Raspberry Pi

Das umfassende Handbuch
 
 
Rheinwerk (Verlag)
  • 6. Auflage
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  • erschienen am 22. November 2019
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  • 1062 Seiten
 
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E-Book | ePUB ohne DRM | Systemvoraussetzungen
978-3-8362-6935-3 (ISBN)
 
»Umfassendes Nachschlagewerk für alle Themen rund um den Pi.« - MagPi zur Vorauflage ¿¿¿¿ Aktuell zum Raspberry Pi 4 sowie allen Vorgängermodellen erwartet Sie hier umfassendes Bastel-Wissen. Möchten Sie Linux mit dem RasPi lernen, suchen Sie Grundlagen und fortgeschrittene Techniken der Elektronik oder wollen Sie in die Programmierung mit Python einsteigen? ¿¿¿¿ Mit Michael Kofler, Charly Kühnast und Christoph Scherbeck steht Ihnen ein Autorenteam zur Seite, das Ihnen das erforderliche Wissen leicht nachvollziehbar vermittelt. Lassen Sie sich mit Witz, zahlreichen Praxistipps und spannenden Versuchsaufbauten begeistern! Der Bestseller in sechster, überarbeiteter Auflage ¿

Aus dem Inhalt:

  • Inbetriebnahme, Desktop und Terminal, Mediacenter
  • Raspbian, Ubuntu, Windows 10
  • Raspberry-Pi-Hardware
  • Elektrotechnik-Crashkurs
  • Zusatzboards: Kamera, ATmega, Gertboard, PiFace 2, Raspberry-Pi-HATs und Co.
  • Bussysteme: I²C, UART, SPI
  • Verschiedene Sensoren, Bewegungsmelder, Displays, Stromversorgung
  • Servo- und Schrittmotoren
  • Programmieren lernen: Python, C, PHP, Mathematica und Shell-Scripts; GPIO-Zugriff, WiringPi, Twitter-API
  • GPS- und RFID-Daten auswerten
  • Projekte: Bewässerungssystem, Servocam, Fitness-Armband, Luftraumüberwachung, Feinstaubmessung, Heimautomation etc.

Die Fachpresse zur Vorauflage: MagPi: »Topaktuell, thematisch breitgefächert und didaktisch hervorragend aufbereitet.« c't: »Das umfassende Handbuch (...) um richtig durchstarten zu können. «

weitere Ausgaben werden ermittelt
Dr. Michael Kofler studierte Telematik an der TU Graz. Er zählt zu den erfolgreichsten und vielseitigsten Computerbuchautoren im deutschen Sprachraum. Zu seinen Themengebieten zählen neben Linux auch macOS, MySQL, KVM, Visual Basic und Excel-VBA. Viele seiner Bücher wurden übersetzt. Michael Kofler arbeitet auch als Software-Entwickler, Berater sowie als Lehrbeauftragter an einer Fachhochschule.


