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Aus Raspberry Pi Geek 03/2015

Erweiterungen für den Raspberry Pi

© Altomedia, 123rf.com

Nützliche Anbauten

Tim Schürmann

Findige Tüftler spendieren dem Raspberry Pi nützliche bis kuriose Hardware-Erweiterungen. Der Artikel liefert eine Übersicht der wichtigsten Zusatzplatinen und gibt Einblick in die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des ARM-Winzlings.

Kaum war der Raspberry Pi [1] auf dem Markt, stürzten sich schon die Bastler auf den Zwergrechner. Einige von ihnen wollten sich mit dem Anschluss von LEDs nicht zufriedengeben und ließen kurzerhand komplexere Zusatzplatinen in Serie ätzen. Inzwischen gibt es für fast alle Aufgaben geeignete Lösungen: angefangen bei einem Kameramodul, über Sensoren, Steuerungsplatinen für die Heimautomation bis hin zu kleinen Soundkarten. Einige besonders interessante und beliebte Erweiterungen stellt der Artikel kurz vor. Bis auf wenige Ausnahmen sind diese bei den einschlägigen Elektronikversendern wie Conrad, Reichelt oder ELV erhältlich. Die Tabelle “Produktübersicht” zeigt sämtliche im Artikel besprochenen Erweiterungen in einer übersichtlichen Liste.

Andocken mit System

Die Hardware-Erweiterungen docken in der Regel an die GPIO-Pins des Raspberry Pi an. Sie verbinden die Platinen entweder über ein Flachbandkabel oder setzen die Erweiterung direkt auf den RasPi. In letzterem Fall sieht das Ergebnis wie ein Hardware-Sandwich aus. Für derlei Aufsteckplatinen gibt es sogar eine Spezifikation der Raspberry Pi Foundation [2]. Sie schreibt neben den Abmessungen der Platine und den Positionen der Bohrlöcher auch ein EEPROM vor. Es teilt dem Raspberry Pi mit, wie die Erweiterung die GPIO-Pins nutzt und welche Hardware sich sonst noch auf der Platine befindet. Eine Hardware-Erweiterung, die dieser Spezifikation folgt, heißt Hardware Attached on Top, kurz HAT. Die Spezifikationen gelten allerdings nur als Empfehlungen: Bewirbt ein Hersteller seine Raspberry-Pi-Erweiterung als HAT, muss sie nicht zwingend auch die Spezifikation einhalten.

Bitte lächeln

Die Raspberry Pi Foundation steuert selbst eine der wohl beliebtesten Erweiterungen bei: Das offizielle Kameramodul (Abbildung 1) schießt Bilder mit fünf Megapixeln und zeichnet Videos in den Auflösungen 1080p30, 720p60 und VGA90 auf [3]. Der Zugriff auf die Kamera erfolgt über entsprechende Kommandozeilentools, etwa Raspistill oder Raspivid, Video4Linux (V4L) oder eine entsprechende Bibliothek. Die Kamera schließen Sie über ein Flachbandkabel an den CSI-Port (Camera Serial Interface) des Raspberry Pi an. Im Handel kostet das Modul etwa 27 Euro. Für rund 3 Euro erhalten Sie eine Variante des Kameramoduls, die auch im Infrarot-Bereich aufnimmt [4] und damit Nachtaufnahmen erlaubt.

Abbildung 1: Das offizielle Kameramodul für den Raspberry Pi nimmt Videos sogar in Full HD auf. (Bild: Farnell Element14)

Abbildung 1: Das offizielle Kameramodul für den Raspberry Pi nimmt Videos sogar in Full HD auf. (Bild: Farnell Element14)

Es werde Licht

In Kürze soll der Raspberry Pi ein offizielles Touch-Display erhalten. Dieses stecken Sie auf das Raspberry-Pi-Board und verwandeln den Mini-Computer so in eine Art Tablet-PC [5]. Aufgrund der größeren Höhe des Tandems sieht die Raspberry Pi Foundation einen Einsatz des Touch-Displays primär in eingebetteten Systemen vor. Das Display soll eine Auflösung von 640 x 480 Pixeln besitzen.

Bereits länger im Handel erhältlich ist das TFT-Display C-Berry von Admatec [6]. Den knapp 40 Euro teuren Bildschirm (Abbildung 2) schließen Sie über den SPI-Port an. Die Auflösung beträgt allerdings nur 320 x 240 Bildpunkte, zudem versteht das C-Berry keine Touch-Gesten. Dafür benötigt das Display keine zusätzliche Stromversorgung.

