Создаём «умные устройства» на базе Arduino и Raspberry Pi

2019-04-12

Всем, кто интересуется «умными устройствами», которые создаются на основе микроконтроллеров, будет интересно познакомиться с двумя современными столпами этих направлений аппаратной платформой Arduino и миникомпьютером Raspberry Pi. В нашей статье мы обозначим ключевые отличия между ними, расскажем о конкретной специализации каждого и, в итоге, вы можете оценить и применить на практике эти замечательные устройства.

Различие между Arduino и Raspberry Pi

Начнём с Arduino – платформы, разработанной итальянскими учёными и предназначенной для создания действующих прототипов устройств, работающих под управлением микроконтроллеров серии Atmel.

Данная платформа существенно упростила решение многих задач. Теперь не нужно «изобретать велосипед» всем тем, кто хочет получить управляющий блок для своего разрабатываемого устройства.

Аппаратная платформа Arduino объединяет в себе все необходимые составляющие, а именно функции: программатора, микроконтроллера, интерфейса для подключения внешних элементов, взаимодействующих с микроконтроллером. Теперь рутинная работа для знакомых с радиоэлектроникой и недосягаемая высота для тех, кто не знаком с данным направлением, превратилась в простейший конструктор, основанный на готовых элементах. В Arduino присутствует GPIO интерфейс, к которому легко подключаются внешние модули и элементы, вход для подключения питания, а также USB-порт для загрузки программ в микроконтроллер.

Таким образом, вам достаточно приобрести плату с микроконтроллером и на её основе создать действующий прототип. Внешними устройствами могут быть датчики, макетные платы с размещаемыми в них деталями, дополнительные платы и многое другое. Далее создать программу или взять уже готовую, загрузить её и всё – устройство готово, можно увидеть его в действии.

Raspberry Pi – это фактически одноплатный микрокомпьютер размером в пачку сигарет со всеми базовыми возможностями полноценного компьютера. Его создатели - работники Кембриджского университета задались целью создать самый дешёвый компьютер, который будет более чем доступен благодаря своей сверх ультра бюджетной стоимости.

Платформа была создана в 2006 году, а её промышленное производство начато в 2012 году. По сути, это миниатюрный компьютер, где присутствует ARM-процессор, установлены чипы оперативной памяти, есть слот для карты microSD, Ethernet-порт, интерфейс HDMI, стандартный аудиовыход 3,5 мм, а также USB-порты, к которым подключаются периферийные устройства. В третьем поколении аппаратных платформ Raspberry Pi присутствуют встроенные Bluetooth и Wi-Fi адаптеры. Дополняет всю эту стандартную для обычного компьютера начинку GPIO-интерфейс. Программная оболочка специально адаптирована под архитектуру микрокомпьютера и является привычным для многих *nix дистрибутивом.

Итак, как не трудно уже понять, Raspberry Pi и Arduino существенно различаются между собой. Первая, это полноценный микрокомпьютер, а вторая, это аппаратная платформа на микроконтроллере. От этого вытекают области их применения. Для начала проведём некоторый экскурс по ключевым отличиям Raspberry Pi и Arduino.

Отличие первое - в производительности и многозадачности

Arduino работает на микроконтроллере, имеющем тактовую частоту 16 Мгц, он оснащён 32 Кб встроенной и 2 Кб оперативной памяти. При этом здесь нет аппаратной поддержки многозадачности, хотя она может эмулироваться.

Raspberry Pi работает на 64-битном процессоре, имеющем частоту 1,2 Ггц, также здесь имеется 1 Гб оперативной памяти, а объём постоянной памяти определяется объёмом micro SD-карты, которая установлена. У Raspberry Pi есть аппаратная поддержка многозадачности.

Отличие второе - в поддержке подключаемой периферии

Arduino «из коробки» не имеет поддержки подключаемой компьютерной периферии. Через USB-порт происходит только загрузка программ в микроконтроллер.

Raspberry Pi присутствуют несколько USB портов, есть HDMI-разъем и аудиовыход 3,5мм. Платформа на уровне операционной системы поддерживает подключение периферии традиционно, как и обычный компьютер.

Отличие третье - в скорости реакции

Arduino в реальном времени без задержек реагирует на все поступающие на платформу внешние сигналы.

У Raspberry Pi допускается задержка реакции на сигналы в реальном времени. Хотя для человека они не будут заметны, в критических процессах это может быть существенно.

Отличие четвёртое - в энергопотреблении

Arduino имеет низкое энергопотребление, измеряемое в несколько десятков миллиампер, что позволяет длительно работать устройствам на основе данной платформы от обычных пальчиковых батареек или аккумуляторах подобного форм-фактора.

Raspberry Pi потребляет сотни и тысячи миллиампер, поэтому здесь требуется достаточно мощный источник питания. При этом для длительной работы использование только аккумулятора не будет приемлемо.

Отличие пятое - в работе со звуком и видео

Микроконтроллер Arduino способен синтезировать звуки, но работать с традиционными аудиокодеками самостоятельно он не может, требуется устанавливать дополнительные модули. С видео работа вообще не возможна, поскольку микроконтроллер имеет малую мощность и предельно низкую тактовую частоту.

Raspberry Pi имеет поддержку работы со звуком и видео прямо «из коробки».

Как видите, обе платформы созданы для решения различных задач, в чём-то имеют преимущества друг перед другом, в чём-то недостатки. Но при этом они отлично дополняют друг друга.

Таким образом, если вам нужно создать действующий прототип, в частности, аппаратный проект по считыванию информации с использованием датчиков, чипов, получить быструю реакцию на сигналы, иметь малое энергопотребление – с этим наилучшим образом справиться Arduino.

Raspberry Pi – это сложная и сравнительно мощная для своих габаритов система, служащая для производства вычислительных операций.

Очень много задач Raspberry Pi и Arduino решают в своём тандеме. Arduino выполняет простые задачи и передаёт далее контроль процессов Raspberry Pi для их обработки и взаимодействия с интернетом.

Выводы:

Сфера применения обеих платформ очень обширна: от управления станков с ЧПУ и создания промышленных роботов до простых любительских и образовательных проектов. Начинающим мы рекомендуем купить стартовый набор Arduino и именно с него начать изучать на практике удивительный мир устройств, адаптированных под свои замыслы. Многие производители комплектуют такие наборы подробными инструкциями с описанием простейших устройств, которые можно создать, используя входящие в набор компоненты. Далее, освоившись, можно дополнять стартовый набор и создавать сложные устройства, развивая и совершенствуя свои навыки в электронике, программировании и робототехнике.