آشنایی با رزبری پای و کاربرد آن (Raspberry Pi)

رزبری پای(Raspberry Pi)   چیست؟

رزبری پای یک سری کامپیوتر کوچک single-board است که توسط بنیاد Raspberry Pi در انگلستان تولید شده است.هدف اولیه تولید آن آموزش مردم در زمینه کامپیوتر و ایجاد سهولت دسترسی به آموزش رایانه بوده است. رزبری پای در سال 2012 به بازار عرضه شد و از آن زمان چندین بار مجددا تغییر داده و ارائه شد.

Pi اصلی دارای پردازنده مرکزی تک هسته ای 700 مگاهرتزی و فقط 256 مگابایت رم بود .قیمت اصلی رزبری پای همیشه 35 دلار بوده و همه مدل ها 35 دلار یا کمتر بوده است ، از جمله Pi Zero که تنها 5 دلار قیمت دارد. در سراسر جهان ، مردم از Raspberry Pi ها برای یادگیری مهارت های برنامه نویسی ، ساخت پروژه های سخت افزاری ، اتوماسیون خانگی و حتی استفاده از آنها در کاربردهای صنعتی استفاده می کنند.

رزبری پای یک کامپیوتر بسیار ارزان قیمت است که از لینوکس استفاده می کند. اما همچنین مجموعه ای از پین های GPIO را ساپورت می کند که به شما امکان می دهد قطعات الکترونیکی را برای محاسبات فیزیکی کنترل کرده و اینترنت اشیا (IoT) را کاوش کنید.

رزبری پای رایانه کوچکی است که از سال 2006 در حال توسعه است و قطعات آن روی یک مادربرد به اندازه کارت بانکی سوار شده و Raspbian را اجرا می‌کند که یک نسخه اختصاصی از سیستم عامل لینوکس است که اختصاصاً برای این رایانه طراحی شده است.

رزبری پای کاربردهای محاسباتی ابتدایی اداری، بازی‌های سطح پایین، دسترسی به اینترنت و ایمیل، بازپخش ویدئو و بسیاری قابلیت‌های دیگر دارد که به طور معمول از یک رایانه در قرن بیست و یکم انتظار می‌شود. رزبری پای همه این امکانات را با تعداد بسیار کمی از قطعات از جمله یک پردازنده ARM و قیمت بسیار پایین عرضه می‌کند

با حذف کابل‌ها، فضای ذخیره‌سازی و کیس، هزینه ساخت این رایانه پایین نگه داشته شده است. البته کابل‌ها و فضای ذخیره‌سازی برای هر رایانه‌ای ضروری هستند.

رایانه‌های کوچک دیگر

شاید اطلاع داشته باشید که پای تنها پروژه ساخت رایانه‌های کوچک نیست. در طی چند سال اخیر چندین نوع رایانه‌های خلاصه‌شده و کم‌هزینه نیز برای علاقه‌مندان ارائه شده‌اند که به نوعی یادآور روزهای طلایی علاقه‌مندان الکترونیک در دهه‌های 1970 و 1980 هستند.

بیشتر بخوانید: سنسور چیست؟

فلسفه طراحی رزبری پای

رسپبری پای برای این توسعه نیافته است که شما بازی‌های قدیمی را روی آن اجرا کنید، یک سیستم MAME بسازید و یا یک مدیا سنتر ایجاد کنید، بلکه هدفی بسیار والاتر را دنبال می‌کند. طراحی کردن و ساختن یک رایانه کم‌هزینه که انعطاف‌پذیری زیادی داشته باشد، ایده گروهی از برنامه‌نویسان رایانه مانند Eben Upton و David Braben بوده است که هر دو عضو بنیاد Raspberry Pi هستند. هدف آن‌ها از خلق این رایانه، آموزش برنامه‌نویسی بوده است. هزینه پایین این نوع از رایانه‌ها به این معنی است که می‌توان آن‌ها را به مدارس سراسر دنیا فروخت و از این طریق فرصت‌های آموزشی برابری در اختیار همه مردم دنیا قرار می‌گیرد.