Vorwort ... 15




TEIL I Den Raspberry Pi kennenlernen ... 19



1. Kauf und Inbetriebnahme ... 21


1.1 ... Kauf ... 21

1.2 ... Raspberry-Pi-Distributionen ... 33

1.3 ... NOOBS-Installation ... 35



2. Erste Schritte in Raspbian ... 41


2.1 ... Basiskonfiguration ... 42

2.2 ... Der Pixel-Desktop ... 46

2.3 ... Wichtige Programme ... 49

2.4 ... WLAN-Konfiguration ... 59

2.5 ... Bluetooth-Konfiguration ... 60

2.6 ... USB-Sticks und -Festplatten ... 61

2.7 ... Drucker ... 62



3. Arbeiten im Terminal ... 65


3.1 ... Erste Experimente ... 65

3.2 ... Eingabeerleichterungen und Tastenkürzel ... 71

3.3 ... Die Bourne Again Shell (bash) ... 74

3.4 ... Arbeiten mit Administratorrechten (sudo) ... 80

3.5 ... Textdateien lesen und ändern ... 83

3.6 ... Verzeichnisse und Dateien ... 88

3.7 ... Komprimierte Dateien und Archive ... 95

3.8 ... Prozessverwaltung ... 99

3.9 ... Netzwerkkommandos ... 105



4. Tipps & Tricks ... 109


4.1 ... Image auf eine SD-Karte schreiben ... 109

4.2 ... Raspbian Lite ... 112

4.3 ... WLAN- und SSH-Server vorkonfigurieren ... 113

4.4 ... Pixel-Desktop konfigurieren ... 114

4.5 ... Bildschirmschoner aktivieren/deaktivieren ... 116

4.6 ... Screenshots erstellen ... 117

4.7 ... Mehr Farbe im Terminal ... 117

4.8 ... Overclocking ... 120

4.9 ... Notfall-Tipps ... 122



5. Arbeitstechniken ... 127


5.1 ... Programme installieren und verwalten ... 128

5.2 ... Updates ... 131

5.3 ... SSH ... 136

5.4 ... Fernwartung über das Remote Desktop Protocol ... 147

5.5 ... Fernwartung über VNC ... 151

5.6 ... Netzwerkverzeichnisse nutzen ... 152

5.7 ... Netzwerkverzeichnisse anbieten (Samba-Server) ... 158

5.8 ... Internetzugriff auf den Raspberry Pi ... 165

5.9 ... FTP-Server einrichten ... 174

5.10 ... Programme beim Systemstart ausführen ... 177

5.11 ... Programme regelmäßig ausführen (Cron) ... 179

5.12 ... Monitor ein- und ausschalten ... 182

5.13 ... Backups erstellen ... 183



6. Linux-Grundlagen ... 189


6.1 ... Benutzer und Gruppen ... 190

6.2 ... Zugriffsrechte ... 198

6.3 ... Paketverwaltung ... 204

6.4 ... Verwaltung des Dateisystems ... 206

6.5 ... Netzwerkkonfiguration ... 214

6.6 ... Bluetooth ... 221

6.7 ... Systemstart ... 224

6.8 ... Systemeinstellungen in config.txt ... 231

6.9 ... Grafiksystem ... 236

6.10 ... Kernel und Module ... 238

6.11 ... Device Trees ... 241




TEIL II Der Raspberry Pi als Media-Center ... 245



7. Audio-Player mit Smartphone-Fernbedienung ... 247


7.1 ... MPD-Installation und -Konfiguration ... 247

7.2 ... MPD-Konfigurationsvarianten ... 253

7.3 ... HiFiBerry ... 262

7.4 ... Volumio ... 265



8. Multimedia-Center mit Kodi und LibreELEC ... 269


8.1 ... Installation und Konfiguration ... 270

8.2 ... Kodi-Betrieb ... 279




TEIL III Hardware-Grundlagen ... 287



9. Hardware-Einstieg ... 289


9.1 ... Platinenaufbau ... 289

9.2 ... Der BCM2711 ... 291

9.3 ... GPIO-Kontakte ... 295

9.4 ... Stromversorgung ... 303

9.5 ... Gehäuse ... 311



10. Elektrotechnik-Crashkurs ... 315


10.1 ... Strom, Spannung und das ohmsche Gesetz ... 315

10.2 ... Grundschaltungen ... 317

10.3 ... Elektronische Grundbauteile ... 322

10.4 ... Das Multimeter ... 327

10.5 ... Breadboard oder Platine? ... 330

10.6 ... Löten ... 332

10.7 ... Breadboardadapter ... 334



11. LEDs, Motoren und Relais ... 339