Abbildung 2: Das C-Berry-Display benötigt zwar nicht viel Strom, liefert aber mit 320 x 240 Pixeln auch eine vergleichsweise bescheidene Auflösung. (Bild: Admatec)

Abbildung 2: Das C-Berry-Display benötigt zwar nicht viel Strom, liefert aber mit 320 x 240 Pixeln auch eine vergleichsweise bescheidene Auflösung. (Bild: Admatec)

Eine Mini-Lichtorgel stellt das Unicorn Hat [7] bereit. Auf der kleinen Platine ordnet es insgesamt 64 RGB-LEDs in einer 8×8-Matrix an. Jede RGB-LED kann der RasPi einzeln ansteuern und so einfache Bilder darstellen, visuelle Effekte generieren oder eine bestimmte Lichtstimmung erzeugen. Da die LEDs laut Hersteller extrem stark leuchten, sollten Sie nicht direkt auf das eingeschaltete Unicorn Hat schauen und möglichst mit einem aufgesetzten Milchglas-Diffuser das Licht streuen beziehungsweise dimmen. Das Modul nutzt die PWM-Hardware (Pulse Width Modulation) und die GPIO-Pin 18. Des Weiteren sollte der Raspberry Pi an einem Netzteil hängen, das zwei Ampere liefert. Die Erweiterung kostet aktuell 24 britische Pfund.

Messen, steuern, regeln

Wer mit dem Raspberry Pi messen, steuern oder regeln möchte, sollte einen Blick auf das Gertboard werfen [8]. Nach seinem Entwickler Gert van Loo benannt, erweitert die Platine den Raspberry Pi unter anderem um einen Controller für Motoren, A/D- und D/A-Wandler, einen frei programmierbaren AT-Mega-Microcontroller, Druckschalter und Kollektorausgänge. Das Gertboard (Abbildung 3) schließen Sie mit einem Flachbandkabel direkt an die GPIO-Pins an. Im Handel kostet die Platine etwa 50 Euro.

Abbildung 3: Wer messen, steuern und regeln möchte, greift am besten zum Gertboard von Entwickler Gert van Loo. (Bild: Handbuch von Fen Logic Ltd.)

Abbildung 3: Wer messen, steuern und regeln möchte, greift am besten zum Gertboard von Entwickler Gert van Loo. (Bild: Handbuch von Fen Logic Ltd.)

Unter anderem eine serielle RS-232-Schnittstelle rüstet das Raspicomm [9] nach. Die auf die GPIO-Pins gesteckte Adapterplatine bietet zudem I2C-Verbindungen etwa für den Anschluss von Sensoren, einen 5-Wege-Joystick-Anschluss und eine RS-485-Schnittstelle, an die sich etwa Schrittmotorensteuerungen hängen lassen. Das Raspicomm enthält eine Echtzeituhr, die eine Batterie auch nach dem Ausschalten des Raspberry Pi in Gang hält. Die Erweiterung schlägt allerdings mit 50 Euro zu Buche. Wer nur eine RS-232-Schnittstelle benötigt, kann auch zum 20 Euro teuren RS232/GPIO Shield von Linksprite greifen [10].

Analog liefert die Pi-Face Real Time Clock eine batteriegepufferte Echtzeituhr, die 9 Euro kostet [11]. Hersteller Pi-Face bietet zudem noch eine Erweiterung an, die zwei Relais, vier Taster, acht LEDs, acht Digitaleingänge und acht Open-Collector-Ausgänge bereitstellt. Die Platine erhalten Sie für knapp 23 Euro [12].

Messie

Die momentane Temperatur, der Luftdruck und die aktuelle Position lassen sich mithilfe des Mems Sensor Boards (Abbildung 4) abfragen [13]. Die auch als Xtrinsic-Sense-Board bezeichnete Aufsteckplatine enthält zusätzlich noch einen Magnetfeld- und einen Beschleunigungssensor, wobei Letzterer zwischen drei Richtungen unterscheidet. Das Mems Sensor Board kostet im deutschen Einzelhandel 30 Euro.

