Akcesoria do Raspberry Pi

Ile gustów, tyle… obudów!

Od chwili wprowadzenia Raspberry Pi na rynek, jego producent – Raspberry Pi Foundation – dba o dostępność dedykowanych, oficjalnych obudów. Ponieważ pomiędzy poszczególnymi wersjami, a raczej liniami produktów, np. Raspberry Pi Zero, Model A, A+, B, B+ czy 4B istnieją większe lub mniejsze różnice mechaniczne – dla każdego produktu przewidziane zostały oficjalne obudowy. O ile Modele Zero oraz A+ wyraźnie odstają wymiarowo od swoich większych braci, to pozostałe moduły różnią się już przede wszystkim liczbą i układem złączy. Jednak na oficjalnych obudowach wybór się nie kończy, co więcej – to dopiero początek. Szereg producentów tworzy własne, alternatywne produkty z tej kategorii, pasujące do wszystkich gustów i zastosowań. Segment rynku podstawowych obudów, o prostej konstrukcji i gustownym wzornictwie, oferuje zarówno modele zamknięte, jak i z łatwo otwieraną pokrywą górną, z otworami wentylacyjnymi lub nawet wbudowanymi wentylatorami, przezroczyste, czarne i wielokolorowe, metalowe oraz tworzywowe, z wycięciem odsłaniającym złącze GPIO lub całkowicie zabudowane… A to nadal dopiero początek. Marka RetroPi stworzyła urocze obudowy, nawiązujące stylistyką do dawnych konsol oraz pierwszych, popularnych komputerów osobistych. Uderzająco podobny design, nawet odwzorowanie charakterystycznych kolorów z epoki komputerów z lat 80 i 90, jest nie lada gratką dla fanów technologii sprzed trzech dekad. Dostępne są także obudowy z montażem VESA v2, obudowy na szynę DIN (idealne do zastosowań przemysłowych czy użycia w automatyce domowej), a nawet obudowy z miejscem na moduł kamery czy podczerwonego czujnika ruchu PIR (doskonałe do systemów alarmowych DIY oraz monitoringu CCTV). Minikomputery Raspberry Pi doczekały się nawet obudów kompatybilnych z legendarnymi klockami LEGO, a dla prawdziwych fanów „malinki” powstał Pi-Top – modułowy laptop, zawierający w zestawie 14” ekran LCD, klawiaturę, touchpad, akumulator oraz – oczywiście – pełną obudowę, kompatybilną z RPi 3B+.

Akcesoria USB dla Raspberry Pi

Raspberry Pi bez problemu współpracuje z większością obecnych na rynku podstawowych akcesoriów komputerowych – takich jak klawiatury USB czy myszki przewodowe oraz bezprzewodowe. Warto jednak wspomnieć, że nawet w tym segmencie Raspberry Pi Foundation dostarcza dedykowane urządzenia USB, nawiązujące malinowo-białą stylistyką do identyfikacji wizualnej marki. Łącząc wspomniane akcesoria z oficjalną obudową można łatwo stworzyć przyciągający oko i – co równie ważne – niebanalny zestaw komputerowy. Dla wersji Raspberry Pi bez wbudowanego modułu WiFi/Bluetooth można dokupić karty sieciowe w postaci malutkich wtyków USB – należy jednak przy tym pamiętać, że nie wszystkie karty są kompatybilne z systemami Linux pod względem sterowników. Dlatego zawsze warto upewnić się, czy dane rozwiązanie będzie odpowiednie do konkretnego projektu. Jeżeli w Raspberry Pi zabraknie wolnych portów USB, z pomocą przyjdą wieloportowe huby USB. Oczywiście, nie ma problemu, aby w połączeniu z „malinką” używać kompatybilnych kontrolerów gier, głośników USB czy nawet tunerów DVB-T – budowa domowego media center z Raspberry Pi w roli głównej jest zatem czystą przyjemnością.