11.1 ... Leuchtdioden (LEDs) ... 339

11.2 ... Optokoppler ... 357

11.3 ... Elektromotoren ... 358

11.4 ... Schrittmotoren ... 371

11.5 ... Servomotoren ... 381

11.6 ... Relais ... 387



12. Bussysteme ... 391


12.1 ... SPI ... 391

12.2 ... Der Analog-Digital-Wandler MCP3008 ... 401

12.3 ... Der Digital-Analog-Wandler MCP4811 ... 407

12.4 ... I$^2$C ... 412

12.5 ... UART ... 421

12.6 ... Der Audio-Bus I$^2$S ... 427

12.7 ... 1-Wire ... 428



13. Sensoren ... 431


13.1 ... PIR-Bewegungssensor ... 431

13.2 ... Ultraschallsensor ... 435

13.3 ... Wasserstandssensor ... 438

13.4 ... Bodenfeuchtigkeitssensor ... 439

13.5 ... Temperatursensoren ... 444

13.6 ... Fotowiderstand ... 451

13.7 ... Das Multi-Analogsensor-Board PCF8591 ... 453

13.8 ... Raspberry Pi Camera Board und PiNoIR ... 456

13.9 ... Reed-Kontakt ... 469

13.10 ... Hardware Real Time Clock ... 471

13.11 ... IR-Empfänger ... 475

13.12 ... Fingerabdruck-Scanner ... 477

13.13 ... Leitfaden für fremde Sensoren ... 485



14. Erweiterungsboards ... 487


14.1 ... Das Gertboard ... 488

14.2 ... Der ATmega auf dem Gertboard ... 503

14.3 ... Logic-Level-Converter ... 508

14.4 ... PiFace Digital 2 ... 509

14.5 ... StromPi 2 -- USV und Wide-Range-Spannungsversorgung ... 515

14.6 ... Pimoroni Zero LiPo ... 518

14.7 ... GertDuino ... 520

14.8 ... Raspberry-Pi-HATs ... 524

14.9 ... Sense HAT -- Das Mulitalent ... 530

14.10 ... Adafruit PWM/Servo-HAT ... 535

14.11 ... BrickPi ... 538

14.12 ... GrovePi ... 539



15. Displays ... 541


15.1 ... 7-Segment-Anzeige ... 541

15.2 ... 16x2-LC-Display ... 544

15.3 ... PiTFT -- Der Touchscreen für den Raspberry Pi ... 549

15.4 ... Kfz-Rückfahrmonitore ... 554

15.5 ... Das offizielle Raspberry-Pi-Touchdisplay ... 558

15.6 ... OLED-Display SSD1306 ... 564

15.7 ... PaPiRus -- Das E-Paper-Display ... 568

15.8 ... Weitere Display-Boards ... 574




TEIL IV Programmierung ... 577



16. Python kennenlernen ... 579


16.1 ... Python ausprobieren ... 580

16.2 ... Python-Konzepte interaktiv kennenlernen ... 582

16.3 ... Hello World! ... 592



17. Python-Grundlagen ... 599


17.1 ... Elementare Syntaxregeln ... 599

17.2 ... Variablen und Objekte ... 605

17.3 ... Operatoren ... 615

17.4 ... Verzweigungen (if) ... 618

17.5 ... Schleifen (for und while) ... 620

17.6 ... Zeichenketten ... 626

17.7 ... Listen ... 632

17.8 ... Umgang mit Fehlern (Exceptions) ... 635

17.9 ... Funktionen ... 641

17.10 ... Objektorientiertes Programmieren ... 651

17.11 ... Systemfunktionen ... 663



18. Python-Programmierung ... 667


18.1 ... GPIO-Zugriff mit RPi.GPIO ... 667

18.2 ... GPIO-Zugriff mit gpiozero ... 674

18.3 ... Reset/Shutdown-Taste ... 678

18.4 ... Kamera ... 680

18.5 ... Dateien bei Dropbox hochladen ... 684

18.6 ... E-Mails versenden ... 688

18.7 ... Textdateien lesen und schreiben ... 690

18.8 ... Grafikprogrammierung ... 695

18.9 ... Grafische Benutzeroberflächen mit tkinter ... 702

18.10 ... Matplotlib ... 715



19. bash-Programmierung ... 721


19.1 ... Einführung ... 721

19.2 ... Variablen ... 725

19.3 ... Schleifen, Bedingungen und Funktionen ... 731

19.4 ... WiringPi ... 741

19.5 ... Das raspi-gpio-Kommando ... 747

19.6 ... Das pinout-Kommando ... 749



20. C-Programmierung ... 751


20.1 ... Hello World! ... 751

20.2 ... GPIO-Steuerung mit C ... 755



