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Raspberry Pi – Die Einführung

Der Raspberry Pi ist ein Einplatinencomputer oder auch Mini-Computer mit einem ARM-Prozessor in der größe eines Smartphones. Er ist wohl der bekannteste seiner Art. Kurz gesagt, er ist ein kleiner, günstiger, stromsparender Computer. Aktuell gibt es das Gerät ab ca 30 Euro zu kaufen. Was hinter diesem kleinen Board steckt, haben wir uns für euch angeschaut. Wir gehen hierbei speziell Auf die Version 3 ein, da er der neuste und leistungsstärkste der Rasperry Pi Reihe ist.





Stromversorgung

Das kleine Gerät ist nicht nur im Anschaffungspreis günstig, sondern auch im Unterhalt. Der aktuelle Raspberry Pi 3 gibt sich mit 12,5 Watt (5 Volt und maximal 5 Ampere) zufrieden. Das entspricht einem Verbrauch (bei 25 Cent/kWh) von 27.38 € pro Jahr, wenn der Rasperry 24 Stunden am Tag mit Volllast läuft. Im Normalfall wird der Einplatinencomputer aber nicht 24/7 unter Vollast betrieben, was die Kosten im Normalfall auf unter 10 Euro pro Jahr senkt.

Ausstattung

Um mit dem Raspberry Pi nun arbeiten zu können, benötigt man noch eine SD-Karte (am besten eine Class 10 und mindestens 4GB), ein HDMI-Kabel und ein Ethernet Kabel. Ein Stromkabel mit Micro-USB Anschluss ist beim Kauf im Normalfall dabei. Bitte nehmt hierfür nicht die normalen Android Handyaufladekabel, da diese nicht genug Power liefern. Die gesamten Komponenten kann man entweder alle einzeln kaufen, was natürlich billiger kommt oder auch in einem Set. Der Vorteil eines Sets ist, dass die die richtigen Komponenten bereits alle vorhanden sind und nicht extra bestellt werden müssen. Der Raspberry Pi ist aktuell in verschiedenen Modellen vorhanden. Sie unterscheiden sich vor allem in Ausstattung (Bluetooth, WLAN, Leistung) und dem Preis. Aktuell empfehlen wir den Kauf der Version 3 (Modell B) oder dem Zero. Das liegt daran, dass die Preise kaum einen wirklich nennenswerten Unterschied aufweisen. Der Zero hingegen ist eine auf das Minimum geschrumpfte Version des Einplatinencomputers, weshalb auch er zu empfehlen ist. Es hat weniger Anschlüsse, weniger Leistung und die GIPO Leiste ist anstelle von 40 Lötpunkten verschwunden. Diese Minimalistische Version hat Ihre Vorteile im geringeren Kaufpreis, den geringen Stromkosten und der kleineren Platine.

Aber welche Anschlüsse stehen nun aktuell dem Raspberry Pi 3 zur Verfügung?

  • 40 Pin Steckerleiste mit GPIO Leiste
  • WLAN
  • Bluetooth
  • DSI Anschluss für Displays
  • RJ45 Lan/Ethernet Anschluss
  • 4 USB 2.0 Ports (Hub)
  • Micro USB 5V Buchse
  • HDMI
  • CSI Anschluss für Kameras
  • 3,5 mm Audio Klinke
  • Composite Video
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Zuletzt aktualisiert am 31. Mai 2018 um 4:04 . Wir weisen darauf hin, dass sich hier angezeigte Preise inzwischen geändert haben können. Alle Angaben ohne Gewähr.

Leistung

Hinter dem kleinen Board steckt richtig viel Leistung. Wir möchten hier ein wenig auf die Leistung des Raspberry Pi Modell 3 eingehen. Das aktuelle Modell 3 ist der leistungsstärkste Raspberry Pi, welcher bisher auf dem Markt erschienen ist. Er besitzt eine 64-Bit ARMv8 Architektur CPU mit einer Taktfrequenz von 1,2 GHz und 4 Cores. Somit ist er deutlich schneller, als sein Vorgänger. Diese wird von einem Broadcom-BCM2837-SoC (System-on-a-Chip) zur Verügung gestellt. Desweiteren stellt der Chip einen Video-Core IV mit H.264 Encoder/Decoder bereit. Mit 1 GB Arbeitsspeicher hat der Raspberry Pi zwar genau soviel RAM wie das Vorgängermodell Version 2, was aber im Normalfall dennoch vollkommen ausreicht. Wie schon erwähnt, hat der Raspberry Pi 4 USB 2.0 Ports und einen Ethernet Anschluss, welche technisch über einen internen HUB (shared Medium) verbunden sind. Im Klartext bedeutet dies, dass sich diese 5 Anschlüsse die Bandbreite eines USB 2.o Kanals teilen.

