Raspberry Pi to jednopłytkowy komputer opracowany przez fundację Raspberry Pi Foundation z Wielkiej Brytanii, po raz pierwszy wprowadzony w 2012 roku. Początkowo zaprojektowany w celu promowania edukacji informatycznej i programowania, szybko zyskał popularność w środowisku edukacyjnym, wśród makerów oraz w sektorze przemysłowym. Dzięki kompaktowym rozmiarom, przystępnej cenie i dużej elastyczności platforma ta znacząco się rozwinęła na przestrzeni lat. Obecnie rodzina Raspberry Pi obejmuje kilka modeli, w tym standardowy Raspberry Pi 5, lekką serię Zero oraz serię Compute Module (CM) stworzoną specjalnie do zastosowań embedded i przemysłowych.

Przegląd serii Compute Module (CM)

Aby lepiej sprostać wymaganiom systemów embedded oraz zastosowań przemysłowych, fundacja Raspberry Pi Foundation wprowadziła serię Compute Module (CM). Moduły te zachowują tę samą architekturę procesora co standardowe płytki Raspberry Pi, jednak pozbawione są zbędnych interfejsów I/O, dzięki czemu mogą być łatwo integrowane z dedykowanym sprzętem. Takie rozwiązanie zapewnia większą elastyczność projektową dla producentów OEM i integratorów systemów.

Najnowszy model, Compute Module 5 (CM5), został zaprezentowany pod koniec 2024 roku i bazuje na sukcesie swojego poprzednika, CM4, oferując znaczące ulepszenia w zakresie wydajności i możliwości I/O.

CM4 jest wyposażony w czterordzeniowy procesor Broadcom BCM2711 Cortex-A72 i dostępny w wersjach z pamięcią RAM do 8 GB. Obsługuje pamięć eMMC lub microSD, dwa wyjścia HDMI, interfejs PCIe, CSI/DSI oraz Gigabit Ethernet, zapewniając doskonałą równowagę między wydajnością a możliwościami rozbudowy.

CM5 korzysta z nowszego procesora Broadcom BCM2712 Cortex-A76, oferując większą moc obliczeniową. Obsługuje konfiguracje z pamięcią RAM do 16 GB i wprowadza nowy kontroler I/O RP1, który integruje szybkie interfejsy, takie jak USB 3.0 i PCIe Gen 2, umożliwiając transfer danych z prędkością do 5 Gb/s.

Zastosowania przemysłowe CM4 / CM5

Dzięki kompaktowym wymiarom, stabilnej wydajności, energooszczędności oraz wysokiej niezawodności w pracy ciągłej, moduły CM4 i CM5 znalazły szerokie zastosowanie w wielu obszarach przemysłowych. Ich modularna architektura i elastyczne interfejsy I/O czynią je idealnym rozwiązaniem dla wymagających środowisk przemysłowych.

• Sterowniki automatyki przemysłowej: W połączeniu z płytami bazowymi projektowanymi na zamówienie, moduły Compute Module mogą obsługiwać kluczowe interfejsy przemysłowe, takie jak cyfrowe I/O, RS-485 czy magistrala CAN, umożliwiając precyzyjne sterowanie urządzeniami i akwizycję danych w czasie rzeczywistym.
• Edge computing w inteligentnej produkcji: W środowiskach smart factory moduły CM4 i CM5 działają jako węzły edge, zdolne do przetwarzania danych w czasie rzeczywistym, wykonywania wnioskowania AI lokalnie i ograniczania zależności od infrastruktury chmurowej – poprawiając opóźnienia, bezpieczeństwo i ogólną efektywność systemu.
• Systemy rejestracji i monitorowania danych: Dzięki połączeniu z czujnikami i urządzeniami pomiarowymi poprzez GPIO lub USB, moduły te mogą działać jako niezawodne rejestratory danych. W połączeniu z funkcjami sieciowymi umożliwiają zdalny monitoring i analizę w kluczowych systemach przemysłowych.

Compute Module jako platforma HMI

Raspberry Pi Compute Module staje się coraz popularniejszym rozwiązaniem w projektowaniu systemów HMI (Human-Machine Interface). Dzięki integracji z pojemnościowymi ekranami dotykowymi, obudowami projektowanymi na zamówienie i oprogramowaniem interfejsu użytkownika, CM4 i CM5 stanowią wydajne i ekonomiczne rozwiązanie dla paneli sterowania interaktywnych.

• Panele sterowania dla urządzeń przemysłowych: CM4 może zastąpić tradycyjne, często kosztowne wyświetlacze PLC. Obsługuje nowoczesne interfejsy graficzne oparte na Qt, GTK lub przeglądarkowych frontendach, zapewniając płynną i responsywną interakcję z użytkownikiem.
• Terminale zarządzania i monitorowania energii: W sektorach takich jak energetyka słoneczna, wiatrowa czy inteligentne sieci energetyczne, moduły Compute Module umożliwiają prezentację danych w czasie rzeczywistym, komunikaty systemowe oraz historię trendów – działając jako centralne terminale monitorujące.
• Kioski samoobsługowe: Od automatów biletowych i systemów zamówień po stanowiska do samodzielnego meldowania, CM4 i CM5 oferują niezawodną i skalowalną platformę obliczeniową, którą można łatwo zintegrować z urządzeniami peryferyjnymi, takimi jak drukarki, skanery kodów kreskowych czy systemy płatności.

Dodatkowe obszary zastosowań

Oprócz automatyki przemysłowej i systemów HMI, seria Compute Module znajduje zastosowanie również w innych obszarach:

• Rozwój urządzeń AIoT: W połączeniu z akceleratorami AI, takimi jak Google Coral czy Intel Movidius, moduły te mogą realizować zadania związane z rozpoznawaniem obrazów, przetwarzaniem języka naturalnego i innymi funkcjami AI bezpośrednio na urządzeniu (edge).
• Systemy wizyjne: Dzięki obsłudze modułów kamer i frameworków takich jak OpenCV, CM4 i CM5 są wykorzystywane w systemach wizyjnych do wykrywania defektów, identyfikacji produktów oraz skanowania kodów kreskowych.
• Retail i digital signage: Dzięki możliwości obsługi wyświetlaczy o wysokiej rozdzielczości, moduły te doskonale nadają się do odtwarzania treści promocyjnych, wideo oraz interaktywnej reklamy cyfrowej, z możliwością integracji z czujnikami w celu zwiększenia zaangażowania użytkownika.

Podsumowanie

Wraz z premierą CM4 i CM5, seria Raspberry Pi Compute Module ugruntowała swoją pozycję jako kluczowa platforma dla systemów embedded i przemysłowych. Łącząc wysoką wydajność, elastyczność modułową i korzystną cenę, moduły te oferują inżynierom skalowalne rozwiązanie spełniające złożone wymagania współczesnych aplikacji przemysłowych i IoT.