Raspberry Pi 4 wygląda niepozornie: to płytka wielkości karty kredytowej, na której umieszczono procesor, pamięć i zestaw złączy. Jej możliwości są jednak znacznie większe, niż sugerują wymiary. Ten niedrogi komputer opracowany przez brytyjską Raspberry Pi Foundation sprawdza się zarówno w nauce programowania i poznawaniu budowy komputera, jak i w rozbudowanych projektach domowych.
Co to jest Raspberry Pi?
Raspberry Pi to niewielki i tani komputer jednopłytkowy, popularny w automatyce domowej, edukacji i projektach majsterkowych. Korzysta z szerokiego ekosystemu oprogramowania open source. Sama płytka nie zawiera monitora, klawiatury ani myszy, a system operacyjny trzeba zainstalować na nośniku pamięci.
Płytka ma rozmiar zbliżony do karty kredytowej i dobrze nadaje się do nauki Pythona, Scratcha oraz podstaw Linuksa. Może służyć do przeglądania internetu, pracy z dokumentami, odtwarzania filmów HD i uruchamiania gier. Użytkownicy budują na jej bazie również kamery podczerwone, automatyczne karmniki publikujące zdjęcia, stacje pogodowe, systemy monitoringu i odtwarzacze muzyki.
Projekty Raspberry Pi 4
Jeśli Raspberry Pi 4 czeka w szufladzie na dobry pomysł albo dopiero rozważasz zakup, poniższa lista pomoże wybrać projekt. Część propozycji jest prosta i nie wymaga dużego doświadczenia programistycznego. Dodatkowe instrukcje można znaleźć w serwisie YouTube, dokumentacji projektów oraz na forach społeczności Raspberry Pi.
Część projektów da się wykonać również na tańszym Raspberry Pi 3 Model B+, ale Pi 4 ma wyraźnie większy zapas wydajności. Oferuje warianty z 1, 2 lub 4 GB pamięci RAM, obsługę dwóch wyświetlaczy 4K przez porty micro HDMI, gigabitowy Ethernet oraz czterordzeniowy procesor Cortex A72 1,5 GHz w układzie Broadcom BCM2711. Przy serwerach, multimediach i bardziej złożonych aplikacjach przekłada się to na szybszą i płynniejszą pracę niż w starszych modelach.
1. Jak zbudować własny komputer Raspberry Pi
Jednym z najbardziej klasycznych zastosowań Raspberry Pi jest tani komputer osobisty. Taki zestaw może służyć początkującemu programiście do poznawania Linuksa, dziecku do nauki obsługi komputera albo szkole do wyposażenia pracowni. Jego złożenie jest stosunkowo proste i nie wymaga specjalistycznych narzędzi.
1.1 Laptop z Raspberry Pi 4
Raspberry Pi 4 dobrze nadaje się do budowy laptopa ze względu na niewielkie wymiary, prostą konfigurację i możliwość współpracy z różnymi podzespołami. Gotowy komputer można wykorzystać do programowania, pracy biurowej i obsługi własnych projektów.
https://www.youtube.com/watch?v=LYiTqSaCa5c
Pozostałe potrzebne elementy
Do budowy laptopa z Raspberry Pi 4 potrzebne będą między innymi ekran, klawiatura, obudowa i opcjonalnie kamera. Można skorzystać z jednego z poniższych rozwiązań:
- Laptop DIY z Raspberry Pi i obudową drukowaną w 3D
- Kieszonkowy laptop z Raspberry Pi
- Zestaw laptopowy Kano
- Laptop łączący Raspberry Pi i Arduino
- Pi-Top (Pi-Top)
1.2 Komputer stacjonarny z Raspberry Pi 4
Raspberry Pi 4 może pełnić funkcję codziennego komputera stacjonarnego, zwłaszcza w wersji z większą ilością pamięci RAM. Dojrzały system operacyjny i przeglądarka Chromium wystarczają do typowych zadań biurowych, nauki i korzystania z internetu. Płytka obsługuje także dwa monitory, a poprawnie skonfigurowany zestaw działa płynnie przy umiarkowanym obciążeniu.