برخی کاربران رزبری پای

علاقه‌مندان از سراسر دنیا از پای برای کاربردهایی به جز هدف اصلی آن بهره می‌گیرند. نرم‌افزار مدیا سنتر به عنوان نسخه‌ای از Kodi وجود دارند و چندین توزیع لینوکس که می‌توانند روی آن نصب شوند.

اجرای بازی‌های رترو روی پای امکان‌پذیر است، هر چند اجرای بازی‌های نسبتاً جدیدتر و مربوط به حدود سال 2000 به منابع سخت‌افزاری بیشتری نیاز دارند. همچنین امکان بازپخش مدیا نیز وجود دارد، زیرا رزبری پای امکان پخش محتوای ویدئویی HD را دارد. همچنین می‌توان از آن به عنوان یک وب سرور، پرینت سرور، دوربین استاپ‌موشن، دوربین تایم‌لپس، سرور نمایش عکس‌های دیجیتالی، کنترلر NAS، رایانه کنترل امنیت خانه و بسیاری کاربردهای بالقوه دیگر استفاده کرد.

ما با رزبری پای چه کاری می توانیم انجام دهیم؟

1. برخی از افراد Raspberry Pi را برای یادگیری کدنویسی خریداری می کنند.
2. افرادی که قبلاً می توانند کد بزنند از Pi برای یادگیری کدنویسی الکترونیک برای پروژه های فیزیکی استفاده می کنند.

داخل رزبری پای چیست؟

این یک واقعیت است که مشخصات سخت‌افزاری رزبری پای پایین است، اما این سخت‌افزار چنان ضعیف نیست که هیچ کاربردی نداشته باشد. برعکس رزبری مجهز به یک پردازنده چهار هسته‌ای و یک کش با قابلیت تغییر اندازه با مهندسی نبوغ‌آمیز است که تجربه محاسباتی خوبی ارائه می‌کند.

برخی جنبه‌های پای بر عهده کاربر است تا انتخاب کند. این رایانه معمولاً بدون کیس، فضای ذخیره‌سازی یا کابل عرضه می‌شود، گرچه ممکن است برخی عرضه‌کنندگان در بسته‌بندی‌های خود این موارد را نیز بگنجانند. اگر فقط به داشتن خود بورد علاقه‌مند باشید، شاید از این که بدانید چه قدر تجهیزات جانبی مختلف برای آن عرضه شده شگفت‌زده شوید. این مسئله به طور عمده به دلیل گزینه‌های سخت‌افزاری مختلفی است که دستگاه از آن‌ها پشتیبانی می‌کند    

Raspberry Pi می تواند فرصت هایی را برای شما ایجاد کند تا بتوانید پروژه های اتوماسیون خانگی خود را ایجاد کنید. همچنین این محصول در بین افراد جامعه اوپن سورس محبوب است.

چه مدل های رزبری پای منتشر شده است؟

هفت خانواده از رزبری پای وجود دارند:

1. مدل‌های Raspberry Pi
2. خانواده مدل‌های Raspberry Pi 2
3. خانواده مدل‌های Raspberry Pi 3
4. خانواده مدل‌های Raspberry Pi 4
5. خانواده مدل‌های Raspberry Pi Zero
6. خانواده مدل‌های Raspberry Pi Pico
7. و ماژول محاسبات

ما در این راهنما ماژول محاسبات را نادیده می‌گیریم، چون این قطعه مستقیماً در اختیار سازندگان تجهیزات قرار می‌گیرد و به طور معمول برای پروژه‌های خانه هوشمند استفاده می‌شود.

در Raspberry Pi ها چهار نسل وجود دارد :

1. Pi 1
2. Pi 2
3. Pi 3
4. Pi4

به طور کلی یک مدل A و یک مدل B در بیشتر نسل ها وجود داشته است. مدل A نوع ارزان تری است و در آن ها کاهش RAM و پورت هایی مانند USB و Ethernet را شاهد هستیم.

