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Mini-Computer als automatische Steuerung

Jay ist neun Jahre alt, als er am Tech-Forum „Coolest Projects“ teilnimmt. Angestoßen durch die Covid-Erkrankung seines Vaters, präsentiert der Brite sein selbst entwickeltes Beatmungsgerät: „Ich habe ‚Oxy Pi‘ mit der Programmiersprache Python entwickelt“, erklärt Jay in seinem Vorstellungsvideo. In knapp zwei Minuten erklärt der junge Entwickler, wie der verwendete Einplatinencomputer Raspberry Pi einen Servomotor steuert. Der Motor wiederum aktiviert eine Pumpe. Diese pumpt über einen Schlauch Luft in die Lunge, welche Jay für seinen Versuchsaufbau mit einer Plastiktüte simuliert.

Geschichte

„Coolest Projects“ ist eine Initiative der Raspberry Pi Foundation. Die Stiftung hat das Ziel, Programmieren vor allem bei jungen Menschen populär zu machen. 2006 stellte Gründer Eban Upton fest, dass sich immer weniger Menschen für Computerwissenschaften interessieren. Er führte die rückläufige Entwicklung darauf zurück, dass es kaum noch erschwingliche, frei programmierbare Rechner gab. Das wollte er ändern. Upton entwickelte einen Rechner, der Kinder dazu ermutigen sollte, sich bis ins letzte Detail mit dem Computer auseinanderzusetzen. Heraus kam der Raspberry Pi, ein Einplatinencomputer.

Technik

Einplatinencomputer konzentrieren sich auf das Wesentliche: Sie bestehen aus einer einzelnen Leiterplatte, die alle elektronischen Komponenten umfasst. Daher heißen sie im Fachjargon auch Single-Board-Computer (SBC). Alle Komponenten sind so kompakt angeordnet, dass der SBC kaum größer ist als eine EC-Karte. An diese lassen sich dann eine Tastatur, ein Monitor oder andere Hardware anschließen – wie beispielsweise Jays Servomotor.

Community

Die Einplatinenrechner kommen vor allem bei erwachsenen Tüftlern gut an: Mit jedem verkauften Raspberry Pi wächst die weltweite User-Community. Sie entwickelt Open-Source-Anwendungen, die sich unkompliziert realisieren lassen. Da wundert es nicht, dass der Mini-Computer inzwischen in der Industrie Einzug erhalten hat.

Raspberry Pi im Internet of Things

Mit dem Internet of Things (IoT) ergeben sich neue Anforderungen an die Steuerungstechnik: Übergeordnete Netze übernehmen immer mehr Funktionen. Anstatt auf großen Rechnern laufen Dienste heute in der Cloud. Dadurch wächst der Bedarf an kleinen, dezentralen Einheiten. Diese müssen sich mit möglichst vielen industriellen Netzwerken verbinden können. Raspberry Pi schließt diese Lücke. Aufgrund seiner Größe passt der Einplatinencomputer hervorragend in Schaltschränke. Hier fungiert er als Knotenpunkt, der die notwendige Rechenleistung sowie Netzanbindung mit sich bringt.

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Insbesondere das Überwachen von Arbeitsprozessen liegt dem Mini-Computer. Zudem macht es die große Auswahl passender Open-Source-Software Unternehmen einfach, Raspberry Pi für IoT-Anwendungen zu verwenden. So kommt er beispielsweise beim High-Tech-Farming, in Energieanlagen oder Wasserkraftwerken zum Einsatz. Dabei erfasst und verarbeitet der Mini-Rechner Maschinendaten und sendet sie anschließend in die Cloud. Auf diese Weise können Unternehmen aus der Ferne darauf zugreifen. Sie analysieren die Produktionsdaten und leiten daraus Optimierungen ab. Indem sie die Daten kontinuierlich sammeln, können sie Vorhersagen treffen und ihre Maschinen vorausschauend warten. Das reduziert Ausfälle.

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Rasperry Pi – Eckdaten

Der Einplatinenrechner ist seit 2012 auf dem Markt, ein Exemplar kostet rund 35 Dollar. Mehr als 45 Millionen Stück wurden bisher verkauft und der „Bastelrechner“ erfreut sich weiter großer Beliebtheit bei Hobby-Programmierern.

AUF MARS-MISSION

Auch die NASA nutzt den Mini-Computer. Allerdings zeigt dieses Beispiel auch, wie angreifbar Technik für Hacker-Angriffe ist: Kriminellen gelang es, sich über den Raspberry Pi Zugriff in das NASA-System zu verschaffen und Daten zu stehlen, die Informationen zum Mars Science Laboratory enthielten. Ein Jahr lang blieb der Diebstahl unentdeckt.

Der Angriff zeigt, wie wichtig IT-Sicherheit ist – selbst bei kleinen Rechnern. Doch auch der Raspberry Pi lässt sich mit einfachen Sicherheitsmaßnahmen schützen. Dazu gehören das Ändern von Benutzernamen und Passwörtern, regelmäßige Updates sowie das Absichern des SSH-Fernzugriffs. Maßnahmen, die sich lohnen. Denn wer den einstigen Mini-Rechner für Tüftler clever aufsetzt, öffnet die Tür zu smarten IoT-Anwendungen. Entwickler wie der kleine Jay werden diese vernetzte Welt künftig häufiger betreten.

(Text: Sonja Koesling)

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