21. Java-Programmierung ... 759


21.1 ... Erste Schritte ... 759

21.2 ... GPIO-Steuerung mit Java ... 761



22. PHP-Programmierung ... 767


22.1 ... Apache installieren und konfigurieren ... 768

22.2 ... Webverzeichnisse einrichten und absichern ... 770

22.3 ... HTTPS ... 776

22.4 ... PHP installieren und konfigurieren ... 778

22.5 ... MariaDB installieren und administrieren ... 780

22.6 ... Hello World! in PHP ... 785

22.7 ... GPIO-Steuerung mit PHP ... 787

22.8 ... Kamerafunktionen mit PHP nutzen ... 792



23. Mathematica und die Wolfram Language ... 797


23.1 ... Arbeiten mit Mathematica ... 798

23.2 ... Programmieren mit der Wolfram Language ... 804

23.3 ... Grafische Darstellung von Temperaturdaten ... 811




TEIL V Projekte ... 815



24. Der Raspberry Pi im Vogelhaus ... 817


24.1 ... Einbau des Raspberry Pi samt Kameramodul in ein Vogelhaus ... 817

24.2 ... Kamerapraxis ... 820

24.3 ... Bewegungserkennung mit motion ... 823

24.4 ... Das Vogelhaus im praktischen Einsatz ... 827



25. Zeitmessung mit Lichtschranken ... 831


25.1 ... Versuchsaufbau (Hardware) ... 831

25.2 ... Software ... 834



26. Das autonome Auto ... 837


26.1 ... Hardware ... 837

26.2 ... Die Software ... 846



27. RFID-Türöffner mit Zutrittskontrolle ... 849


27.1 ... RFID-Hardware ... 850

27.2 ... Software ... 853

27.3 ... Erweiterungsmöglichkeiten und Tipps ... 859



28. Stromzähler auslesen ... 861


28.1 ... Stromzähler-Grundlagen ... 861

28.2 ... Einführung in RRDtool ... 865

28.3 ... Zählerdaten speichern und zu Graphen aufbereiten ... 870



29. Hausautomation mit Netzwerksteckdosen ... 873


29.1 ... Einführung ... 873

29.2 ... Programmierung ... 875



30. Hausautomation mit 433-MHz-Funktechnologie ... 887


30.1 ... Hardware-Grundlagen ... 887

30.2 ... Software und Steuerungsbeispiele ... 890



31. Die Schalthebel der Nacht ... 899


31.1 ... Vorbereitung ... 899

31.2 ... Der Lux-Sensor ... 900

31.3 ... IKEAs Trådfri-Beleuchtungssystem mit Linux steuern ... 902

31.4 ... Philips-Hue-Leuchten ansteuern ... 906

31.5 ... Lichtstärke messen, Leuchten steuern ... 909



32. Ort und Zeit per GPS empfangen ... 911


32.1 ... Haben Sie Zeit? Eine Uhr für den Raspberry Pi ... 911

32.2 ... Ortsbestimmung mit dem Raspberry Pi ... 919



33. Der Raspberry Pi lernt twittern ... 925


33.1 ... Voraussetzungen ... 925

33.2 ... Programmierung ... 927



34. Gewitter erkennen mit dem Blitzsensor ... 933


34.1 ... Blitzsensor AS3935 ... 933

34.2 ... Software ... 936



35. Klingel-Pi -- Der Türglockenverstärker ... 941


35.1 ... Geräuschsensor anschließen und auswerten ... 941



36. WLAN- und Tor-Router ... 945


36.1 ... Einführung ... 945

36.2 ... WLAN-Access-Point ... 948

36.3 ... WLAN-Router ... 954

36.4 ... Tor-Router ... 962



37. DLNA-Server ... 969


37.1 ... Raspbian-Installation auf große SD-Karten ... 970

37.2 ... ReadyMedia alias miniDLNA ... 973

37.3 ... Read-only-Konfiguration ... 974



38. Pi-hole (Ad-Blocker) ... 979


38.1 ... Installation ... 980

38.2 ... Client-Konfiguration ... 982

38.3 ... Weboberfläche ... 983



39. USB-Stick-Checker (CIRCLean) ... 985


39.1 ... CIRCLean installieren und anwenden ... 986

39.2 ... Einschränkungen ... 988



40. NAS mit openmediavault ... 989


40.1 ... Voraussetzungen ... 990

40.2 ... Installation ... 992

