Raspberry Pi: informatyka małych rzeczy

Mówiąc o internecie rzeczy, najczęściej myślimy o systemach inteligentnych miast, budynkach biurowych, fabrykach, samochodach, samolotach, rurociągach i dronach monitorujących zagrożenia pożarowe wielkich kompleksów leśnych. Słowem, mówmy o dużych, profesjonalnych rozwiązaniach.

Tymczasem z dala od kamer i dziennikarzy rozpoczęła się i trwa rewolucja „internetu małych rzeczy”. Hobbyści z całego świata, skupieni na internetowych grupach dyskusyjnych i forach, łączą dzisiaj swoje siły i doświadczenie, aby robić rzeczy małe, na skalę jednego człowieka i gospodarstwa domowego. Czynnikiem napędzającym ich działania nie są komercyjne nadzieje, a zwykła ciekawość, radość robienia czegoś fajnego, czego jeszcze nie było i co może cieszyć – i realnie pomóc w rozwiązywaniu zwykłych, codziennych spraw.

Margrabia, malina i inni

Poznajmy na początku głównych bohaterów tej historii: platformy.

Margrabia Arduin z Ivrei, małego miasteczka na na północ od Turynu, rządził Italią w latach 1002–1014. Dał imię kawiarence na terenie tamtejszego Instytutu Projektowania Interaktywnego. To w niej spotykali się studenci i wykładowcy, entuzjaści mikrokontrolerów. I na cześć kawiarenki prosty sterownik opracowany przez nich został nazwany Arduino.

Zobacz również:

Prostemu mikrokontrolerowi towarzyszą niezbędne peryferia: złącze szeregowe (niegdyś RS232, dzisiaj USB), przetwornik analogowo-cyfrowy, kilka wyjść cyfrowych, szyna I2C i kilka innych elementów, różnych w zależności od wersji Arduino. Wszystko zamknięte jest na zestandaryzowanej płytce, do której można dołączać moduły rozszerzeń (tzw. shields) – składając komputery jak klocki. Specyfikacja sprzętowa jest otwarta – wiele firm robi płytki zgodne z Arduino i sprzedaje pod własną marką, chętnie wzbogacając standardowe oprzyrządowanie o dodatkowe moduły.

Do programowania można wykorzystać Arduino IDE – otwarte, proste środowisko programistyczne. Standardowo wykorzystywane są języki C i C++ w uproszczonej wersji. Najprostsza płytka, Arduino Uno, kosztuje na Allegro ok. 35 zł, choć w internecie krąży specyfikacja do samodzielnego montażu (swojsko zwana Bieduino) za… 10 zł.

Czas na drugiego aktora – Raspberry Pi. Platforma opracowana przez grupę uczonych z Uniwersytetu Cambridge z myślą o dzieciach i nauczaniu informatyki jest komputerem wielkości karty kredytowej. Podstawową różnicą pomiędzy Pi a Arduino jest fakt, że pierwszy jest pełnowartościowym komputerem, na którym można osadzić dowolny system operacyjny. W praktyce są to dystrybucje Linuksa, choć Microsoft zapowiedział także wypuszczenie specjalizowanej wersji Windows. Do dyspozycji jest procesor taktowany zegarem do 1 GHz, od 256 MB do 1 GB RAM, złącza USB i microUSB, wyjście ekranowe i styk dla karty SD. Do tego kilkadziesiąt portów wejścia/wyjścia ogólnego przeznaczenia, które można także przełączyć w tryb UART, SPI albo I2C. To wszystko za cenę nie wyższą niż 30 USD, a nawet w przypadku Raspberry Pi Zero za – to nie błąd – 5 USD.

Powstaje grupa „makersów”, społeczność ludzi, którzy sami sobie budują inteligentne urządzenia. To oni stanowią awangardę postępu. Tego postępu, w którym zasadniczą rolę odbywa kreatywność i szybkość działania.

Symbol Raspberry Pi – czerwono-czarno-zielona malinka – rozpoznawalny jest dzisiaj pod prawie każdą szerokością geograficzną. Także do tej platformy można dokupić moduły rozszerzeń, np. zestawy przekaźników albo czujników. Jednym z najciekawszych rozszerzeń jest RaZberry – moduł komunikacji bezprzewodowej standardu Z-wave, który obsługują setki urządzeń tzw. inteligentnego domu – oświetlenie, czujniki i sterowniki.