Inne podstawowe elementy
Do zbudowania zestawu będą potrzebne:
- Kabel HDMI, zasilacz, mysz, klawiatura i przewodowe połączenie z internetem; Wi-Fi można skonfigurować po uruchomieniu Pi 4
- Radiator do Raspberry Pi 4, szczególnie ważny przy podkręcaniu generującym dodatkowe ciepło
- Dysk twardy USB 3
- Zapasowa karta micro SD o pojemności 16 GB
- Narzędzie Raspberry Pi Imager
- Komputer z systemem Windows, Linux lub macOS
- Raspberry Pi 4
2. Animacje poklatkowe
https://www.youtube.com/watch?v=OK7MmGNr2hE
Wykonanie i połączenie tysięcy nieruchomych klatek potrzebnych do animacji poklatkowej bywa żmudne. Raspberry Pi z modułem PiCam może zautomatyzować fotografowanie. Zamiast każdorazowo wpisywać polecenie przez SSH, można wyzwalać zdjęcie fizycznym przyciskiem. Do prostego sterownika wystarczą przycisk dwustanowy, dwa przewody męsko-żeńskie i płytka stykowa.
Inne wymagania
Do animacji wykonywanej na stole przyda się statyw lub konstrukcja utrzymująca PiCam nad planem zdjęciowym. Przy ujęciach z boku potrzebny będzie stabilny uchwyt na kamerę i Raspberry Pi. Oprócz modułu PiCam trzeba zainstalować kilka bezpłatnych programów i opanować podstawowe polecenia systemowe.
3. Zbuduj własny serwer internetowy Pi
https://www.youtube.com/watch?v=rH6pedErQhI
Raspberry Pi może obsługiwać niewielki serwer WWW na kilka sposobów. Klasyczny zestaw wykorzystuje Apache, bazę MySQL i narzędzie PHPMyAdmin do zarządzania danymi. Zależnie od potrzeb można wybrać jedno z następujących rozwiązań serwerowych:
- Caddy na Raspberry Pi
- Lighttpd na Raspberry Pi
- NGINX na Raspberry Pi
- Apache na Raspberry Pi
Jako gotową aplikację internetową można zainstalować:
- Raspberry Pi Nextcloud
- Raspberry Pi OwnCloud
- Raspberry Pi WordPress
Do obsługi poczty można wykorzystać serwer Citadel na Raspberry Pi. Wśród przydatnych narzędzi zabezpieczających znajdują się:
- Fail2Ban na Raspberry Pi
- Certyfikaty SSL na Raspberry Pi (Let's Encrypt)
Administrację ułatwiają Webmin i PHPMyAdmin, a serwer MySQL zapewnia obsługę baz danych.
4. Domowe systemy bezpieczeństwa Raspberry Pi
Raspberry Pi pozwala zbudować niedrogi domowy system bezpieczeństwa obejmujący kamery i czujniki ruchu. Łączność bezprzewodowa zmienia go w system IoT. Pasywne czujniki podczerwieni PIR wykrywają obecność osoby w pomieszczeniu, a kontroler może wysłać powiadomienie e-mailem lub wiadomością tekstową.
5. System automatyki domowej z Raspberry Pi
Dojrzałe platformy, takie jak Home Assistant i Mozilla WebThings Gateway, upraszczają konfigurację automatyki domowej na Raspberry Pi. Dane mogą pozostać w sieci lokalnej, co daje większą kontrolę nad prywatnością niż wiele komercyjnych central. Obraz wybranego systemu zapisuje się na karcie microSD za pomocą narzędzia takiego jak Balena Etcher, a następnie uruchamia na Pi. System może sterować oświetleniem, zamkami oraz urządzeniami Bluetooth i Wi-Fi. Sprzęt korzystający z Z-Wave lub ZigBee wymaga odpowiedniego adaptera USB.