Malina z prądem, czyli zasilanie Raspberry Pi

Choć Raspberry Pi ma dość małe – jak na komputer – wymagania prądowe, to jednak zapewnienie stabilnego zasilania o wskazanej przez producenta wydajności prądowej stanowi podstawę stabilnego działania „maliny”. Przed premierą wersji 4B w pierwszej połowie 2019 roku, wystarczające były zasilacze z wtykiem micro USB, o prądzie maksymalnym do 2,5 A i napięciu 5 – 5,1 V. Wraz z wersją 4 pojawiły się nowe wymagania – z uwagi na dalszy wzrost wydajności oraz rozbudowę układów peryferyjnych Raspberry Pi, producent minikomputera słusznie przeszedł na „lepszą stronę mocy” – instalując nowoczesne złącze w standardzie USB C (zamiast micro USB). Dedykowane zasilacze, które wkroczyły na rynek w ślad za nową „maliną”, mają napięcie wyjściowe 5,1V i wydajność prądową 3 A. Mimo że – jak to w Raspberry Pi bywa – sam minikomputer wraz z podstawowymi akcesoriami USB (myszką, klawiaturą) rzadko pobiera moc zbliżoną do maksymalnej, to w bilansie mocy całego systemu zawsze należy wziąć pod uwagę dołączone dodatki oraz nakładki – wyświetlacz LCD, kamera z opcjonalnym oświetlaczem czy wszelkiego rodzaju nakładki (hat), czerpiące zasilanie przez USB lub złącze GPIO mogą znacznie podnieść pobór prądu. Dlatego, w celu zapewnienia stabilnej pracy, lepiej wybierać tylko dobre, sprawdzone zasilacze, a w razie potrzeby – przewidzieć odpowiedni rozdział zasilania i zapewnić źródło mocy o większej wydajności, pamiętając oczywiście o podstawowych zasadach konstrukcyjnych w prowadzeniu linii zasilania.

Malina patrzy, malina widzi – czyli słów kilka o modułach kamer

Na początku drogi do podboju rynku minikomputerów, jaką Rasperry Pi dumnie kroczy już od przeszło 8 lat, w sprzedaży dostępne były pojedyncze moduły dedykowanych, kompatybilnych kamer z interfejsem CSI. Dzisiaj oferta zgodnych z „maliną” kamer jest już tak szeroka, że dobór właściwej nie stanowi żadnego problemu i nie zmusza do uciążliwych kompromisów. W chwili pisania tego artykułu dostępne są kamery z matrycami o rozdzielczościach od niewiele ponad 1 MPx do aż 8 Mpx, zarówno dla głównych linii produktowych Raspberry, jak i dla malutkich Raspberry Pi Zero. Część kamer wyposażona została w zintegrowane filtry IR, poprawiające jakość kolorystyczną obrazu barwnego, podczas gdy niektóre – bez filtra – potrafią (z pomocą oświetlenia IR) „widzieć” także w nocy. Oprócz oczywistych zastosowań w monitoringu obiektów czy pomieszczeń, z kamer NoIR skorzystają także twórcy robotów eksploracyjnych czy przyrodnicy, poszukujący niedrogiego i dobrego noktowizora do podglądania nocnego życia zwierząt. Niektóre moduły kamer mają wbudowane na stałe obiektywy typu pin-hole (zdolne do obserwowania otoczenia przez miniaturowy otwór o średnicy 1-3 mm), inne z kolei są dostępne w wersji z gwintem, ułatwiającym wymianę optyki zgodnej z mocowaniem CS mount. To doskonałe rozwiązanie, gdyż obiektyw o dużej średnicy nie tylko jest znacznie jaśniejszy w porównaniu z pin-hole, ale także umożliwia dobór niezbędnej dla docelowej aplikacji ogniskowej. Duża ogniskowa – to możliwość przybliżania dalekich obiektów, z kolei krótka ogniskowa idzie w parze z szerokim kątem widzenia. Odpowiednie nakładki pozwalają na podłączanie kamer z serii ArduCam, a moduł Multi Camera adapter umożliwia podpięcie aż 4 kamer do jednego złącza CSI, dostępnego w większości wersji Raspberry Pi.