بیشتر بخوانید: مولتی‌ متر چیست ؟ 

Pi Zero اسپین آف نسل اصلی (Pi 1) است که حتی کوچکتر و ارزان تر شده است. این رایانه کوچک آن قدر قدرتمند است که به عنوان سرور یا مدیا سنتر کامل به همراه اجرای بازی‌های قدیمی استفاده شود. همچنین می‌تواند به سیستم‌های امنیتی و پروژه‌های تفریحی مختلف وصل شود و به کمک ابزارهای نرم‌افزاری مختلف به یادگیری و درک برنامه‌نویسی کمک کند.

تفاوت بین مدل‌های رزبری پای

بین مدل‌های مختلف رزبری پای برخی تفاوت‌های ظریف، اما مهم وجود دارند:

• +Raspberry Pi Model A: این نسخه رزبری پای قیمتی برابر با 20 دلار دارد و مجهز به Broadcom BCM2835 SoC، یک پردازنده تک‌هسته‌ای 700 مگاهرتزی، 512 مگابایت رم و یک پورت USB است.
•  :Raspberry Pi Model B این مدل خود در چند خانواده عرضه شده است:
• :Raspberry Pi 2:  این مدل 35 دلار قیمت دارد و تراشه BCM2837 SoC با پردازنده چهار هسته‌ای 64-بیتی 900 مگاهرتزی یا 1 گیگابایت رم و یک پردازنده گرافیکی و چهار پورت USB دارد.
•  :Raspberry Pi 3 این مدل نیز 35 دلار قیمت دارد و مجهز به تراشه BCM2837 SoC و یک پردازنده چهار هسته‌ای 64-بیتی 1.2 گیگاهرتزی با 1 گیگابایت رم و چهار پورت USB است.
• :Raspberry Pi 4  این مدل در سه پیکربندی مختلف با قیمت‌های 35، 55 و 75 دلار عرضه شده و مجهز به تراشه Broadcom BCM2711 و پردازنده Cortex-A72 چهار هسته‌ای با سرعت 1.5 گیگاهرتز و حجم حافظه 1،2،4 و 8 گیگابایت است.
• Raspberry Pi Zero: این مدل از رزبری پای تنها به قیمت 5 دلار عرضه شده است. البته یک مدل وایرلس با قیمت 10 دلار نیز وجود دارد. این مدل 32-بیتی مجهز به تراشه BCM2835 SoC با پردازنده 1 گیگاهرتزی و 512 مگابایت رم است که با پردازنده گرافیکی به اشتراک گذاشته شده است.
• :Raspberry Pi Pico  این مدل از رزبری پای در ابتدای سال 2021 (دی 1399) عرضه شده و تنها 4 دلار قیمت دارد. این مدل از یک پردازنده ARM دو هسته‌ای +Cortex-M0 و 264 کیلوبایت رم بهره می‌گیرد و ابعاد آن برابر با 51 در 21 میلی‌متر است.
• RPi 400: این مدل از رزبری پای که در نوامبر 2020 (آبان 1399) عرضه شده، در واقع یک کیبورد-رایانه مجهز به تراشه Broadcom BCM2711C0 و پردازنده چهار هسته‌ای Cortex-A72 با سرعت 1.8 گیگاهرتز و 4 گیگابایت حافظه اصلی است.

چندین جنبه از سخت‌افزار رزبری پای استاندارد باقی مانده‌اند. همه این مدل‌ها یک کانکتور برق یا پورت HDMI دارند. یک پورت اترنت به باس USB وصل شده است و یک پورت microSD نیز وجود دارد. همچنین یک مینی جک 3 و 5 میلی‌متری دومنظوره جهت خروجی صوتی و ویدئویی برای دستگاه‌های فاقد پشتیبانی از HDMI نیز تعبیه شده است. به علاوه پورت‌های ریبون برای نمایشگرها و ماژول دوربین رزبری پای نیز عرضه شده است.