40.3 ... Konfiguration ... 993



41. Luftraumüberwachung ... 999


41.1 ... Technischer Hintergrund und Hardware ... 999

41.2 ... Software ... 1000



42. Die Servokamera ... 1005


42.1 ... Die Hardware ... 1006

42.2 ... Die Python-Software ... 1006

42.3 ... Die Streaming-Software ... 1008

42.4 ... Die Weboberfläche ... 1010

42.5 ... Inbetriebnahme ... 1011



43. PomodoPi ... 1013


43.1 ... Der Bodenfeuchtigkeitssensor ... 1013

43.2 ... Die Blumenampel ... 1021

43.3 ... Die automatische Bewässerung ... 1023

43.4 ... Photosynthese sichtbar machen ... 1027



44. Wassermelder mit Handyalarm ... 1031


44.1 ... Hardware ... 1031

44.2 ... Pushbullet ... 1033



45. Dicke Luft -- Feinstaubmessung und Innenluftqualität ... 1037


45.1 ... Was ist Feinstaub? ... 1037

45.2 ... Welcher Sensor kann PM10 und PM2.5 messen und wie funktioniert das? ... 1038

45.3 ... Anschauliche Grafiken im Web ... 1042

45.4 ... Luftqualitätssensor für den Innenraum ... 1046



Index ... 1049

1    Kauf und Inbetriebnahme


Der Raspberry Pi ist ein winziger Computer. Seine Grundfläche ist etwas größer als eine Kreditkarte. In ein Gehäuse verpackt, hat der Computer das Volumen von zwei Smartphones. Das eigentliche Grundgerät kostet je nach Händler etwa 35 ?. Zusätzlich brauchen Sie in der Regel ein Netzteil, ein Gehäuse, eine Micro-SD-Speicherkarte und eventuell ein paar Kabel. Die Gesamtinvestition liegt also deutlich unter 100 ?.

Dafür erhalten Sie einen vollwertigen, Linux-basierten Computer mit einer ARM-CPU, den Sie zur Steuerung elektrischer Geräte, für Versuchsaufbauten, als Mini-Server oder als kleines Multimedia-Center einsetzen können. Wenn Sie sich nicht an Details stören (es gibt z.B. keinen Ein/Aus-Schalter), kann der Raspberry Pi sogar als Ersatz für einen gewöhnlichen PC verwendet werden. Die Rechenleistung des Raspberry Pi 4 ist vergleichbar mit einem einige Jahre alten Mittelklasse-Notebook.

Dieses Kapitel gibt Tipps zum Kauf des Raspberry Pi samt des erforderlichen Zubehörs. Außerdem erfahren Sie, wie Sie auf Ihrem Notebook oder PC eine SD-Karte so einrichten, dass Sie auf ihr das Betriebssystem für Ihren Raspberry Pi speichern können. Sobald Sie diesen Schritt geschafft haben, können Sie Ihren Raspberry Pi erstmals starten und verwenden. Die ersten Schritte unter Raspbian, dem beliebtesten Betriebssystem für den Raspberry Pi, beschreibt dann das nächste Kapitel.

1.1    Kauf


Sofern Sie noch keinen Raspberry Pi besitzen, steht zuerst der Kauf an. Beachten Sie, dass Sie den Raspberry Pi ohne jedes Zubehör erhalten - es sei denn, Sie entscheiden sich für ein Komplettpaket. Zur Inbetriebnahme benötigen Sie deswegen auch ein Netzteil, eine SD-Karte, eine Tastatur und eine Maus mit USB-Anschluss, einen Monitor mit HDMI-Eingang sowie die dazugehörigen Kabel.

Bezugsquellen

Den Raspberry Pi sowie die gerade aufgezählten Zubehörteile können Sie unkompliziert im Internet erwerben. Neben Amazon und großen Elektronikhändlern wie Conrad oder Pollin gibt es auch eine Menge kleinere Web-Shops, die sich auf Elektronikbastler und die sogenannte Maker-Szene spezialisiert haben.

Beachten Sie beim Einkauf immer den jeweiligen Firmenstandort! Manche besonders günstige Angebote werden aus asiatischen Ländern versandt. Das kann nicht nur lange dauern, sondern auch zu Zollproblemen führen.