Poza dwoma głównymi aktorami istnieją jeszcze inni gracze, np. Intel ze swoją bogatą implementację Arduino opartą na mikrokontrolerze Curie oraz systemie Edison (konkurujący z Rasperry Pi). Na drugim biegunie są tanie systemy zgodne z Raspberry Pi, ale o większych mocach obliczeniowych, np. Banana Pi albo Orange Pi, popularne zwłaszcza w zastosowaniach multimedialnych (domowe systemy audio-wideo).

Jeżdżą, latają, monitorują, sterują…

Rewolucja „informatyki małych rzeczy” zaczyna się oczywiście od garażu, w którym hobbysta elektronik montuje coś niedużego, przydatnego dla siebie samego i swoich najbliższych. Gotowych projektów na Arduino i Raspberry Pi są setki, jeśli nie tysiące. Wymieńmy najważniejsze obszary zastosowań.

Pierwszy z nich to robotyka. Jeżdżące i kroczące roboty, latające drony – każde z tych urządzeń może działać na bazie małej platformy IoT (internet of things). Przede wszystkim Arduino, które ma niewielki pobór mocy, łatwiej daje się zasilić z baterii, ma gotowe płytki rozszerzeń obsługujące urządzenia niezbędne przy robotach (np. czujniki zbliżeniowe i sterowniki silników), zaś w internecie dostępne są setki projektów oprogramowania dla takiego pojazdu, robota czy drona.

To oczywiście zabawka. Ale poważnym zastosowaniem jest sterowanie nawodnieniem w gospodarstwie rolnym. W zależności od temperatury, nasłonecznienia, wilgotności powietrza i gleby otwierane są lub zamykane zawory dostarczające wodę do zraszaczy. Urządzenie, oprócz monitorowania upraw, potrafi także zliczać zużycie wody i diagnozować stan sieci rur (np. wykryje ewentualny wyciek). Rolnik – zamiast chodzić w gumiakach po polu i przekręcać kolejne zawory – reguluje nawadnianie ze smartfona, jednocześnie negocjując cenę sprzedaży plonów.

„Informatyka małych rzeczy” przydaje się tam, gdzie czymś trzeba sterować. Szyld, reklama, kołowrót zliczający pracowników wchodzących do pracy, czytnik kart RFID, sensor ruchu – to wszystko można przyłączyć do Edisona, Pi albo Arduino i w przypadku wystąpienia zdarzenia coś innego uruchomić, wysłać SMS albo wiadomość mailową na podany adres itd. To także potencjał małych urządzeń przenośnych, tzw. wearables – mierzących krok, tętno albo przebyty dystans.

Ale chyba najlepiej rozwijającym się zastosowaniem „informatyki małych rzeczy” jest inteligentny dom i – szerzej – inteligentne budynki. Połączenie centralki (np. technologia Raspberry Pi plus przystawka RaZBerry albo polskie Fibaro) z bezprzewodowymi urządzeniami pozwala sterować środowiskiem domowym, powiększając komfort i bezpieczeństwo użytkowników oraz obniżając koszty życia.

„Informatyka małych rzeczy” pozwala indywidualną kreatywność i nowe idee natychmiast zamieniać w rzeczywistość. Masz pomysł? Sprawdź go w działaniu, na rynku. Wyprzedzisz konkurencję, od razu zweryfikujesz produkt i uzyskasz bezpośrednie informacje z rynku, jak klienci na niego reagują.

Czujnik czadu w pomieszczeniu gospodarczym, gdzie stoi piec, wykryje ewentualne problemy ze szczelnością instalacji; czujnik zalania – wszelkie nieszczelności w instalacji wodnej. Sterowniki przy każdym kaloryferze skręcą automatycznie poziom ogrzewania w pomieszczeniu, jeśli przez dłuższy czas nie ma tam ludzi, a temperatura jest wystarczająca. Jednocześnie czujniki ruchu mogą zaalarmować właściciela (albo też wskazaną przez niego osobę, np. firmę ochroniarską), jeśli w domu zostanie wykryty ruch podczas nieobecności gospodarzy. Można oczywiście taki komercyjny system kupić, ale średnio zaawansowany użytkownik może go również samodzielnie złożyć i oprogramować za pomocą małej platformy IoT. I to bez pisania nawet jednej linijki w języku C++ czy skryptu shella, jedynie na bazie przyjaznego dla użytkownika oprogramowania na smartfon lub aplikację intranetową.

O rany, to się rusza!

Konsekwencje „informatyki małych rzeczy” nie dotyczą jedynie środowiska hobbystów, posiadających zdolność programowania oraz potrafiących na platformie Raspberry Pi zainstalować serwer WWW, bazę MySQL oraz ożywić to wszystko za pomocą skryptów w PHP, SQL i Javie, a potem oglądać latający wokół domu dron. To fajne, choć nie jest to jednak biznes.