Projektvorschläge

Mit dem Raspberry Pi sind viele Projekte möglich. Der eigentliche Gedanke hinter dem Raspberry Pi war es, einen günstigen Computer für Schüler und Lernwillige zu entwickeln, mit welchem Sie Betriebssystem, Microcontroller und Programmieren lernen können. Doch heute wird der Pi auch für viele Projekte verwendet. Wir möchten euch nun mal ein paar Beispiele nennen. Einige davon haben wir schon selber umgesetzt und können auf Anfrage in den Kommentaren auch gerne Hilfestellung bei der Umsetzung geben.

  • Mediaserver mit Kodi oder Pley
  • Internetradio
  • Retro Spielekonsole
  • Magic Mirror
  • Minecraft Konsole
  • NTP Server
  • Haussteuerung (Licht, Rollo, Tür, Funksteckdosen)
  • Streaming Server
  • Cloudserver (Owncloud, Seafile, Nextcloud)
  • Druckerserver
  • Wassersteuerung
  • Monitoringserver mit Telegram Notifications
  • FM-Transmitter
  • Wetterstation

Betriebssysteme

Auf dem Raspberry Pi lassen sich viele Betriebssysteme installieren. Bevor es an das Projekt geht, muss man sich für eines entscheiden. Meistens wird wohl eine Linux Distribution verwendet. Doch auch Microsoft hat den Markt erkannt und hat überraschender Weise das „Windows 10 IoT Core“ an den Start gebracht. Diese Version von Windows ist kostenlos und mehr für Bastler oder Entwickler gedacht, da sie mit vielen Einschränkungen verbunden ist. Wie schon erwähnt wird auf Microcontrollern meist ein Linux verwendet. Wir möchten euch kurz die wohl bekanntesten für den Raspberry Pi auflisten:

  • Raspbian: Das ist wohl die bekannteste Linux Distribution für den Raspberry Pi. Es basiert auf Debian und ist extra an den Raspberry angepasst. Desweiteren stehen einige Pakete nur für diese Distribution – ohne extra kompilieren zu müssen – zur Verfügung.
  • Debian: Debian ist eine sehr stabile Distribution, welche deshalb oft im Serverumfeld verwendet wird.
  • Ubuntu: Ubuntu ist auch eine auf Debian basierende Distribution, welche vor allem sich durch die starke Community kennzeichnet.
  • Arch Linux ARM: Dies ist eine extra für ARM Prozessor basierende Arch Version, welche vor allem für fortgeschrittene Benutzer empfehlenswert ist.
  • OpenELEC: Eine speziell angepasste Distribution, um aus dem Raspberry Pi ein Multimedia Center mit Kodi zu basteln.

Programmierung

Oftmals ist es nicht einfach mit der Installation einer Software getan. Diese muss meist noch konfiguriert werden. Meistens werden aber auch eigene Programme oder Skripte benötigt, um die angeschlossenen Komponenten zu steuern. Hierfür können verschiedene Programmiersprachen verwendet werden. Sofern es sich nur um kleine Skripte handelt, wird im Normalfall ein kleines Bash-Skript (Bourne again Shell) reichen. Bei komplexeren Aufgaben werden andere Programmiersprachen verwendet. In der Welt der Einplatinencomputer wird meistens Python verwendet. Jedoch können auch andere Programmiersprachen verwendet werden. Auch beliebt sind hierbei sind C, C#, PHP oder Java. Das wichtigste ist wohl, sich eine Programmiersprache zu suchen, mit welcher man gerne arbeitet. Hier gilt häufig das Sprichwort: Viele Wege führen nach Rom. Seht euch Anfangs mal ein paar Sprachen an und entscheidet euch dann für eine.



wichtiges Zubehör

Um das Raspberry Pi zu betreiben ist zwingend ein Stromkabel mit Micro-USB Anschluss nötig. Dieses sollte – damit das Board zuverlässig und stabil läuft – mindestens 1000 mA Strom liefern bei einer Leistungsaufnahme von 5 Watt (entspricht 5 Volt). Der Raspi benötigt zwar im Leerlauf zwar nur ca 600 mA, jedoch erhöht sich dies mit den angeschlossenen Komponenten. Wir empfehlen jedoch mindestens ein 2 Ampere Stromkabel zu verwenden. Die Raspberry Pi Foundation empfiehlt für den Raspberry Pi Modell 3 sogar ein 2,5 A Netzteil.