6. Zbuduj wirtualną szafę grającą
Z Raspberry Pi 4 można zbudować domową szafę grającą obsługiwaną przez całą rodzinę. Ekran dotykowy pozwala wybierać i odtwarzać utwory z pamięci sieciowej lub biblioteki na innym komputerze. Prosty interfejs eliminuje konieczność parowania urządzeń i zapamiętywania skomplikowanej konfiguracji. Do ukończenia projektu przyda się podstawowa znajomość wiersza poleceń oraz następujące elementy:
- Obudowa
- Głośniki i zestaw stereo do podłączenia szafy grającej
- Komputer z plikami MP3 lub serwer domowy
- Ekran dotykowy
- Klawiatura do konfiguracji, karta SD, Ethernet lub karta Wi-Fi oraz zasilacz
- Raspberry Pi
7. Bot do mediów społecznościowych
Raspberry Pi 4 może uruchamiać bota publikującego treści w mediach społecznościowych. Po przygotowaniu bazy zdjęć, cytatów i artykułów wystarczy ustawić harmonogram oraz reguły dodawania opisów. Taki projekt automatyzuje regularne publikowanie, ale powinien działać zgodnie z regulaminem wybranej platformy.
8. Narzędzie do monitorowania sieci
Raspberry Pi 4 może stale monitorować wydajność domowej sieci bezprzewodowej i dostępność podłączonych urządzeń. Konfiguracja zaczyna się od przygotowania karty microSD oraz podłączenia Ethernetu, klawiatury USB i monitora przez HDMI. Po pierwszym uruchomieniu należy skonfigurować system, zainstalować wszystkie aktualizacje i uaktualnić oprogramowanie układowe. Regularne aktualizowanie Raspberry Pi OS ogranicza ryzyko wykorzystania znanych luk, choć nie zapewnia pełnej ochrony przed atakami typu zero-day.
9. Budowa i sterowanie robotem z Raspberry Pi
Prosty robot kołowy może poruszać się po domu dzięki kilku podzespołom i krótkiemu programowi. Raspberry Pi 4, Python oraz czujniki podczerwieni pozwalają dodać wykrywanie i omijanie przeszkód. To dobry projekt do nauki obsługi urządzeń peryferyjnych i sterowania napędami.
9.1 Zbuduj robota ROS za pomocą Raspberry Pi
Środowisko ROS na Raspberry Pi umożliwia uruchamianie modeli Simulink oraz wysyłanie i odbieranie komunikatów ROS. Poszczególne elementy robota wymieniają dane przez warstwę komunikacyjną tego systemu. Przybornik ROS tworzy interfejs między Simulinkiem i MATLAB-em a Robot Operating System, dzięki czemu aplikację można weryfikować bezpośrednio na Raspberry Pi 4.
9.2 Ramię robota sterowane gestami
Ramię uArm można sterować ruchami dłoni za pomocą nakładki 3D Gesture & Tracking Shield. Projekt wymaga elementów Seeed uArm Metal, Seeed Raspberry Pi 3B+ oraz Seeed 3D Gesture & Tracking Shield for Raspberry Pi. Nakładka oparta na układzie Microchip MGC3130 rozpoznaje gesty i śledzi ruch, a ponadto wykrywa dotknięcie, dwukrotne stuknięcie oraz zbliżenie dłoni.
9.3 OpenCat
OpenCat to otwarty projekt robota przypominającego kota, który można rozbudować o integrację z Alexą i realistyczne sekwencje ruchów. Robot wykrywa przeszkody, podnosi się po upadku, utrzymuje równowagę, czołga się i przyjmuje zaprogramowane pozy. Jako platforma edukacyjna STEAM i STEM może również rozpoznawać twarze oraz przesyłać obraz wideo.
9.4 Robot sześcionożny
https://www.youtube.com/watch?v=oSDamGCLCnE
Raspberry Pi steruje tym chodzącym robotem i umożliwia pracę w trybie autonomicznym z omijaniem przeszkód. Konstrukcja realizuje podstawowe ruchy: skręt w lewo, skręt w prawo, jazdę do tyłu i do przodu. Zmiana kierunku może wymagać odpowiedniego przechylenia korpusu.
9.5 Robot rozwijany społecznościowo
Noodle to niewielki, wielofunkcyjny robot mobilny, któremu twórcy przypisali zachowania przypominające emocje i proces decyzyjny. Monitoruje otoczenie i reaguje dźwiękiem, obrazem lub słowami. Raspberry Pi 4 może połączyć jego podzespoły w jeden system, na przykład obserwujący drzwi, oceniający sytuację i uruchamiający odpowiednią reakcję po pojawieniu się gościa.