Raspberry-Pi-Modelle


Vom Raspberry Pi sind verschiedene Modelle erhältlich, von denen wir Ihnen hier die wichtigsten präsentieren:

  • Raspberry Pi 4, Modell B: Dieses seit Sommer 2019 verfügbare Modell ist der zurzeit leistungsfähigste Raspberry Pi (siehe Abbildung 1.1). Eine moderne 64-Bit-CPU mit einer Taktfrequenz von 1,5 GHz machen diesen Raspberry Pi deutlich schneller als das Vorgängermodell.

    Abbildung 1.1    Der Raspberry Pi 4B

    Der Rechner verfügt über je zwei USB-2.0- und USB-3.0-Anschlüsse, zwei Micro-HDMI-Ausgänge (4k), einen echten GBit-Ethernet-Adapter, je einen WLAN- und Bluetooth-Adapter sowie über eine 40-Pin-Steckerleiste mit GPIOs (General Purpose Input/Output). Im Vergleich zu den Vorgängermodellen sind die USB- und die Netzwerkschnittstellen vollständig voneinander getrennt und nehmen sich nicht gegenseitig Bandbreite weg. Auch die Übertragungsraten von/zur SD-Karte haben sich deutlich verbessert.

    Die eigentliche Rechenleistung stellt ein Broadcom-BCM2711-SoC (System-on-a-Chip) zur Verfügung: Es enthält vier CPU-Cores auf Basis der Cortex-A72-Architektur sowie einen Broadcom-Video-Core IV mit H.264- und H.265-Decoder. Der BCM2711 unterstützt erstmals mehr als 1 GByte RAM. Aktuell gibt es das Gerät in drei Varianten mit 1, 2 oder 4 GByte zu kaufen.

    Je nach Benchmark-Test ist das Modell 4B zwischen 30 und 100 Prozent schneller als sein Vorgänger. Allerdings ist auch die Leistungsaufnahme gestiegen: Ohne Peripheriegeräte beträgt diese je nach CPU-Auslastung zwischen 4 und 8 Watt. Die Stromversorgung kann wahlweise über ein USB-C-Kabel oder über ein Netzwerkkabel erfolgen (Power-over-Ethernet, erfordert eine ca. 20 ? teure Zusatzplatine).

  • Raspberry Pi 3, Modell B+: Dieses seit Frühjahr 2018 verfügbare und noch weit verbreitete Gerät wird mit 1,4 GHz nur unwesentlich langsamer getaktet als das Modell 4B. Allerdings kommt die ältere Cortex-A53-Architektur zum Einsatz. (Lassen Sie sich von der scheinbar höheren Nummer BCM2837 nicht verwirren!) Die CPU, die Beschränkung auf USB 2, eine maximale Ethernet-Übertragungsrate von ca. 300 MBit und andere Faktoren führen dazu, dass der Minicomputer in jeder Hinsicht spürbar langsamer als das Modell 4B läuft.

    Das Modell 3B+ verfügt nur über einen HDMI-Ausgang (maximal Full-HD), der dafür mit einer Standardbuchse ausgestattet ist. Die Leistungsaufnahme ist mit 3,5 bis 7 Watt ein wenig geringer als beim Modell 4B. Das hat auch die Nebenwirkung, dass die CPU im Normalbetrieb weit weniger heiß wird. Die Stromversorung erfolgt über einen Micro-USB-Anschluss.

  • Raspberry Pi 3, Modell A+: Diese selten eingesetzte Variante zum Modell 3B+ ist etwas kleiner und verfügt über weniger Anschlüsse (nur ein USB-Ausgang, keine Ethernet-Buchse). Es ist noch unklar, ob es ein A-Modell des Raspberry Pi 4 geben wird.

  • Raspberry Pi Zero W und Zero WH: Die seit Februar 2017 lieferbare Zero-W-Variante des Raspberry Pi wurde auf das absolute Minimum geschrumpft (siehe Abbildung 1.2): Anstelle einer normalen HDMI-Buchse gibt es deren Mini-Variante. Es gibt zwei Micro-USB-Buchsen: eine für die Stromversorgung und eine zur Datenübertragung. Weitere USB-Buchsen wurden ebenso eliminiert wie die Ethernet-Buchse und der analoge Audio-Ausgang. Dank eines Chips mit WLAN- und Bluetooth-Funktionen sind die Zero-Modelle W und WH aber netzwerkfähig.