Wyświetlacze dla Raspberry

Choć w wielu zastosowaniach – m.in. telemetrii czy aplikacjach serwerowych – Raspberry Pi może z powodzeniem pracować bez ekranu, to jednak w większości aplikacji wizualny kontakt z użytkownikiem jest nieodzowny. W przypadku modułów głównych (np. 2B/3A+/3B/3B+/4B/Zero) doskonale sprawdzą się zewnętrzne ekrany z wejściem HDMI. Natomiast moduły Raspberry Pi z serii 2B/3A+/3B/3B+/4B, zabudowane w większych urządzeniach (RTV, konsolach gier czy infokioskach), mogą ponadto współpracować z „lokalnymi” wyświetlaczami, wyposażonymi w interfejs DSI, SPI, a nawet USB. Oferta kompatybilnych ekranów do zabudowy jest niezwykle szeroka i obejmuje modele od miniaturowych (o przekątnej poniżej 1 cala) do całkiem sporych (11,1 ” i więcej). Wiele wyświetlaczy to pełnoprawne, wysokiej jakości ekrany kolorowe, choć na rynku pojawia się coraz więcej nowoczesnych wyświetlaczy „papierowych” (ePaper), oferujących niezwykle niski pobór mocy oraz dwa lub kilka kolorów (np. biały, czarny i żółty). Do zastosowań, w których jakość odwzorowania kolorów jest szczególnie ważnym parametrem, doskonale nadają się ekrany LCD z matrycami IPS. Jak przystało na współczesne systemy wbudowane, większość wyświetlaczy ma wbudowane panele dotykowe, komunikujące się z „maliną” za pomocą szyny I2C, SPI czy USB.

Twój kapelusz świadczy o Tobie

Ogromną grupą akcesoriów, zajmującą ponadto szczególnie ważne miejsce w arsenale minikomputerowych narzędzi, są nakładki – zwane w świecie Raspberry Pi „hat” (ang. kapelusz) i stanowiące „malinowy” odpowiednik shieldów Arduino. Liczba i zróżnicowanie dostępnych dziś nakładek są tak wielkie, że nie sposób omówić nawet większości opcji. Dlatego skupimy się na głównych podgrupach tych niezwykle przydatnych akcesoriów.

• Interfejs użytkownika – w tej grupie znajdują się nakładki oferujące klawiatury i wyświetlacze. Jednak nie chodzi tutaj o wysokiej rozdzielczości ekrany czy pełnowymiarowe klawiatury QWERTY, ale o proste, podstawowe narzędzia, pozwalające na sterowanie zaprogramowanymi funkcjami minikomputera. Wśród tego typu nakładek można znaleźć np. proste, zawierające kilka przycisków klawiatury dotykowe, kompatybilne matryce LED czy płytki z wyświetlaczami 16-segmentowymi oraz alfanumerycznymi LCD (ze słynnym kontrolerem HD44780). Ciekawym przykładem jest miniaturowa klawiatura muzyczna – Piano Hat, pozwalająca na zbudowanie na bazie „malinki” prostego syntezatora, wyposażonego jednak w przyciski do przełączania brzmień oraz transpozycji oktawy. Nakładka oferuje 13 klawiszy (5 czarnych i 8 białych, co składa się na pełną oktawę), z których każdy współpracuje z białą diodą LED.
• Ekspandery wyprowadzeń – kolejna, rozbudowana grupa nakładek, pozwalających na rozszerzenie możliwości Raspberry Pi poprzez udostępnienie dodatkowych linii wejścia/wyjścia, przetworników ADC i DAC o rozdzielczości nawet 24 bitów, dodatkowych portów USB czy uniwersalnych pól do prototypowania. Niektóre nakładki oferują zestaw przekaźników do sterowania obciążeniami sieciowymi i większymi odbiornikami DC (np. Raspberry Pi Relay v1.0 z czterema 15-amperowymi przekaźnikami elektromagnetycznymi) czy zegar czasu rzeczywistego (RTC) z zasilaniem podtrzymywanym baterią CR2032 – co znacząco ułatwia utrzymanie prawidłowego czasu systemowego, szczególnie w warunkach, w których nie zawsze możliwa będzie synchronizacja z serwerem NTP.
• Karty dźwiękowe – w tej kategorii prym wiedzie marka HiFiBerry, oferująca szereg zaawansowanych kart dźwiękowych z najwyższej klasy przetwornikami A/C i C/A, wzmacniaczami audio oraz interfejsami, znanymi ze sprzętu klasy audiofilskiej (m.in. S/PDIF). Niektóre nakładki wspierają aplikacje Aim, oferując dostęp do usług Asystenta Google czy Amazon Alexa.
• Moduły komunikacyjne – dla Raspberry Pi powstał szereg nakładek, zapewniających łączność z siecią telefonii komórkowej (GSM). Nie tylko umożliwiają one podstawowe operacje (jak zestawianie połączeń głosowych czy wysyłkę i odbiór wiadomości SMS/MMS), ale także zapewniają szybką łączność internetową z wykorzystaniem GPRS i LTE. Inne moduły oferują możliwości geolokalizacji za pomocą protokołów GPS i GLONASS, a wybrane nakładki udostępniają, oprócz funkcji lokalizacyjnych, także łączność GSM. Dostępne są również moduły rozszerzające możliwości „maliny” o odbiór komend z pilotów IR czy dodatkowe interfejsy szeregowe, np. klasyczny RS232 czy różnicowe łącze dalekiego zasięgu RS485. Warto wspomnieć też o Raspberry Pi „hat” umożliwiających łączność krótkiego i średniego zasięgu w paśmie ISM. Wykorzystuje ona protokoły Xbee, Z-Wave czy LoRA.
• Nakładki czujnikowe – pozwalają „malince” na monitorowanie parametrów środowiska (temperatury, wilgotności, ciśnienia czy poziomu oświetlenia), pomiar parametrów ruchu (za pomocą czujników IMU, zawierających akcelerometr, żyroskop i magnetometr) czy detekcję gestów w trzech wymiarach. Najbardziej zaawansowane nakładki oferują możliwości prowadzenia tak specjalistycznych pomiarów, jak np. detekcja trzęsień ziemi (za pomocą trójwymiarowego sejsmografu, a nawet geofonu).
• Moduły specjalistyczne – w ofercie znajdziemy moduły umożliwiające sterowanie silnikami DC oraz krokowymi, serwomechanizmami czy oświetleniem RGB. Dostępne są płytki z mikrokontrolerami ARM (pełniącymi rolę „koprocesorów” do obsługi złożonych zadań sprzętowych – np. Ryanteck Rtk.GPIO z wydajnym procesorem STM32F030C8T6), moduły zapewniające zasilanie awaryjne na zasadzie klasycznego zasilacza UPS czy też rozszerzenia, pozwalające na dostarczanie zasilania przez kabel Ethernet (ukłon w stronę technologii PoE).