پای از سال 2012 که معرفی شده است، فراتر از انتظارات ظاهر شده است و به یک قطعه ضروری سخت‌افزار رایانه‌ای برای علاقه‌مندان رایانه و مربیان فناوری بدل گشته است. این قطعه در ابتدا به عنوان یک پروژه کوچک توسعه یافت که قرار بود به مدارس و دانشگاه‌ها فروخته شود تا مفاهیم برنامه‌نویسی را آموزش دهند. از این رو، این سطح از پیشرفت برای این رایانه کوچک کاملاً مناسب است.

اما همه این‌ها که شمردیم، تنها نوک قله یخ است. رزبری پای اینک در سومین نسل خود به یک رایانه کامپکت ضروری برای علاقه‌مندان دنیای فناوری تبدیل شده است. در این راهنما هر آن چه که باید در مورد رزبری پای بدانید را آموزش خواهیم داد که شامل پیشینه، هدف، مشخصات سخت‌افزاری، نرم‌افزاری که اجرا می‌کند و کاربردهای شگفت‌انگیزی که دارد می‌شود.

مدل‌های مختلف رزپبری پای

• Raspberry Pi 1 B

نخستین مدل از رزبری پای در سال 2012 معرفی شد. این نسخه اصلی که به نام Raspberry Pi 1 B شناخته می‌شود، با موفقیت شگرفی روبرو شد.

• +Raspberry Pi 1 B

در ادامه مدل اولیه رزبری پای به نام Raspberry Pi 1 B یک نسخه به‌ روزشده از آن به نام +Raspberry Pi 1 B در تابستان 1393 معرفی شد. مهم‌ترین تغییر در این مدل، اضافه شدن دو پورت دیگر USB بوده است.

• +Raspberry Pi A                                               

این مدل در ادامه مدل قبلی معرفی شده است. +Raspberry Pi A کوچک‌تر از Pi B است، اما از آن توانمندتر است. سرعت پردازش این مدل مشابه است، اما برخلاف مدل B تنها 1 پورت USB دارد و پورت اترنت نیز ندارد.

• Raspberry Pi 400

      رزبری پای 400 یک کیبرد همه‌کاره است که در دل خود یک رزبری پای 4 را دارد. این مدل مجهز به همان مشخص‌های فنی رزبری پای 4 است به جز این که بوردهای درونی دارای شکل متفاوتی هستند. پردازنده این مدل سرعت کلاک بالاتری به میزان 1.8 گیگاهرتز دارد.

• رزبری پای چه اندازه‌ای دارد؟

مدل‌های مختلف رزبری پای، اندازه‌های مختلفی دارند. مدل‌های مدل ‌A و مدل B (پای 2 و پای 3) دارای بوردهایی با ابعاد 85.60 در 56.50 میلی‌متر هستند، در حالی که مدل زیرو اندازه‌ای برابر با 54 در 30 میلی‌متر است. عمق بورد‌ها نیز متفاوت است. بورد زیرو تنها 5 میلی‌متر عمق دارد، در حالی که بوردهای مدل B به دلیل وجود کانتورهای سخت‌افزاری اضافی، 17 میلی‌متر عمق دارند.

• پین‌های GPIO

همه دستگاه‌های رزبری پای مجهز به آرایه‌ای از پین‌های GPIO هستند. این پین‌ها می‌توانند به منظورهای مختلفی از کنترل پای (برای نمونه یک کنترلر بازی یا دستگاه ورودی) تا کنترل کردن توان ورودی از یک دستگاه جانبی دیگر استفاده شوند.

پین‌های GPIO روی هر مدل (و برخی بازنگری‌ها) پای متفاوت هستند و از این رو باید مراقب باشید که از آن‌ها به درستی استفاده کنید.

برسی کاربرد دقیق پین‌های GPIO فراتر از حیطه این مقاله است، اما لازم است یادآوری کنیم که شما باید ایمنی را همیشه در اولویت توجه خود قرار دارد. شما در زمان برقراری اتصال به این پین‌ها باید همان میزان از مراقبت را داشته باشید که در زمان کار با هر نوع بورد رایانه‌ای یا مدار الکتریکی به کار می‌گیرید. بدون داشتن این توجه و مراقبت، ممکن است در صورت استفاده نادرست از پین‌ها، ناخواسته پردازنده رزبری پای را از کار بیندازید. بنابراین همیشه پیش از اتصال کابل‌ها به پین‌ها، از درستی ولتاژ آن‌ها مطمئن شوید.

