Das Duo Pi Blade-Pack ist ein kompaktes Compute-Cluster, das fünf eingebaute Duo Pi verwendet, die ohne komplizierte Stromverdrahtung bis zehn Raspberry Pi montiert haben können.

Das Duo Pi Blade-Pack ist ein kompaktes Compute-Cluster, das fünf eingebaute Duo Pi verwendet, die ohne komplizierte Stromverdrahtung bis zehn Raspberry Pi montiert haben können. Farnell Element 14

Die Nachfrage an Single-Board-Computern (SBCs; zu deutsch Einplatinencomputer) ist in den letzten Jahren stetig gestiegen und hat den Elektronikmarkt nachhaltig verändert. Geräte wie der Beagle-Bone Black, der Arduino, oder der Code-Bug ermöglichen sowohl Bastlern als auch Profis ungeahnte Möglichkeiten beim Erstellen eigener Embedded-Designs. An der Spitze der beliebtesten SBCs steht jedoch nach wie vor der Raspberry Pi.

Das erste Modell kam 2012 auf den Markt. Seitdem wurde der Raspberry Pi um viele Features ergänzt. In der dritten Generation, dem leistungsstarken  Raspberry Pi 3 wurden zudem WLAN und Bluetooth integriert. Der Mini-Rechner, ursprünglich für den Schul- und Universitätsunterricht entwickelt, ist heute Bestandteil unzähliger Projekte und Designs. So war er als „Astro Pi“ bereits an Bord der ISS und diente als Basis für das weltweit erste En-Ocean-Gateway zur Heimautomatisierung.

Aus dem Pi wird der Industrial Pi

Unternehmen, die sich für den Einsatz des Raspberry Pi entscheiden, sehen allem voran das Preis-Leistungs-Verhältnis: Im Vergleich zu maßgeschneiderter Lösungen müssen Anwender für die Anschaffung des Mini-Computers nur ein Bruchteil der Kosten aufbringen. Zusätzlich profitiert der Kunde von der geprüften Zuverlässigkeit des Raspberry Pi, der seit seiner Markteinführung in einer Vielzahl unterschiedlicher Designs zum Einsatz kam. Die weltweite Community und der gesammelte Erfahrungsschatz zeigen Industriekunden, wie vielfältig sie den Raspberry Pi einsetzen können.

Eckdaten

Zum Experimentieren und Erlernen des Programmierens ist der Raspberry Pi ursprünglich auf den Markt gekommen und hat sämtlichen Bastlern daheim den Kopf verdreht. Nun hält das Embedded-Board seinen Einzug in die Industrie und braucht eine Gehäuse-Lösung, die auch rauen Umweltbedingungen standhält. Zusammen mit Bitscop hat Farnell Element 14 drei solcher Gehäuse entwickelt.

Neben seinen typichen  Einsätzen für Bastler- und in Konsumer-Produkten ist der Raspberry Pi auch für Unternehmen interessant: Seine leistungsstarke, neue Generation – der Pi 3 – ist durch die Ausstattung mit den drahtlosen Netzwerktechnologien Wireless und Bluetooth vielseitig einsetzbar. Zudem hat Farnell Element 14 seit Oktober 2014 den  Custom Pi-Service eingeführt: Der Kunde konfiguriert einen individuellen Raspberry Pi, dessen Komponenten sich an seiner späteren Funktion ausrichten. Gerade bei großen Produktionszahlen fließen keine unnötigen Kosten in Teile, die beim späteren Einsatz ohnehin keine Verwendung finden.

Doch auch wenn das Leistungsspektrum des SBCs exakt den Wünschen des Kunden entspricht, so ist eine industrielle Nutzung, je nach Einsatzgebiet, auch mit spezifischen Anforderungen verbunden. Extreme Temperaturen können Auswirkungen auf einen reibungslosen Betrieb haben. Ebenso wie Verunreinigung oder Feuchtigkeit. Es bedarf also eines Gehäuses, das den SBC gegen verschiedene Umwelteinflüsse abschirmt und schützt. Eine zuverlässige Stromversorgung für einen störungsfreien Einsatz eines industriell genutzten Embedded-Systems ist ebenso unverzichtbar.

Den Bitscope Blade haben Farnell Element 14 und Bitscope für industrielle Anwendungen entwickelt.

Den Bitscope Blade haben Farnell Element 14 und Bitscope für industrielle Anwendungen entwickelt. Farnell Element 14

Bitscope Blade und Raspberry Pi

Nun haben haben Farnell Element 14 und Bitscope eine Gehäuse-Lösung für industrielle Anwendungen des Raspberry Pi entwickelt. Der Raspberry Pi 3 mit integrierten Bluetooth und Wi-Fi eignet sich als Bestandteil eines Blade-Servers ideal für ein Blade. Die Bitscope Blade sind rack- und wandmontierbare Stromversorgungslösungen für den Raspberry Pi. Sie sind in drei verschiedenen Ausführungen angeboten. So ist der Bitscope Blade Uno Pi mit einem Raspberry Pi und der standardisierten Aufsteckplatine HAT bestückt.