Ale ta zmiana na fundamentalne znaczenie społeczne. Powstaje grupa „makersów”, społeczność ludzi, którzy sami sobie budują mniej albo bardziej inteligentne urządzenia. W czasach, w których produkcja przemysłowa staje się coraz bardziej zautomatyzowana, łańcuchy dostaw zoptymalizowane, a za chwilę większość podstawowych usług „niebieskich kołnierzyków” przejmie sztuczna inteligencja, to oni stanowią awangardę postępu. Tego postępu, w którym zasadniczą rolę odbywa kreatywność i szybkość działania.

„Informatyka małych rzeczy” pozwala indywidualną kreatywność i nowe idee natychmiast zamieniać w rzeczywistość. Masz pomysł? Sprawdź go w działaniu, na rynku. Nie chcesz czekać trzy miesiące na projekt rozwiązania i kolejne trzy na wykonanie prototypu? Weź platformę IoT, dokup potrzebne peryferia, napisz sobie sam program, wytnij laserowo ze sklejki potrzebne elementy albo wydrukuj na drukarce 3D, a po tygodniu sprawdź go w praktyce. Wyprzedzisz konkurencję, od razu zweryfikujesz produkt i uzyskasz bezpośrednie informacje z rynku, jak klienci na niego reagują.

„Informatykę małych rzeczy” warto także polecić działom IT do obsługi własnych centrów danych. Prawie każdy serwer, który tam stoi, ma jakąś złączkę, przycisk albo lampkę, wyjście na konsolę i złącze USB. Zamiast kupować bardzo kosztowne, specjalizowane platformy do zarządzania albo wymieniać wszystkie serwery na nowe, można po prostu do każdej szafy wstawić jedno Rasperry Pi, kilka przekaźników, czujnik światła oraz napisać prostą aplikację internetową, która udostępni złącza konsolowe po sieci, a złączkami pozwoli zdalnie sterować. I zamiast pokonywać schody, śluzy i zabezpieczenia, aby wcisnąć przycisk „reset”, można mieć to samo zza biurka – kosztem komputerka za 100 zł i tygodnia roboczego jednego specjalisty.

Dotychczas informatyka zajmowała się obrotem czystą, niefizyczną informacją. Teraz wszystko zaczyna się ruszać. To zupełnie inny poziom zaangażowania i kreatywnego myślenia niż typowe zadania „informatyki czystej informacji”.

Platformy Arduino, Raspberry Pi oraz pozostałe mają kolosalne znaczenie w edukacji. Nasze dzieci będą pracować w zawodach, których jeszcze nie ma, za pomocą narzędzi, jakie dopiero muszą zbudować, nad nieznanym jeszcze problemami. Ale na pewno w rozwiązywaniu tych problemów przyda im się łączenie urządzeń mechanicznych, elektrycznych i elektronicznych oraz sterowanie tym wszystkim za pomocą informatyki.

Dotychczas informatyka zajmowała się obrotem czystą, niefizyczną informacją: skądś jakieś dane przychodziły, przetwarzało się je, pokazywało na ekranie, to wszystko. Komputer coś pokazywał, liczył, grał dźwięki. Teraz zaczyna się ruszać – po pokoju jeździ autonomiczny pojazd, podnoszą się żaluzje poruszane przez serwo, włącza się ekspres do kawy. To zupełnie inny poziom zaangażowania i kreatywnego myślenia niż typowe zadania „informatyki czystej informacji”, np. katalogowanie książek czy książka adresowa znajomych.

Zmiana czeka za rogiem

W latach 80. przez Polskę przeszła rewolucja mikrokomputerowa. W latach 90. dzieciaki, które wyrosły na Spectrum, Atari i Commodore’ach dokonały radykalnej cyfrowej transformacji gospodarki – pierwszej wielkiej modernizacji przedsiębiorstw i organizacji publicznych. Jednocześnie zbudowały sukces pierwszej fali polskich firm informatycznych.

Drugie pokolenie, wychowane na grach i internecie, bez kompleksów buduje globalne osiągnięcia polskich start-upów; tworzy „Wiedźmina”, inteligentne sensory (beacony), aplikacje syntezy i rozpoznawania mowy. „Informatyka małych rzeczy” zbuduje kolejną falę innowacyjności, która jak tsunami przejdzie przez społeczeństwo, usprawniając i ułatwiając nasze życie w domu, miastach, transporcie i logistyce.

Spójrzmy na zabawki, które powstają przy wykorzystaniu Arduino czy Raspberry, nie z perspektywy ich wielkości, ale konsekwencji, które wywołają w świecie.


TOP 200