Что выбрать: Raspberry Pi или Arduino

Оглавление статьи: Что выбрать: Raspberry Pi или Arduino
Содержание

Человечество весь период своего существования старается облегчить работу каждого индивидуума в деле получения каких-либо жизненных благ. Другими словами, возможности осуществления минимума действий, с аналогичным результатом, как и при определенных трудовых затратах. Во многих случаях подобная практика оправдана, по причине опасности работы или ее однообразности.

плата

Уже давно в существующий социум вошло понятие автоматизации — когда обыденные и нудные работы берут на себя различные механические приспособления или даже целые роботизированные комплексы. Принципы функционирования большинства из них обеспечиваются встроенными «умными» системами, способными в ограниченных рамках действовать псевдо-разумно. Имеется в виду, реагировать на внешние ситуации в пределах заложенной программы, устанавливающей последовательность действий для каждого конкретного случая. Обеспечивается названая функциональность микроконтроллерами или компьютерами.

микроконтроллер с подключенными устройствами

Собственно, любой проектировщик логической системы изначально останавливается перед выбором — что конкретно использовать — специализированный микроконтроллер или компьютер. Тем более, что в последнее время получили широкое распространение практически готовые комплексные решения вопроса, изначально рассчитанные на применение их в составе средств автоматизации. Речь идет о Raspberry PI и Arduino. Первый в своей основе — пусть и не очень мощный, но компьютер. Возможности устройства близки полноценному ПК, с многозадачностью, сетью, большим объемом памяти и относительно мощным процессором. И все это при достаточно малых габаритах. Минусом служит ограниченность количества ШИМ портов ввода/вывода и практически полное отсутствие аналоговых преобразователей у большинства моделей, что, в свою очередь, требует использование дополнительных аппаратных модулей для подключения большей части датчиков.

только некоторые из датчиков Arduino

Кроме названого можно вспомнить и о не 100 % поддержки производителей платформы Raspberry PI у своих устройств. То есть, весьма вероятно, что для какого-либо конкретного оборудования может попросту не оказаться библиотек или программных компонентов им управляющих.

Другое дело микроконтроллер Arduino. Если брать процессорные мощности, память и функциональность — то они на первый взгляд скромнее.  Слабый процессор в десятки мегагерц, вместо сотен у Raspberry, килобайты оперативки, взамен мегабайт конкурента, отсутствие сетевых коммуникаций. В реальности названое не служит минусом платформе Arduino, а скорее ее плюсом. Ведь, в сущности — чем «умнее» устройство, тем больше оно потребляет энергии, и там, где микроконтроллер может работать от аккумулятора неделями, полноформатный компьютер растратит заряд за считаные часы.

Arduino Uno с установленными платами расширения

Что касается недостающих возможностей, их для платформы Arduino получают установкой аппаратных дополнений, которые, не загружая внутренний процессор устройства приносят требуемую в конкретный момент функциональность. То есть, общий комплекс оборудования собирается как кубики, каждый из которых предоставляет свои возможности. Нужна сеть — добавляем к микроконтроллеру плату сетевого WIFI/LAN/Bluetooth взаимодействия. При необходимости синтеза голоса устанавливается так называемый «шилд», обеспечивающий требуемую возможность. Что касается программной совместимости — большая часть подключаемого оборудования разрабатывается конкретно под названую платформу и никаких проблем ими управлять попросту не существует.

множество плат расширения Arduino

Особо хотелось бы отметить контроль сторонних устройств — за счет продуманной программно/компонентной схемы — Ардуино на высоте. Множество аналоговых и цифровых портов ввод/вывода расположенных сразу на плате микроконтроллера, явно дает ему преимущество в некоторых нишах применения, если сравнивать Arduino или Raspberry PI.