    Beim Modell W wurde die GPIO-Steckerleiste durch 40 Lötpunkte ersetzt. Die im Februar 2018 vorgestellte Variante Zero WH hat exakt dieselben Daten wie das W-Modell, allerdings ist wie beim Raspberry Pi 3B+ eine Steckerleiste aufgelötet. Das erleichtert Bastelprojekte (kein Löten erforderlich), macht den Pi Zero WH aber auch deutlich voluminöser.

    Der Kameraanschluss nutzt den besonders kleinen FPC-Anschluss. Deswegen müssen Sie zum Anschließen ein spezielles Kabel verwenden, das teilweise in Raspberry-Zero-Sets mitgeliefert wird.

    Abbildung 1.2    Der Raspberry Pi Zero W

    Im Vergleich zu den Modellen 3B, 3B+ und 4B verwenden die Zero-Modelle W und WH ein viel älteres SoC: Der BCM2835 bietet nur einen CPU-Core mit ARMv6-Architektur bei einer Taktfrequenz von 1 GHz. Der Arbeitsspeicher ist mit 512 MByte nur halb so groß wie beim großen Bruder.

    Diesen Nachteilen stehen zwei große Vorteile gegenüber: Die Leistungsaufnahme beträgt nicht einmal 1 Watt! Außerdem ist die Platine weniger als halb so groß wie die der Standardmodelle. Noch ein Pluspunkt, wenn auch selten das Entscheidungskriterium, ist der etwas geringere Preis.

  • Raspberry Pi 3, Compute Module: Bei dieser Raspberry-Pi-Variante wurde das gesamte Innenleben des Raspberry Pi 3 auf einer noch kleineren Platine als bei den Zero-Modellen realisiert. Der ganze Computer hat die Form eines DDR2-SODIMM-Speicherriegels.

    Das Compute Module enthält standardmäßig einen 4 GByte großen Flash-Speicher und macht mehr Steuerungs-Pins des BCM2835 zugänglich, bietet also mehr GPIOs. Wirklich genutzt werden kann dieser Raspberry Pi allerdings nur in Kombination mit einem I/O-Board, das die Anschlüsse nach außen führt.

    Das Compute Module ist vor allem für die industrielle Nutzung gedacht, z.B. wenn der Raspberry Pi zur Steuerung eines in hohen Stückzahlen produzierten Geräts verwendet werden soll.

Abbildung 1.3 gibt einen tabellarischen Überblick über alle Raspberry-Pi-Modelle, die zwischen 2012 und 2019 vorgestellt wurden. Weitere technische Details können Sie in der Wikipedia nachlesen:

https://de.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi#Hardware

Abbildung 1.3    Überblick über die bis Mitte 2019 vorgestellten Raspberry-Pi-Modelle, jeweils mit Taktfrequenz und RAM-Größe

USB-Mängel bei den 3er-Modellen

Die Raspberry-Pi-Modelle 3B und 3B+ verfügen über vier USB-Anschlüsse. Sie sollten sich aber darüber im Klaren sein, wie diese Anschlüsse technisch realisiert sind: Ein USB-Kanal, den der BCM283x zur Verfügung stellt, führt zu einem internen Hub. Dieser ist dann mit den vier USB-Anschlüssen und dem Ethernet-Anschluss verbunden. Mit anderen Worten: Alle USB-Geräte und der Ethernet-Anschluss teilen sich die Bandbreite eines USB-2.0-Kanals.

Beim Raspberry Pi 3B+ unterstützt ein verbesserter LAN-Chip zwar eine höhere Netzwerkgeschwindigkeit von bis zu 300 MBit/s, aber das auch nur, wenn die USB-Anschlüsse gerade keine Bandbreite konsumieren.

Erst beim Raspberry Pi 4 wurde die USB-Unterstützung maßgeblich verbessert: Einerseits gibt es zwei USB-3-Ausgänge, andererseits sind der Ethernet-Anschluss und die USB-Ausgänge nun vollkommen voneinander getrennt. Laut Benchmark-Tests können über die USB-3-Buchsen bis zu 200 MByte/s von einer SSD gelesen werden. Das ist zwar immer noch langsamer als...

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