Proč Raspberry Pi není dobrá volba …
RPi odvedl po celém světě skvělou práci, zejména pro začínající mladé inženýry, ale zde je detail, který pravděpodobně není to, co pro profesionální projekt potřebujete.
V nedávném průzkumu AAC přibližně 20% respondentů uvedlo, že v hotových výrobcích používá desky „výrobce“. V otázce čtenáře někteří členové komunity uvedli, že používají řídicí panely výrobců, včetně Raspberry Pi, v různých prostředích, včetně několika příkladů profesionálního rozvoje.
Zatímco desky výrobce jsou důležitými nástroji v mnoha situacích, včetně školení STEM a prototypování produktů, tento článek popisuje obecné požadavky komerčního produktu nebo průmyslového odvětví, které jako příklad používají Raspberry Pi.
Mým cílem zde není odradit vás od používání Raspberry Pi nebo o něm rozhodnout. Bezpochyby je Raspberry Pi velkým počinem a skvělou vestavěnou výpočetní deskou pro školení a některé prototypy. Mým cílem je spíše informovat inženýry o některých konceptech, které mohou ovlivnit vývoj jejich komerčních produktů, zejména pokud používají Raspberry Pi jako integrovanou výpočetní desku.
Proč někteří inženýři volí RPi?
Nejprve se pokusme pochopit, proč mnoho inženýrů může chtít používat Raspberry Pi pro vývoj produktu.
Raspberry Pi má mnoho výhod:
- Nízké náklady (~ 35 $)
- Velký výpočetní výkon na kompaktní kartě.
- Mnoho rozhraní (HDMI, více USB, Ethernet, vestavěné Wi-Fi a Bluetooth, mnoho GPIO, USB atd.)
- Kompatibilní s Linuxem, Pythonem (usnadňuje vytváření aplikací)
- Snadno dostupné příklady s podporou komunity
- Vývoj takové integrované desky bude stát spoustu peněz a úsilí.
Všechny výše uvedené body jsou dobré při vytváření hobby nebo osobního projektu. Pokud však stavíte průmyslový nebo komerční produkt, musíte před výběrem jakékoli integrované desky připravené k použití zvážit mnoho dalších kritických parametrů.
Jaké jsou různé parametry, které byste měli zvážit před výběrem integrované vývojové desky pro vývoj produktu?
1. Jakou dlouhodobou dostupnost potřebujete?
Dostupnost hardwaru, který si vyberete pro svůj design, je nejdůležitějším parametrem, který byste měli při vytváření produktu zvážit. V průměru, pokud vyvíjíte komerční produkt, bude trvat 18-24 měsíců, než ho začnete prodávat na trhu.
Od tohoto okamžiku budete produkt chtít prodávat několik let, například tři až čtyři roky, než se pustíte do jiného panelu. Pokud tedy hodláte ve svém produktu použít integrovanou vývojovou desku připravenou k použití, domnívám se, že minimální doba, kterou lze z této desky vzít, je sedm a více let.
Nyní pojďme rychle zkontrolovat kompromitovanou dostupnost karet podle webu Raspberry Pi:
- Dostupnost Raspberry Pi 3 Model B +, leden 2023 (~ 3,5 roku od července 2019)
- Dostupnost Raspberry Pi 3 Model A +, leden 2023 (zbývá 3,5 roku)
- Dostupnost Raspberry Pi Zero, leden 2022 (zbývá 2,5 roku)
Vezměte prosím na vědomí, že výše uvedené závazky ohledně použitelnosti nezaručují přístup k určitému počtu schránek, když je potřebujete. Otázka pro vás jako designéra tedy zní: Chcete si vybrat tabulku, která bude k dispozici pro příští tři nebo čtyři roky? Kromě toho jste přemýšleli o tom, jak získat potřebné množství, když je potřebujete?
Ať už hledáte cokoli, doporučuje se navštívit stránky jako Digi-Key, Mouser a další a zkontrolovat dostupnost vašich komponent. Měli byste být schopni kontaktovat zástupce, který může prodiskutovat, zda můžete naložit potřebné množství.
2. Můžete spustit svůj operační systém (OS) na SD kartě?
Raspberry Pi Board provozuje Linux na SD kartě. To by mohlo znamenat, že pevné aplikace budou představovat problém, protože toto připojení SD karty může mít problém s vibracemi v terénu. Neexistuje žádné ustanovení zajišťující, že jsou připojení během provozu zabezpečená. Můžete použít nespolehlivá řešení (oboustranné pásky, lepidla atd.).
Dalším problémem této situace na SD kartě je, že se může poškodit, pokud je příliš často zapisována nebo pokud není karta správně vypnutá během psaní souboru. Chcete-li to vyřešit, můžete ukončit externí baterii nebo napájecí zdroj založený na superkondenzátoru, aby poskytoval hlavní signál o výpadku napájení, aby váš software mohl provést správné vypnutí před vypnutím desky.
3. Jak důležité je pro vás připojení USB?
Karty RPi nemají konektory USB záhlaví, takže senzory, modemy atd. Znemožňuje to svázat. Přes USB připojení. To nutí vývojáře připojovat tyto periferie pomocí kabelu USB (není to doporučený způsob, zejména pro průmyslové aplikace).
Dále je nejdůležitějším hlediskem dostupnost požadované sady funkcí. Existuje několik funkcí, které mohou být vyžadovány při navrhování komerčního produktu, které nejsou na desce Raspberry Pi.
4. Potřebujete hodiny reálného času zálohované baterií?
Ve většině případů potřebujete hodiny v reálném čase, pokud chcete sledovat události v reálném čase. To není něco, co se dodává s deskami Pi. Pokud chcete přidat externí obvod RTC, můžete, ale to vám přidá náklady, úsilí a prostor.