Desweiteren wird meist ein HDMI Kabel, Tastatur und Maus, ein Ethernet/Lan Kabel und eine microSD Karte (Class 10 & min. 4 GB) benötigt. Auf diese Komponenten gehen wir nicht weiter ein, da dies Standard Komponenten sind.

optionale Komponenten

Um Projekte mit dem Raspberry Pi realisieren zu können, ist es oft nötig zusätzliche Komponenten zu kaufen. Diese sind meist nicht wirklich teuer, weshalb auch Projekte mit optionalen Komponenten gut zu realisieren sind. Wir haben uns die Mühe gemacht, euch die wichtigsten und meist verwendeten Komponenten einmal zusammenzustellen:

  • LED
  • Display
  • Transistoren
  • Relais
  • Temperatursensor
  • Bewegungssensor
  • Schallsensor
  • Ultraschallsensor
  • Feuchtigkeitssensor
  • Lichtsensor
  • Kamera Board
  • Bussysteme
  • Touchscreen

Erste Schritte

Ein- und Ausschalten

Wie ihr sicherlich schon bemerkt habt, hat keines der Raspberry Pi Modellen (oder andere Microcontroller) einen Ein- und Ausschalter. Das Gerät geht einfach bei Stromzufuhr an. Soweit so gut. Das Ausschalten ist das wichtige. Der Raspberry sollte während des laufenden Betriebs nicht einfach durch Stecker ziehen ausgeschaltet werden. Hierbei könnten Daten auf der SD Karte kaputt gehen. Manchmal sogar die ganze SD Karte. Um dies zu verhindern sollten einfach die vom Betriebssystem bereitgestellten Mittel für einen Shutdown (Herunterfahren) verwendet werden.

Installation eines Betriebssystems

Um nun mit dem Raspberry Pi arbeiten zu können ist nicht vieles nötig. Ihr müsst lediglich den Microcontroller in das Gehäuse bauen (meist Steckverbindungen) und verkabeln. Schon ist der Raspberry Pi fast einsatzfähig. Lediglich ein Betriebssystem fehlt noch. Hierfür gibt es im Grunde 2 Optionen. Man befüllt entweder die SD Karte mit einem Betriebssystem eigener Wahl oder man verwendet NOOBS (New Out Of the Box Software). NOOBS ist ein Installations Manager, welches auf der SD Karte beim ersten Start ein beliebiges System fast vollautomatisiert installiert. Dies könnt ihr hier downloaden. Andere Betriebssysteme sind zum Beispiel unter raspberrypi.org zu finden.

Wir empfehlen euch NOOBS zu verwenden. Es ist einfach und bereitete uns bisher keine Probleme. Um NOOBS zu verwenden müsst ihr lediglich der Download URL folgen und eines der beiden Versionen herunterladen. Das heruntergeladene File liegt im ZIP Format vor. Es muss lediglich auf die FAT-32 formatierte SD Karte entpackt werden. Anschließend kann der Raspberry Pi von der microSD Karte gebootet werden.

config.txt

In der config.txt (/boot/config.txt) stehen Parameter, welche noch vor dem Betriebssytem geladen werden. Es ist ähnlich wie das BIOS oder UEFI eines normalen Desktop Computers. Die Datei kann auch während des Raspberry Betriebs bearbeitet werden, jedoch werden Änderungen erst nach einem Reboot übernommen. Doch was steht überhaupt in der config.txt?

In der config.txt werden zum Beispiel Parameter für die Video Ausgabe, die Speicher Aufteilung zwischen CPU und GPU oder den CPU Takt (übertakten) gesetzt.

Wichtig: Änderungen an der config.txt sollten aber vorsichtig getätigt werden, da bei Fehlern das System instabil laufen kann oder auch gar nicht mehr bootet.

Konkurrenzprodukte

Aktuell gibt es für den Raspberry Pi einige Konkurrenzprodukte. Einige hiervon sind:

  • Cubieboard 3
  • Banana Pi
  • Odroid-XU4
  • Arduino
  • Asus Tinker Board

Allerdings ist der Raspberry Pi für uns die Nummer Eins, weshalb wir euch weitere Projekte erstmals nur anhand des Raspberry Pi zeigen werden. Interessant finden wir aber auch das Asus Tinker Board. Leider ist aber das TinkerOS noch nicht ganz ausgereift. Wir halten euch aber bei interessanten News auf dem Laufenden. Einen interessanten Beitrag zum Asus Tinker Board findet ihr hier.

Fazit

Wir sind definitiv der Meinung, der Raspberry Pi erhält eine klare Kaufempfehlung. Man kann viel über Elektronik, Betriebssystem und Technik lernen, was das Board sogar für Jugendliche interessant macht. Komplexe Projekte stellen für den Microcontroller auch keine Probleme dar, weshalb das Board auch gut für produktive Einsätze geeignet ist.

 

Wir empfehlen für den Einstieg das Buch „Raspberry Pi: Das umfassende Handbuch“ von Rheinwerk.

Solltet ihr Hilfe bei Entscheidungen, Problemen oder Fragen haben, könnt ihr uns jederzeit über die Kommentarfunktion kontaktieren.

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