Inne, ale równie ważne akcesoria dla Raspberry Pi

Dopełnienie gamy akcesoriów dla Raspberry Pi stanowią wszelkiego rodzaju przewody – zarówno typowo komputerowe, np. przedłużacze USB, kable HDMI czy audio, jak i przewody łączące, znajdujące zastosowanie głównie w prototypowaniu (pojedyncze kable męsko-żeńskie, męsko-męskie i żeńsko-żeńskie oraz wielożyłowe przewody wstążkowe). Bardzo istotny jest dobór odpowiedniej karty pamięci – gdyż tylko szybkie karty SHDC klasy 10 są w stanie sprostać dużej mocy obliczeniowej Raspberry oraz szybkiego GPU, sprawdzającego się w grach lub odtwarzaniu filmów w pełnej jakości obrazu i dźwięku. Tę skróconą listę dodatków zamykają proste, ale także bardzo przydatne elementy montażowe – tulejki dystansowe, nóżki antypoślizgowe, uniwersalne podstawki czy radiatory, zapewniające właściwe odprowadzanie ciepła z układów scalonych Raspberry Pi.

Podsumowanie

Jak zaznaczyliśmy na początku artykułu, powyższa lista z pewnością nie wyczerpuje wszystkich możliwości modułów Raspberry Pi „hat”. I to nie tylko dlatego, że nie sposób wypisać wszystkich dostępnych rodzin oraz odmian obudów, nakładek czy kamer – dosłownie każdego dnia na rynku pojawiają się kolejne rozszerzenia, akcesoria, podążające za konsekwentnie ewoluującymi modułami głównymi Raspberry Pi. Jedno jest pewne – żadna rodzina minikomputerów nie doczekała się tak szerokiej oferty dodatków, jak uwielbiana przez miliony użytkowników „malinka”. I – powiedzmy to szczerze – pierwsze miejsce na podium jest tutaj w pełni zasłużone.