5. Potřebujete některou z těchto funkcí / rozhraní?
Zde je několik věcí, které můžete určit, které potřebujete, ale rodina Pi nemohla poskytnout.
- Rozhraní LCD: Všechny signály displeje RGB přicházejí ve 40kolíkovém konektoru. Pokud potřebujete použít TFT displej, je k dispozici malý nebo žádný GPIO.
- ADC na palubě: Pokud váš produkt potřebuje ADC (rozlišení 8/10 / 12bit), budete muset přidat externí ADC čip přes I2C / SPI.
- Flash EEPROM / FRAM / SPI: Pro aplikace pro záznam dat je velmi důležité mít pro ukládání dat zabudovanou EEPROM nebo FRAM nebo Flash. V současné době na to neexistuje žádné ustanovení.
- Omezené UART: V záhlaví je pouze jeden UART, který neumožňuje osm signálů. Pro většinu požadavků jsou obvykle vyžadovány dva nebo tři UART.
- Omezený počet I / O: V názvu je 28 GPIO, ale pro mnoho komerčních aplikací to nestačí.
Kvůli výše uvedeným bodům může být k vyplnění mezery zapotřebí samostatná tabulka.
6. Bude vyžadovat externí napájení?
U komerčního produktu další zdroj střídavého proudu DC-DC (je-li produkt napájen přímo ze sítě AC) nebo zdroj DC / DC (je-li produkt napájen externím adaptérem (6 V / 12/24 V) nebo baterií) pro napájení desky.
Napájecí konektor desky musí být také spolehlivý během provozu. Napájení založené na konektoru micro USB se nedoporučuje pro komerční produkt. Raspberry Pi také musí mít ochranu proti zpětnému napětí, přepětí a přetížení, aby se zabránilo poruše.
7. Jak přistoupíte k řízení teploty?
Mikroprocesor v Raspberry Pi generuje teplo, které je třeba spravovat, jinak může ovlivnit spolehlivost desky. Od této chvíle lze použít pouze malý lepený chladič. V blízkosti procesoru není žádný montážní otvor pro správnou instalaci chladiče.
Tepelný obraz příkladu obvodu ADI.
Nakonec, pokud používáte výpočetní schopnosti Raspberry Pi o 70–90%, možná budete potřebovat vhodný chladič a využijete montážní otvory na desce a větší chladič, možná je připraven. Může být nutné přizpůsobit a vyrobit chladič. Jedná se o dodatečné náklady a úsilí.
Nedávno ohlášený RPi 4 zaznamenal některé problémy s přehřátím, které aktualizace firmwaru údajně potřebovala k vyřešení.
8. Jak důležitá je velikost pro váš tvarový faktor?
Stejně jako u jiných konstrukcí zařízení je prostor složitým místem. Vytvoření designu kolem desky jako Pi způsobí omezení na tvarový faktor vašeho konečného designu.
- Jak navrhnout produkt kulatého tvaru, bude to vyžadovat určité odhodlání?
- Menší velikost než deska Raspberry Pi není možná, že?
- HDMI je k dispozici na jedné straně, konektory USB a Ethernet na straně druhé. V aplikaci, kde uživatel potřebuje přístup k portu HDMI, musí použít kabel, aby se přiblížil konektorům USB / Ethernet a připevnil jej pomocí speciálního krytu. Připojení kabelem HDMI není pro provoz v terénu spolehlivé.
- Dodatečné USB (Model B +) – Pokud v aplikaci musí být uživateli nabídnuty pouze dvě USB, je třeba použít speciální kryt, který skryje další dva USB porty.
9. Jakou podporu rozvoje potřebujete?
Desky Raspberry Pi jsou vysoce kompatibilní prostřednictvím online fór a komunit. Protože silné stránky RPi spočívají v podpoře komunity, nespecializují se na podporu profesionálního rozvoje. Můžete produkt uvést do úzkých termínů pomocí podpory komunity nebo potřebujete vlastní podporu?
Než se rozhodnete, měli byste vytvořit kontrolní seznam všech softwarových komponent, které budete používat, a ověřit aktuální úroveň podpory. Často se doporučuje otestovat výkon, abyste se ujistili, že dostanete to, co od konečného produktu očekáváte.
10. Jaké jsou vaše potřeby škálovatelnosti?
Vzhledem k tomu, že karty Raspberry Pi dosud nebyly navrženy s ohledem na komerční produkty, nemají kompatibilní karty, které lze použít jako náhradu a / nebo mohou vývojářům nabídnout různé výkony podle jejich požadavků na výpočet.
Co byste dělali, kdybyste dokončili vývoj a poté si uvědomili, že existuje poptávka po různých specifikacích? Je důležité zvážit design, abyste se vrátili do práce, zejména pokud jde o přechod od prototypování k více škálovatelné části procesu vývoje produktu.
Všechny výše uvedené body jsou subjektivní s ohledem na požadavky komerčního produktu. V některých případech je to, co Raspberry Pi nabízí, pro implementaci více než dost. V takových případech jej možná budete chtít použít pro vývoj produktu. Doufám však, že tento bod uvedený výše může sloužit jako kontrolní seznam, který by inženýři měli zvážit, než se rozhodnou používat Raspberry Pi ve svých produktech.
Moje rada pro inženýry, kteří hledají hotové vestavěné počítačové karty, je použít profesionální desky. Mnoho společností (Kontron, Congatec, Compulab atd.) Nabízí základní desky se zaručenou použitelností již sedm let. Mnoho dalších výrobců karet bude mít také možnosti průmyslové kvality a škálovatelnosti.
Doufáme však, že tento článek vám poskytne některé věci, které je třeba vzít v úvahu při navrhování průmyslových produktů, i když se rozhodnete pracovat s kartami určenými pro komerční aplikace.