9.6 Pojazdy autonomiczne z Raspberry Pi 4
Raspberry Pi 4 dobrze sprawdza się jako komputer sterujący robotem, zarówno programowanym autonomicznie, jak i obsługiwanym zdalnie. Szybszy procesor i lepsza łączność sieciowa poprawiają reakcję układu. Trzeba jednak uwzględnić większy pobór energii niż w starszych wersjach Raspberry Pi.
10. Tablet z ekranem dotykowym Raspberry Pi
Raspberry Pi 4 pozwala zbudować niedrogi tablet z ekranem dotykowym. Gotowe urządzenie może służyć do oglądania filmów, uruchamiania gier, przeglądania internetu i obsługi własnych aplikacji.
11. Domowe centrum multimedialne
Raspberry Pi 4 można przekształcić w praktyczne i niedrogie domowe centrum multimedialne. Po zainstalowaniu Kodi urządzenie odtwarza filmy, muzykę i inne materiały z lokalnych nośników lub sieci.
12. Zbuduj serwer gier za pomocą Raspberry Pi
Do przygotowania serwera przydadzą się kabel Ethernet Cat6 – 1 metr, dostęp zdalny przez SSH, kopia wybranej gry oraz karta micro SD z czytnikiem – 32 GB, Class 10. Raspberry Pi może obsługiwać serwery takich gier jak Terraria, Doom i Minecraft, a Pi 4 zapewnia większe możliwości dalszej rozbudowy.
13. Sieciowy magazyn danych NAS
Własny NAS z Raspberry Pi to alternatywa dla gotowego urządzenia do przechowywania muzyki, filmów, dokumentów i zdjęć. Podłączenie kilku dysków pozwala również przygotować kopie zapasowe. Raspberry Pi 4 oferuje wyraźnie większą szybkość niż Raspberry Pi 3 dzięki gigabitowemu Ethernetowi i portom USB 3.0.
14. Mostek bezprzewodowy Raspberry Pi
Jeśli hotel lub inne miejsce udostępnia Ethernet bez Wi-Fi, Raspberry Pi 4 może działać jako mostek bezprzewodowy. Udostępnia wtedy połączenie przewodowe urządzeniom Wi-Fi, a odpowiednia konfiguracja zapory pozwala lepiej kontrolować bezpieczeństwo lokalnej sieci.
15. Sterowanie głosowe z wykorzystaniem sztucznej inteligencji
Raspberry Pi 4 może korzystać z internetowych interfejsów API rozpoznawania mowy i wykonywać polecenia głosowe. Do sterowania robotem można użyć zestawu Google AIY Voice Kit. Zawiera on elementy potrzebne do montażu w kartonowej obudowie z dużym przyciskiem w stylu automatów do gier.
16. Gry na Raspberry Pi 4
Raspberry Pi 4 pozwala tworzyć własne gry w Scratch 3 z wykorzystaniem modułu Sense HAT. Można na nim również uruchomić Minecrafta oraz platformę RetroPie.
16.1 Retro konsola z Raspberry Pi 4 i RetroPie
https://www.youtube.com/watch?v=5T6IqrdvPj4
Raspberry Pi od dawna jest popularną podstawą konsol do gier retro. Większa wydajność Pi 4 pozwala uruchamiać tytuły, które były zbyt wymagające dla wcześniejszych modeli.
16.2 Gra Minecraft
https://www.youtube.com/watch?v=Y8N3gI9rZXY
Minecraft na Raspberry Pi 4 może służyć także do nauki programowania. Specjalna wersja gry udostępnia interfejs pozwalający modyfikować świat za pomocą kodu, dzięki czemu gracz poznaje podstawowe konstrukcje języka programowania.
17. Sterowanie serwem
Raspberry Pi 4 ma wystarczającą wydajność do sterowania robotami i serwomechanizmami, a CircuitPython ułatwia przygotowanie programu. Projekt może wymagać oprogramowania Blinka, przezroczystej płytki stykowej, przewodów połączeniowych, ściennego zasilacza USB w standardzie europejskim 5VDC 2.1A-CE Intertek GS, serwa Grove, modułu MT3620 Grove Breakout oraz 16-kanałowego sterownika serw.
