Raspberry Pi als Erweiterungsmodul für Mikrocontroller

Ein Mikrocontroller ist bekanntlich weniger leistungsfähig als ein Computer. Deshalb sieht die Software-Unterstützung meist nur Steuerungs- und Regelungsaufgaben vor. Darüberhinaus sind Mikrocontroller wenigere gut geeignet.

Es gibt jedoch immer mal wieder Anwendungen, die deutlich mehr Rechenleistung und Speicherkapazität benötigen, für die man dann nach einem besonders leistungsfähigen Mikrocontroller suchen muss. Unter Umständen muss man dann die liebgewonnene Plattform und die bevorzugte Programmiersprache wechseln, weil bestimmte Dinge einfach nicht auf dem bevorzugten Mikrocontroller funktionieren wollen.

Hier kommt vielleicht der Raspberry Pi ins Spiel. Er spielt dann seine Stärken aus, wenn ein Betriebssystem, ein Dateisystem, Netzwerk-Verbindungen, Sicherheit, Multitasking und Datenbanken Lösungen bieten, die auf Mikrocontrollern fehlen und nur mit viel Aufwand implementiert werden können.

Raspberry Pi vs. Mikrocontroller

Mikrocontroller sind kompakte Recheneinheiten, die speziell für eingebettete Systeme entwickelt wurden. Sie zeichnen sich durch ihre Echtzeitfähigkeit und ihren deterministischen Betrieb aus, wodurch sie Aufgaben zuverlässig und zeitgenau ausführen können. Dank kurzer Bootzeiten, geringer Latenz und niedrigem Stromverbrauch eignen sie sich besonders für mobile und energieeffiziente Anwendungen. Zudem besitzen sie weniger Hardware- und Softwareabhängigkeiten, was Systeme robuster und übersichtlicher macht.
Ihre Stärken sind optimal für Aufgaben im Bereich der Kommunikation mit Sensoren, das Steuern und Regeln von Prozessen sowie das Messen physikalischer Größen. Dadurch bilden sie das Herz vieler technischer Geräte und Automatisierungssysteme.

Der Raspberry Pi ist ein kompakter Einplatinencomputer, der wie ein vollwertiger PC mit einem universellen Betriebssystem arbeitet. Er hat bei Bedarf eine grafische Benutzeroberfläche, Benutzerverwaltung, Netzwerk-Verbindungen und ein Dateisystem sowie die Unterstützung für Datenbanken und vielfältige Software.
Seine Stärken sind optimal für den Einsatz als Datenspeicher, für den Fernzugriff, Visualisierung von Daten und als Bestandteil von Netzwerken, zum Beispiel als Server oder Steuerzentrale.

Architektur-Gedanke

Eine Alternative ist, die einfachen Steuerungen und Regelungen einen bevorzugten Mikrocontroller machen zu lassen und die rechen- und speicherintensiven Aufgaben auf einen leistungsfähigen Einplatinen-Computer wie den Raspberry Pi auszulagern. Das heißt, der Raspberry Pi wird zu einem Erweiterungsmodul für einen Mikrocontroller.

Ein beliebiger Mikrocontroller (Arduino, ESP32, Raspberry Pi Pico und weitere) kümmert sich um die Steuerung von Sensoren und Geräten.
Der Raspberry Pi kümmert sich um rechenintensive Datenverarbeitung, Speicherung von Daten und die Bereitstellung über das Netzwerk.

Durch die Trennung von Steuerlogik und Datenverarbeitung bleibt das Mikrocontroller-System flexibel, erweiterbar und leicht an unterschiedliche Anforderungen anpassbar.

Eine Lösung mit dem Raspberry Pi hat besonders viel Charme:

Universelle Lösung, die mit verschiedenen Mikrocontrollern funktioniert.
Einfache Verbindung über UART (nur ein Verbindungskabel notwendig) möglich.
Stromversorgung des Mikrocontrollers ist über den Raspberry Pi möglich.
Die Software-Lösung ist gegen eine bessere Lösung austauschbar. Beispielsweise auch mit leistungsfähigerer Hardware.

Beispiel: Raspberry Pi als Text-To-Speech-Modul für Mikrocontroller

Lösungen mit Text-To-Speech (TTS) und dem Raspberry Pi Pico (Mikrocontroller-Board) basieren zwangsläufig auf externen Modulen. Der Einplatinen-Computer Raspberry Pi bietet im Prinzip alles an, um eine Eigenbau-Lösung eines TTS-Moduls zuermöglichen.

Raspberry Pi als Offline-TTS-Modul für Mikrocontroller

Beispiel: Raspberry Pi als Logging-Modul für Mikrocontroller

Durch ein externes Logging-Modul werden Messwerterfassung und Datenspeicherung getrennt. Das Programm auf dem Mikrocontroller bleibt einfach, während das Logging-System zuverlässig große Datenmengen mit korrektem Zeitstempel speichert und die Daten dort nach belieben weiterverarbeitet werden können.

Raspberry Pi als Logging-Modul für Mikrocontroller

Raspberry Pi als Mikrocontroller programmieren

So abwegig es klingen mag, einen Raspberry Pi wie einen Mikrocontroller zu programmieren und zu nutzen, so einfach ist es. Nicht nur, weil beim Raspberry Pi die Hardware-Leistung höher ist, sondern er typische Computer-Anschlüsse hat, es eine vielfältige Software-Unterstützung gibt und das Gesamtsystem viel flexibler ist.