Der Duo Pi verfügt über zwei Raspberry Pi, die per USB mit Peripheriegeräten verbunden werden können, zum Beispiel einer Festplatte ohne externe Stromversorgung. Wird der Duo Pi noch um ein Netzwerk-Switch mit 5 Ports und ein Wi-Fi-Dongle erweitert, dann verfügt der Nutzer über einen doppel-redundanten Mikro-Server für DHCP, DNS, WiFi AP, FTP, HTTP, SSH und viele weitere Netzwerke. Somit bietet der Bitscope Blade Duo Pi ein breites Leistungsspektrum.

Aufbau eines Datenerfassungssystems: Es beinhaltet einen Quattro Pi, fünf Raspberry Pi und 16 Bitscope Micro.

Aufbau eines Datenerfassungssystems: Es beinhaltet einen Quattro Pi, fünf Raspberry Pi und 16 Bitscope Micro. Farnell Element 14

Eine breit skalierbare Plattform für Physical Computing lässt sich auf Basis des Bitscope Blade Quattro Pi erstellen. Dabei sind vier Raspberry Pi in Reihe geschaltet, eine Variante, deren Vorteil vor allem in den zahlreichen In- und Outputs liegt und die noch mehr Rechenleistung abrufen kann.

Erweiterbar ohne Ende

Bei allen Modellen erfolgt die Stromversorgung standardmäßig über die leicht zugänglichen USB-Anschlüsse des Raspberry Pi. Zusätzlich können Anwender eine externe Stromversorgung über eine 2,5 mm Standardbuchse oder über die mechanische Befestigung an den Kanten des Blades herstellen. Auch Spannungsquellen mit 9, 12, 24 oder 48 V sind möglich und lassen sich in Form von Batterien, unterbrechungsfreie Stromversorgungen oder über passive Power-over-Ethernet(PoE)-Lösungen einsetzen. So ist die Stromversorgung ganzer Blade-Cluster ohne Leistungsverdrahtung sichergestellt. Werden nach diesem System mehrere Blade-Cluster in Cluster-Packs kombiniert, steht dem Nutzer eine leistungsstarke Plattform für Distributed- oder Cloud-Computing zur Verfügung, mit der er alle kritischen Prozesse steuern und überwachen kann.

Auf der Softwareseite können Industrieanwender – wie die Heimbastler auch – auf Systeme wie Pi-Net zurückgegreifen, das speziell für die Vernetzung mehrerer Pi entwickelt wurde. Dieses Beispiel zeigt ein Vorteil des SBCs: Der Raspberry Pi ist ein standardmäßig installiertes und weitverbreitetes System und somit ohne großen Aufwand beliebig oft replizierbar. Wird die Produktion ausgeweitet, lässt sich das bestehende System um beliebig viele Raspberry Pi erweitern, ohne dass Probleme hinsichtlich der Kompatibilität auftreten.

Echtzeitanalyse von Daten mit IBM Watson: Das Raspberry Pi-basierte System ist in die Anlage integriert (1) und nutzt einen Wi-Fi-Sensor über einen Uno Pi (2), der die Daten in eine Cloud übermittelt, aus der verschiedene Endgeräte die Daten beziehen (3).

Echtzeitanalyse von Daten mit IBM Watson: Das Raspberry Pi-basierte System ist in die Anlage integriert (1) und nutzt einen Wi-Fi-Sensor über einen Uno Pi (2), der die Daten in eine Cloud übermittelt, aus der verschiedene Endgeräte die Daten beziehen (3). Farnell Element 14

Echtzeitanalyse dank IoT-Plattform

Ein Beispiel für den Einsatz eines Embedded-Systems ist die Nutzung eines Raspberry-Pi-basierten Designs zur Echtzeitanalyse in der Produktion. Basierend auf IBMs IoT-Plattform Watson empfängt ein Uno Pi per Wi-Fi-Signale verschiedene Sensoren und gibt sie über die Cloud zur Verarbeitung an einen leistungsstarken Blade-Cluster weiter. Hier lassen sich die Daten aufbereitet und in Echtzeit ausgeben. So kann der Anwender die Produktion permanent überwachen und bereits auf kleinste Abweichungen schnell und effektiv reagieren.

Diese Lösung ist nur ein Beispiel dafür, wie eine Kombination aus verschiedenen Pi-Designs mit der richtigen Gehäuselösung die Vorzüge des Minicomputers auf für die Industrie nutzbar macht. Der Investitionsaufwand bleibt dabei vergleichsweise gering. Wenn gezielte und individuell nutzbare Rechenleistung und ein funktional verlässliches Gehäuse aufeinander treffen, dann steht der industriellen Nutzung der Raspberry Pi zukünftig nichts mehr im Wege.