeś i podeślesz linka?

Moja praca inżynierska za którą dostałem ładne 5. Bronić nie musiałem bo są tylko dwie recenzje na ocenę.

Ze zdjęciami i prezentowaniem trochę ciężko, sprzęt siedzi w Gdańsku, a ja w Bydgoszczy. Wyjeżdżając z Gdańska nie miałem jak tego sprzętu zabrać.

Mam ich trochę ale nie tak znowu dużo. No i pełen opis słowny każdego elementu na schemacie, w końcu jakoś trzeba zrobić ilość stron w pracy. Ja nie robiłem tabelek i wzorów (nie były mi raczej do niczego potrzebne) to trzeba było nadrobić ilością tekstu.
Mam też wyniki zawarte w pracy.
Porównanie pomiarów różnych tranzystorów. Amerykański RCA 2N3055 kontra Tungsram 2N3055.Do tego pomiar KD502,BDP283,TG70, IRF540, pentoda paluszkowa 1Ż24b, dioda zenera, dioda schottky.

Możliwość sterowania prądem bazy w zakresie 0-51mA z krokiem 200µA oraz napięciem bramki 0-5.1V z krokiem 20mV. Przy czym żałuję, że nie spojrzałem praktycznie ani razu do książki, którą polecił mi mój promotor. Miałbym prostsze i lepiej działające źródło prądowe. Zajrzałem już na końcowym etapie pisania pracy i dopiero odkryłem prostsze rozwiązanie swojego problemu.
Napięcie główne 0-30V 2A, 2A ograniczenie sztywne sprzętowo i regulowane programowo (przerwanie procedury przy zarejestrowaniu zbyt wysokiego prądu).
Sterowanie napięciem głównym na PCF8591, prądem bazy/napięciem bramki zwykły MX7628, odczyt napięcia i prądu na INA226. Końcówka mocy 2xKT803a i regulacja napięcia głównego na uA723.
Program obsługiwany z konsoli napisany w C.
Można wybrać zakres napięcia i prądu testu, do 10 wartości prądu bazy/napięcia bramki na tranzystorze, możliwa regulacja czasów przetwarzania i uśredniania (proste menu wyboru i automatyczne operacje OR na rejestrach I2C INA226).
Rejestracja wyników do pliku tekstowego do analizy w arkuszu kalkulacyjnym.

Generalnie urządzenie wykonane raczej "chałupniczo" bo czas trochę naglił.
Tj. płytki drukowane dla ważnych obwodów są ale reszta to kabelki i trochę prymitywna obróbka mechaniczna. Ot kawał blachy z komputera do której przykręcałem elementy.

Tak wygląda porównanie 2N3055 tungsram, KD502 i SU169 dla 10mA.


Dla KD502 widać prąd zerowy kolektor-baza bo charakterystykę silnie odkształca. Efekt nagrzewania to raczej nie jest, najszybszy czas pomiaru (brak uśredniania i najszybsze przetwarzanie) nie wykazał jakiejś znaczącej różnicy poza większym szumem.

A tu dziadek germanowy TG70.

Rozwiązania sieciowe jak wykonanie NAS jęśli ma się juz dyski USB jest na RPi najtańsze.

Cieńki klient wychodzi taniej.