برای استفاده از رزبری پای به چه چیزی نیاز داریم؟

چنان که دیدیم، پای بدون هیچ نوع وسایل و پشتیبانی یا خدمات پس از فروش عرضه شده است. زمانی که جعبه را باز می‌کنید، یک مادربرد کوچک می‌بینید که اجزایی به آن اتصال یافته‌اند. وظیفه تکمیل کردن کار با کابل‌ها، کیس و فضای ذخیره‌سازی بر عهده خود شما است.

کیس‌های این دستگاه در اندازه‌ها و شکل‌های مختلفی از لگو تا طراح‌های مقوای قابل برش عرضه می‌شوند. علاوه بر کیس باید کابل‌های خاصی نیز داشته باشید تا بتوانید از رزبری استفاده کنید. همچنین فضای ذخیره‌سازی که به طور معمول کارت SD است نیز باید تهیه کنید. در بخش بعدی این گزینه‌های مختلف کیس را بررسی می‌کنیم.

گزینه‌های کیس

نخستین چیزی که در مورد پای جدیداً تهیه شده متوجه می‌شوید، این است که کیس ندارد. این وضعیت شبیه آن است که یک مادربرد رایانه را بدون نصب داخل کیس مورد استفاده قرار دهید. البته چاره کار این است که یک کیس بخرید یا بسازید.

کیس جعبه‌ای

کیس جعبه‌ا‌ی یک گزینه رایج است، زیرا کاملاً رایگان است و به سادگی ساخته می‌شود. این کیس‌ها به صورت طراحی‌های قابل پرینت عرضه شده‌اند که می‌توانید برش داده و از پلاستیک نازک، کاغذ ضخیم و کارتن بسازید تا یک کیس برای رایانه پای خود بسازید.

لِگو

چیزهای کمی وجود دارند که نتوانید با لگو بسازید و پای در این دسته جای نمی‌گیرد! مانند همه انواع کیس‌های دیگر ساختنی برای این رایانه باید مطمئن شوید که فضای کافی برای کابل‌ها و کارت حافظه در نظر گرفته‌اید و همچنین تهویه مناسبی دارد. می‌توانید از طراحی کیس جعبه‌ای برای موقعیت‌یابی شکاف‌ها استفاده کنید.

بازیابی سخت‌افزار قدیم

کنسول‌های بازی قدیمی مانند نینتدو گیم‌بوی، روترهای قدیمی، کیبوردها و حتی کارتریج‌های بازی ویدئویی (به خصوص کارتریج‌های نینتندو 64) می‌تواند به عنوان محفظه‌ای برای قرارگیری رزبری پای استفاده شوند. البته بدیهی است که نیاز به مقداری مناسب‌سازی وجود دارد تا دستگاه و اتصالات آن به درستی کار کند.

روش‌های بسیار زیادی برای تهیه یک کیس رزبری پای وجود دارند و مواردی که در بخش قبل طرح شد تنها نوک یک کوه یخ شناور هستند.

انواع کابل‌ها

برای این که بیشترین استفاده را از رزبری پای داشته باشیم، به چندین کابل نیاز داریم:

اترنت

اگر قصد استفاده از وای‌فای را ندارید یا رزبری پای شما اتصال وایرلس داخلی ندارد و شما نیز دانگل USB وای‌فای ندارید، باید این کابل را داشته باشید تا به یک روتر وصل شوید.

کابل HDMI

پای یک پورت HDMI دارد که برای صوت و تصویر HD استفاده می‌شود. علاوه بر آن یک پورت mini-HDMI نیز در رزبری پای زیرو تعبیه شده است. یک آداپتر استاندارد HDMI نیز گنجانده شده است، اما اگر یک کابل mini-HDMI داشته باشید، به خوبی با آن چفت می‌شود.