Abbildung 4: Das Mems Sensor Board misst Luftdruck, Temperatur und die aktuelle Position. (Bild: Farnell Element 14)

Abbildung 4: Das Mems Sensor Board misst Luftdruck, Temperatur und die aktuelle Position. (Bild: Farnell Element 14)

Ein komplettes Oszilloskop bietet Ihnen das Bitscope Micro [14]. Im Gegensatz zu den meisten anderen Hardware-Addons handelt es sich dabei um eine USB-Erweiterung. Das Digital-Oszilloskop (Abbildung 5) besitzt zwei Kanäle mit einer Bandbreite von 20 MHz sowie eine Auflösung von 8 und 12 Bit. Die Abtastrate liegt bei 40 Megasamples pro Sekunde. Laut Hersteller benötigt das Bitscope Micro keine eigene Stromversorgung. Dem kleinen Oszilloskop liegt nicht nur eine passende Software bei, es lässt sich auch über Programmierschnittstellen ansprechen und steuern. Der Anbieter verlangt dafür jedoch nicht ganz günstige 110 Euro.

Abbildung 5: Mit dem Bitscope Micro erhalten Sie unter anderem einen Logik- und Spektrumanalysator. (Bild: Farnell Element 14)

Abbildung 5: Mit dem Bitscope Micro erhalten Sie unter anderem einen Logik- und Spektrumanalysator. (Bild: Farnell Element 14)

Bastler freuen sich über den Pi Dish von Adafruit [15]. Die Platine verteilt die GPIO-Ports auf eine weiße Experimentierplatine. Damit der Raspberry Pi beim Aufbau eines Experiments nicht auf dem Schreibtisch auf Wanderschaft geht, lässt er sich auf der Pi Dish festklemmen. Im deutschen Einzelhandel kostet die Platine 30 Euro.

Heimatgefühle

Im Haushalt lassen sich immer mehr Geräte drahtlos steuern. Dazu zählen beispielsweise auch die von Philips angebotenen Hue-Lampen [16]. Sie kommunizieren über einen Zigbee genannten Standard. Derartige Geräte spricht ein Aufsteckmodul von Dresden Electronic an und steuert sie [17]. Die Raspbee (Abbildung 6) genannte Platine besitzt eine Reichweite von bis zu 500 Metern und steht in zwei Ausführungen zur Verfügung: Die Basic-Variante kostet 37 Euro und spricht maximal 5 Knoten gleichzeitig an, während die Premium-Variante für 58 Euro mit bis zu 200 Knoten jongliert. Der Raspbee spricht auch mit Xbee-2-Geräten sowie mit anderen, die IEEE 802.15.4 als Funkprotokoll verwenden; er arbeitet mit einer eigenen Firmware, ist allerdings nicht mit der Philips-Hue-Bridge kompatibel.

Abbildung 6: Mit dem Raspbee steuern Sie Zigbee-Geräte und solche, die das Funkprotokoll IEEE 802.15.4 verwenden. Allerdings fehlt eine Unterstützung für die Hue-Bridge von Philips. (Bild: dresden-elektronik.de)

Abbildung 6: Mit dem Raspbee steuern Sie Zigbee-Geräte und solche, die das Funkprotokoll IEEE 802.15.4 verwenden. Allerdings fehlt eine Unterstützung für die Hue-Bridge von Philips. (Bild: dresden-elektronik.de)

Den ebenfalls in der Heimautomation eingesetzten Z-Wave-Standard beherrscht das Modul Razberry [18]. Das vom Schweizer Hersteller Z-Wave.me angebotene Software Development Kit ist jedoch teilweise Closed Source. Der deutsche Einzelhandel verkauft das Aufsteckmodul für 60 Euro. Mit dem Enocean Pi lassen sich schließlich noch die batterielosen Funkmodule der Firma Enocean steuern [19]. Diese beziehen ihre Energie aus Bewegungen, Licht oder Temperaturschwankungen. Sie bekommen ihn im Einzelhandel für 35 Euro.

Hast du Töne

Musik und Töne gibt das HAT-Modul Hifiberry aus [20]. Die Mini-Soundkarte (Abbildung 7) existiert gleich in mehreren Ausführungen. Unter anderem wählen Sie zwischen einem Modell mit analogen Cinch- oder digitalen S/PDIF-Ausgängen. In letzterem Fall stehen eine optische und eine elektrische Buchse bereit. In jedem Fall verarbeitet das Modul die Tonsignale mit 192 kHz in 24 Bit. Der deutsche Hersteller Modul 9 verkauft mit dem Hifiberry Amp sogar einen Mini-Verstärker mit bis zu 2 x 25 Watt Leistung, an den Sie direkt Lautsprecher klemmen dürfen. Während der Hifiberry Amp mit 60 Euro zu Buche schlägt, kosten die anderen Ausführungen zwischen 25 und 30 Euro.

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