Назначение

Любое сравнение компьютеров и микроконтроллеров, сторонниками обоих лагерей, начинается с их характеристик. В случае Arduino vs Raspberry PI технические параметры каждого относительно противника можно оценить таблицей:

Одноплатный компьютер Raspberry PI Микроконтроллер Arduino
Процессор Broadcom ATMega
Частота 700–1500 МГц 16 МГц
Количество ядер 1–4 1
Память 512–4096 Мб оперативной 32 Кб flash, 1 Кб EEPROM, 2 Кб оперативной
Сеть, включая глобальную Есть Требуется использование дополнительных шилдов и базовые знания сетевого взаимодействия
Потребление энергии 10 Вт 0.33 Вт
Режим работы Многозадачность Реальное время
Наличие сред разработки Множество в рамках применяемых в Linux и способных компилировать код для ARM-процессоров Arduino IDE, AtmelStudio или похожие в случае клонов платформы
Звук Все мультимедийные возможности большого ПК Если нужен вывод чего-либо отличающегося от нескольких звуковых сигналов разных частот, необходимо использовать внешние платы расширения
Видео (обработка) Есть Нет
Периферия Стандартная, предназначенная для работы с ПК Подключается только с использованием специальных для каждого типа устройств шилдов.
Внешний источник хранения данных SD-карта Через плату расширения SD-карта
Управление контактными цепями (ШИМ-периферия) Нет или сильно ограничено у клонов Есть
Подключение аналоговых датчиков Только через дополнительные платы расширения Есть
Операционная система с интерфейсом пользователя Linux, Android Нет
Порты GPIO 26–40 pin, UART, i2c 14 цифровых, 6 из которых можно использовать как ШИМ, 6 аналоговых, USB, ICSP. У некоторых моделей больше.
Цифровые порты (ПК) USB, mini HDMI, Composite USB
Встроенный видеоадаптер Есть Нет

Контекст вышесказанного нужно понимать не только как сравнение конкретно платформ Raspberry PI и Arduino, но и в общем смысле проведения параллелей между одноплатными компьютерами и микроконтроллерами. Последние, конечно, проигрывают в мощностях, набирая свое только за счет экономного использования энергии и широкого спектра подключаемых дополнительных плат.

Еще одним преимуществом, которое часть специалистов считает недостатком, служит выполнение задач реального времени, которые в не специализированных ОС произвести сложно, а микроконтроллер их осуществляет изначально. Может для DIY проектов последнее и не критично, тем не менее фактор может иметь значение в линиях производств, связанных непосредственно с изготовлением химической продукции, топлива или иных процессов требующих точного соответствия процедур действий определенным промежуткам времени. Сюда, по большому счету можно отнести технологии, связанные с авиацией, космосом, судоходством, автомобилями и прочими критичными нишами использования высокоинтеллектуальных устройств.

космический спутник, использующий микроконтроллер Arduino

 

Теперь немного о цене владения. Тут пока лидирует Arduino, который на порядок дешевле конкурента. Посудите сами, сравнив цены типовых Raspberry PI:

Модель Цена
Raspberry PI 3 B 4399
Raspberry PI 4 B 5199

с распространенными моделями Arduino:

Arduino UNO R3 270–350
Arduino MEGA 2560 R3 670–5000*

*есть платы-аналоги, производимые сторонними изготовителями, а есть именно заводы Arduino. Оригинальные микроконтроллеры понятно дороже, хоть и не факт, что они лучше качеством.

Разнообразие

Кроме общей информации приведенной ранее, при выборе собственно «мозга» конструкции, стоит обратить внимание на все возможности предоставляемые различными моделями высокоинтеллектуальных устройств Arduino и Raspberry [Ю.П.1] .

Модели Arduino

Для большинства выпускаемых моделей Arduino технические характеристики равны, к примеру, у многих процессор работает с частотой 16 МГц, при оперативной памяти в 2 Кб. Основные различия выражаются размерами (форм-фактором) и количеством пинов (контактов подключения внешних устройств и сенсоров). Хотя, есть и нюансы:

  • Arduino Uno. Наверное, самая распространенная модель из находящихся на рынке. Подобная популярность вызвала появление множества клонов, выпускаемых за счет того, что платформа в своей основе открыта. В России, к примеру, одна из копий (их в реальности, множество) производится под торговой маркой RobotDyn UNO. Что касается характеристик UNO, — здесь акцентируется внимание на количестве портов: 20 цифровых, 6 аналоговых, 6 ШИМ. При этом устройство поддерживает два аппаратных прерывания. Размеры и расположение интерфейсной части позволяют удобно подключать и монтировать стандартные аппаратные платы расширения (шилды), разработанные специально для Ардуино. Сами габариты классически составляют 53.34×66 мм. Последние могут слегка различаться, здесь главным становится только правильное размерное расположение контактных площадок для подключаемых устройств.Arduino Uno
  • Arduino Leonardo. Более мощная модель по сравнению с UNO. Отличается расширенным контроллером ATmega32u4 и наличием большего количества портов: 12 аналоговых, 7 ШИМ, 5 контролируемых за счет аппаратных прерываний, USB и UART. Российский аналог выпускается под названием Iskra Neo. Габаритные размеры Leonardo составляют 6.9×5.3 мм, без учета разъема микро-USB и питания.Arduino Leonardo
  • Arduino Mini. Уменьшенный вариант относительно UNO, обладающий аналогичными возможностями. При использовании могут возникнуть проблемы с подключением внешних шилдов, которые, впрочем, легко решаются за счет дополнительной макетной платы. Единственным минусом, кроме названого можно считать только, что в составе устройства отсутствует USB разъем и для его прошивки требуется использовать дополнительный переходник USB-UART. Габариты Arduino MINI составляют всего 30×18 мм. Российский аналог называется Iskra Mini.Arduino Mini
  • Arduino Micro. названый микроконтроллер своей начинкой равен Leonardo, при размерах 48×18 мм. В отличие от MINI, место для USB разъема на устройстве нашлось.Arduino Micro
  • Arduino Mega 2560. Среди микроконтроллеров настоящего типа модель служит своеобразным топом по возможностям. В ней 8 Кб оперативной памяти и 256 Кб постоянной, кроме того расширено количество портов, их теперь 60. Причем 16 пинов предназначены целям аналогового обмена, а еще 16 отпущены под ШИМ.Arduino Mega 2560

Кроме названых существует много других моделей Arduino, но часть из них уже не подходит под понятие микроконтроллера, приближаясь характеристиками к возможностям полнофункционального компьютера. Здесь достаточно вспомнить Due ориентированный на использование в качестве штатного автомобильного ПК, Yún представляющий собой своеобразный гибрид и работающий на OpenWRT Linux. Не стоит забывать и о не полных клонах, производители которых добавляют свои возможности к продаваемому оборудованию.

Разнообразие Raspberry Pi

Raspberry PI, в отличие от Arduino, не может похвастаться широким ассортиментом или очень низкой ценой. Тем не менее одноплатным компьютерам названой марки есть чем удивить придирчивого покупателя.