کابل صوتی

پای یک مینی جک 3.5 میلی‌متری دومنظوره خاص دارد. مقصود آن انتقال صدا است و برای اتصال این رایانه کوچک به اسپیکر مناسب است. این پورت در صورتی مناسب خواهد بود که از پورت HDMI استفاده نکنید یا بخواهید صدا را به دستگاه متفاوتی ارسال کنید.

کابل ویدئویی RCA :هدف دوم مینی جک 3.5 میلی‌متری ارائه یک خروجی ویدئویی جایگزین (با رزولوشن پایین) برای نمایشگرهای فاقد HDMI است.

کابل Micro-USB: با این که در اغلب موارد از یک آداپتر برق استفاده می‌کنیم، کابلی که توان انتقال ولتاژی برابر با 5 ولت داشته باشید، در صورت تأمین برق پای از یک رایانه مفید واقع خواهد شد. همچنین می‌توانید از یک شارژر گوشی هوشمند برای تأمین برق دستگاه استفاده کنید.

فضای ذخیره‌سازی

یکی از مهم‌ترین اجزای هر رایانه‌ای فضای ذخیره‌سازی داده در آن است. سیستم عامل دستگاه از روی این فضای ذخیره‌سازی اجرا می‌شود و داده‌ها روی آن ذخیره می‌شوند. رزبری پای هارد درایو ندارد و به جای آن بک شکاف کارت microSD مجهز شده است.

همچنین باید یک کارت SDHC با نرخ بالا برای استفاده در این رایانه کوچک تهیه کنید. ظرفیت آن باید 8 گیگابایت یا بیشتر باشد، چون هر چه فضای بیشتری داشته باشید، نتایج بهتری به دست می‌آورید. پای از این فضای ذخیره‌سازی مانند یک درایو حالت جامد (SSD) استفاده می‌کند و به همین دلیل است که باید از فرمت SDHC برای بهبود پایداری خواندن/نوشتن استفاده کنید.

فضای ذخیره‌سازی اضافی را می‌توان از طریق پورت‌های USB متصل کرد. همچنین امکان حذف کارت میکرواس‌دی و بوت کردن دستگاه از USB نیز وجود دارد، اما برای تنظیم این حالت همچنان به یک کارت میکرو‌اس‌دی نیاز خواهید داشت.

یک گزینه این است که از PiDrive استفاده کنید. PiDrive یک هارد دیسک است که از سوی وسترن دیجیتال اختصاصاً برای رزبری پای ساخته شده است. این هارد دیسک به همراه نسخه سفارشی NOOBS عرضه شده که امکان نصب چندین سیستم عامل پای را روی یک هارد دیسک 375 گیگابایتی یا 1 ترابایتی فراهم می‌سازد. مزیت این هارد دیسک آن است که لازم نیست هر بار که نیاز به استارت یک پروژه جدید داشتید، سیستم عامل جدیدی را نصب کنید.

راه‌اندازی رزبری پای

زمانی که کابل‌ها و کیس مناسب رزبری پای را آماده کردید، می‌توانید شروع به نصب سیستم عامل روی دستگاه خود بکنید. با این حال با توجه به پروفایل سخت‌افزاری دستگاهتان، امکان نصب ویندوز یا مک روی آن وجود ندارد. به جای آن می‌توانید یک توزیع از لینوکس را روی رزبری پای نصب و استفاده کنید.

چندین توزیع لینوکس برای رزبری پای عرضه شده‌اند، اما محبوب‌ترین مورد Raspbian است که یک پورت از دبیان با نام‌گذاری هوشمندانه است که به طور خاص برای پای پیکربندی شده است. اگر از دستورالعمل‌های رسمی پیروی نکنید، نصب رزبین روی پای پیچیده خواهد بود و مانند نصب هر سیستم عمل دیگر، رزبری پای نیز به نرم‌افزار اضافی برای بوتیبل ساختن SD کارت نیاز دارد.

.