18. Uczenie maszynowe na Raspberry Pi 4
Do projektów uczenia maszynowego na Raspberry Pi 4 można użyć akceleratora CORAL USB, który przyspiesza wnioskowanie, kabla Micro HDMI, karty Micro SD z czytnikiem klasy 10-32 GB, zestawu Pimoroni Pan-tilt HAT Kit, modułu kamery Raspberry Pi V2 oraz Raspberry Pi 4 z 4 GB pamięci. Taki zestaw pozwala uruchamiać modele sztucznej inteligencji na płytce, na przykład wykrywać i śledzić twarze za pomocą TensorFlow.
19. Stacja pogodowa Pi
Raspberry Pi 4 wraz z czujnikami może tworzyć stację pogodową zbierającą lokalne dane o warunkach atmosferycznych. Oprócz samej płytki potrzebne będą:
- Płytka stykowa 8,2 x 5,3 cm
- Przewody połączeniowe 200mm i 500mm
- Wodoodporna obudowa
- Układ scalony przetwornika analogowo-cyfrowego MCP3008
- Deszczomierz
- Wiatrowskaz
- Anemometr
- Złącza śrubowe do PCB, raster 5mm
- 2 rezystory 4,7 KOhm
- Cyfrowa sonda temperatury DS18B20
- Czujnik wilgotności, temperatury i ciśnienia BME280
20. Inteligentne lustro
Inteligentne lustro może łączyć ekran dotykowy, rozpoznawanie twarzy, odtwarzanie muzyki, wiadomości, a nawet Minecrafta. Do budowy potrzebne są telewizor lub monitor, ramka podczerwieni, lustro weneckie, zasilacz Raspberry Pi 4, karta SD, klawiatura, mysz, kabel HDMI, opcjonalna integracja z systemem takim jak Alexa, obudowa Raspberry Pi 4 i moduł kamery.
21. Partner treningu Pi
Raspberry Pi może działać jako wirtualny partner treningowy. Model uczenia maszynowego śledzi ruchy i ocenia poprawność ćwiczeń. Projekt obsługuje wybrane aktywności, między innymi pajacyki, przysiady i pompki, a jego repertuar można rozszerzać.
22. Asystent głosowy Raspberry Pi
Raspberry Pi 4 może stać się niedrogim i elastycznym asystentem głosowym podobnym do Google Home lub Amazon Alexa. Nakładka z mikrofonami pozwala zbudować urządzenie integrujące Asystenta Google, Amazon Alexa i inne usługi sterowane mową.
23. Zasilanie Raspberry Pi energią słoneczną
W projektach terenowych Raspberry Pi można zasilać energią słoneczną. Potrzebne są przewody, akumulator, zasilacz USB, samochodowe gniazdo zasilania i panel słoneczny. Akumulator najpierw magazynuje energię, a następnie zasila Raspberry Pi 4 przez stabilne źródło 5V / 3A.
24. Laserowa bariera alarmowa
Raspberry Pi 4 i wskaźnik laserowy wystarczą do zbudowania prostej bariery alarmowej. Gdy intruz przerwie wiązkę lasera, komputer uruchomi alarm przez głośnik lub brzęczyk.
25. Blokowanie reklam za pomocą Pi-hole
Pi-hole działa jako filtr DNS dla całej sieci, dlatego nie wymaga instalowania osobnego programu na każdym urządzeniu. Jest bezpłatny i stosunkowo łatwy do uruchomienia, a po skonfigurowaniu blokuje część reklam, trackerów i domen analitycznych w sieci domowej. Potrzebne są karta micro SD, zasilacz Raspberry Pi 4 oraz połączenie Ethernet.
Podsumowanie
Raspberry Pi 4 nadaje się zarówno do prostych ćwiczeń dla początkujących, jak i do serwerów, robotów czy systemów uczenia maszynowego. Wydajny procesor, elastyczne interfejsy i bogaty ekosystem oprogramowania pozwalają rozwijać każdy z opisanych projektów wraz z rosnącym doświadczeniem. Jeśli dopiero zaczynasz, wybierz pomysł wymagający niewielu dodatkowych elementów; jeśli znasz już platformę, sięgnij po projekt łączący kilka czujników, usług lub interfejsów.