  • Raspberry PI 1 A и A+. Компьютер работающий на процессоре Broadcom BCM2835, с частотой 700МГц и одним ядром. Количество оперативной памяти в зависимости от модели отличается и составляет для А 256 Мб и 512 Мб в случае A+. Видеовыход организован двумя разъемами — RCA и HDMI. Также на плате размещен слот чтения SD-карт и GPIO порты в количестве 26 штук для А и 40 в случае А+. Кроме них присутствуют коннекторы SPI, I²C, I²S, UART. Габариты конструкции составляют 85.6×53.98 мм для A и 65×56 мм при A+. Разведенных сетевых адаптеров на плате нет, для их подключения требуется подсоединение отдельной аппаратной части.Raspberry PI 1 A+)
  • Raspberry PI 1 B и B+. Следующее поколение, отличающиеся 512Мб памяти изначально, двумя USB разъемами в случае B и 4 для B+. Начальные сетевые возможности представлены встроенным LAN-адаптером на 100 мб/с. Как и в случае первой модели, количество пинов GPIO зависит от наличия плюса в маркировке — для B+ их 40, при обычном B, только 26.
  • Raspberry PI 2. Развитие первого одноплатника. Памяти в нем теперь 1 Гб, габариты аналогичны предыдущему поколению, присутствует сеть. Поменялся процессор, теперь микрокомпьютер использует четырех ядерный Cortex A7 с тактовой частотой в 900 МГц. Вся остальная начинка аналогична модели Raspberry PI 1 B+.Raspberry PI 2
  • Raspberry PI 3. Популярная модель следующего поколения. Теперь используется 64 битный процессор Cortex A53 1.2 Ггц. Встроенное видео повзрослело и работает на частотах 400 МГц. В состав одноплатника включен модуль Bluetooth 4.1 и WIFI 802.11n. Оперативной памяти, как и в случае B+ — 1 Гб. Габариты платы выросли аналогично и теперь составляют 85.6×56.5×17 мм.Raspberry PI 3 model B
  • Raspberry PI Zero, включая модели W и 3B+. Главное отличие от старших собратьев — памяти всего 512 Мб, меньше физические габариты (66×32×5 мм) и одноядерный процессор ARM1176JZ-F 1 ГГц, вернее его аналог от Broadcom с индексом BCM2835. Теперь, что отличает подмодели W и 3B+. У обоих распаян Bluetooth, вместе с адаптером WIFI. В 3В+ разогнан указанный ранее процессор до 1.4 ГГц. Кроме того, в случае последней модели сделали апгрейд сетевой части до более современных реалий. К примеру, Bluetooth получил версию 4.2, WIFI обзавелся поддержкой всего диапазона 802.11, включая b/g/n/ac. Ethernet стал гигабитным.Raspberry PI Zero
  • Raspberry PI 4 B. Мощность названого одноплатника бьет все возможные рекорды, до такой степени, что его все чаще начинают использовать в качестве полноценного домашнего ПК. Посудите сами: четырех ядерный Broadcom BCM2711 1.5 ГГц 64-bit, ОЗУ, в зависимости от модификации в 1, 2 или 4 Гб. Связь представлена Bluetooth 5.0, беспроводным адаптером Wi-Fi на 2.4 ГГц и 5.0 ГГц. На плате размещен адаптер гигабитного Ethernet. Кроме GPIO портов присутствуют коннекторы USB-С 3.0 и USB-С 2.0. Видео выводится на два micro-HDMI выход при аппаратном декодировании в качестве 4k и 60 Гц.Raspberry PI 4 B

Выбор

Рассмотрев характеристики представленных аппаратов каждый может сделать выбор в том, что лучше подходит для конкретного проекта — Raspberry PI или Arduino. В обоих случаях есть и свои плюсы, и минусы. К примеру, одноплатник стоит относительно дороже, но обеспечивает мультимедийные и интерфейсные возможности из коробки. Его великий минус — энергопотребление, которое может доходить до 2 А (10 Вт) в пиковом режиме работы.

Raspberry PI или Arduino

Микроконтроллер же, в своей простоте отличается малой мощностью, но лучшей аппаратной расширяемостью, чем одноплатный компьютер. К примеру, у него элементарно больше аналоговых портов, что означает больше возможностей в деле получения информации от внешних датчиков. Кроме названого плюса — его цена существенно ниже чем даже у самого дешевого Raspberry PI. Опять же, для использования в средах где требуется точное соблюдение временных промежутков в выполняемых процессах он незаменим. Тем и плоха многозадачность Raspberry — в каждый конкретный момент выполняется множество разных операций. И если мощности процессора заняты, требуемое в определенное время действие может задержаться до освобождения ресурсов, что в некоторых случаях становится критичным.

Ну, а про потребление энергии вообще отдельный разговор. Микроконтроллер тратит десятые части ватта, что позволяет использовать его с питанием от батареи очень долгое время. В десятки раз быстрее Raspberry PI разрядит любой аккумулятор, в отличие от того же Arduino.

Raspberry PI

И еще одна деталь, которая служит существенным минусом у одноплатника. Речь идет о завершении работы. Операционная система требует правильного закрытия всех файлов на внутреннем накопителе, что в свою очередь приводит к специфичному и относительно долгому процессу выключения Raspberry PI или похожих компьютеров. Arduino в данном случае достаточно просто выдернуть из розетки.

В общем, для каждого конкретного случая нужно подбирать логическое устройство индивидуально, выбирая между микроконтроллером и одноплатным компьютером.

малинка

Видео по теме

Хорошая реклама

 

Добавить комментарий Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *