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Raspberry Pi in der Messtechnik

Raspberry Pi Der Raspberry Pi ist ein günstiger scheckkartengroßer Einplatinencomputer mit ARM-Prozessor. Weiterführende Informationen findet man auf der Homepage der Raspberry Pi Foundation [http://www.raspberrypi.org/]. Er eignet sich durch seine Schnittstellen und Größe besonders gut für den Messtechnik- und Laborbereich. LAN, 2x USB und ein Expansion Port (GPIO) gepaart mit einer großen Auswahl an GNU/Linux-Software machen ihn zu einem sehr beliebten Entwicklungstool. Für die hier vorgestellte Anwendung ist er sogar überdimensioniert, da er in unserem Fall als Headless Linux-Computer betrieben wird und somit keine Verwendung von seinem Grafikchipsatz (GPU) macht.

Wie kommuniziert der Raspberry Pi mit der "Außenwelt"?


Im aktuellen Setup kommuniziert er über den integrierten LAN-Port, der an einem Wireless Router mit integriertem 4-Port LAN-Hub angeschlossen ist. Durch W-LAN hat man eine galvanische Trennung erreicht. Um den Raspberry Pi mit Software und Updates zu versorgen, benötigt man Zugriff auf das Internet. Auch ist somit ein Fernzugriff über ssh/VPN oder gar das WWW möglich, wenn man sich der Gefahren bewusst ist und geeignete Schutzvorkehrungen trifft. In manchen Umgebungen, in der eine Funkverbindung nicht erwünscht oder möglich ist, sollte man mindestens einen 4 Port Switch/Hub verwenden, der den Raspberry Pi mit dem Intranet oder direkt mit einem PC oder Notebook verbindet. Man hat so die Möglichkeit, weitere Rasperry Pi's oder VXI-11/LXI-konforme Messgeräte anzuschließen. Natürlich ist auch ein direkter Anschluss an ein Notebook oder PC ohne Hub möglich und für die Entwicklung von Software auf dem Raspberry Pi und dem Client ausreichend. Hierzu reicht dann auch die eingebaute serielle Konsole (GPIO) und ein TTL<->USB-RS-232/Adapter mit 3.3V konformem Chipsatz aus. Somit bleibt der LAN-Port für ein Messgerät frei. Hinweis: Client login screen /dev/ttyUSB{0..n} 115200

Wie kommen die Messwerte in den Raspberry Pi?


Diagramm VXI-11 ist eine TCP/IP Protokoll-Spezifikation und Teil der VIXBus-Spezifikation. Weitere Informationen kann man auf der Homepage des "VXI Bus Consortium" [http://www.vxibus.org/] erhalten. Bei der Verwendung eines VXI-11/LXI-konformen Messgerätes wird ein LAN-Hub oder W-LAN-Router benötigt. Ein direkter Anschluss an den LAN-Port des Raspberry Pi ist nur möglich, wenn man den Raspberry Pi über ein W-LAN(/LAN/Bluetooth)-USB-Dongle im Netzwerk betreibt, da der LAN-Port für die Kommunikation mit dem Client (Tablet/Notebook/PC etc.) schon belegt ist.

Zwei Mal USB 1.1/2.0 werden vom Raspberry Pi "nativ" bereitgestellt. Somit können viele Messgeräte direkt über den USB-Bus angeschlossen werden, sofern passende Treiber der Hersteller oder "Kernelhacker" zur Verfügung stehen. Diese Art von Messgeräten wird in einem gesonderten Kapitel behandelt, sobald Erfahrungswerte vorliegen. Für die Protokollierung von Messaufgaben ist es manchmal notwendig, dass Fotos von einer Messung oder einem Messaufbau gemacht werden. Für diese Aufgabe kann eine PTP (Picture Transfer Protocol)- kompatible Kamera angeschlossen werden, um diese Aufgabe zu automatisieren. Hier zeigen sich die Stärken der Anwendung, denn man kann Messdaten und Datum/Uhrzeit direkt in das Foto einbetten. Entweder über Text im Foto und/oder als Exif Daten. Eine Erklärung zu Exif findet man hier [http://de.wikipedia.org/wiki/Exchangeable_Image_File_Format].

Um RS-232 Geräte anzuschließen wird ein USB<->RS-232 Konverter verwendet. Eine weitere Möglichkeit für RS-232 ist der Expansion Port (GPIO) des Raspberry Pi. Mittels eines 3.3V konformen RS-232 Serial nach TTL Konverter Modules (zum Beispiel MAX-3232). Leider sind am Expansion Port (GPIO) des Rasperry Pi nur RXD/TXD/RTS herausgeführt, CTS ist anderweitig belegt. Somit kann man hier nur einfache RS-232 Geräte anschließen, die die Handshake-Leitungen RTS/CTS nicht benötigen. Man sollte auf jeden Fall diese Möglichkeit prüfen, da man dadurch einen USB-Port für andere Aufgaben zur Verfügung hat. Den USB-Port kann man durch einen USB-Hub erweitern. Bei Verwendung eines aktiven USB-Hubs kann man den Raspberry Pi(neue Version B/512M) über den USB-Port mit Strom versorgen.

IrDA(Infrarot) Messgeräte können über ein "IrDA Dongle" am USB Bus "verbunden" werden. Bei vielen Messgeräten wird das SIR (Serial Infrared)- Protokoll verwendet. Sehr ausführliche Informationen zu Linux und IrDA können hier nachgelesen werden [http://www.tldp.org/HOWTO/Infrared-HOWTO/index.html]. Allgemeine Informationen erhält man unter [http://www.IrDA.org/]. Einige Messgerätehersteller verwenden ihre eigenen IR-Dongles, die nicht IrDA-konform sind. Auch für diese sind Lösungen vorhanden. Das Agilent U1272A Digital Multimeter kann über den "Agilent U1173A IR-USB-Dongle" direkt über eine USB-serielle Schnittstelle angesprochen werden, da eine "Prolific 2303 USB nach seriell Brücke" im Dongle verbaut ist.

GPIB/IEEE-488 Messgeräte werden über einen GPIB<->USB Adapter angeschlossen. Aktuell wird ein "National Instruments GPIB-USB-HS IEEE-488" Adapter verwendet, für den ein Kerneltreiber existiert und keine "Firmware-Hacks" notwendig sind. Auch eine "Eigenbau Sparversion" steht für den Anschluss von GPIB-Messgeräten zur Verfügung.

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