从创客到企业：Raspberry Pi物联网解决方案如何成为工业物联网黑科技

Raspberry Pi是开发跨领域物联网应用的绝佳选择——从远程监控和高级动物追踪到非接触式热扫描和天气追踪，再到监控和自动灌溉。这篇文章讨论了Raspberry Pi在物联网应用开发中带来的诸多优势。

物联网（IoT） 不再只是一个流行词。它代表着各个领域企业运营方式的重大变革，以及个人在日常生活中从物联网技术中受益的多种方式。

一直以来，我们都在将设备连接到互联网。如今，思科、英特尔、通用电气、博世和ARM等公司已经开设了专门的物联网分支机构。随着技术的进步，它们将以更引人注目的方式受益。

物联网是一个沉浸式的、环境联网的计算环境，通过摄像头、智能传感器、数据库和数据中心的连接构建而成。其架构包括传感器或执行器、边缘IT和数据中心、云以及互联网网关。

有趣的是，物联网应用与功能强大的微型计算机Raspberry Pi的结合，使企业能够更高效地采用这项技术。从监控和分析到预测和控制，物联网设备承担着许多功能。

Raspberry Pi 是一系列微型单板计算机，被认为是下一代物联网应用。由于它体积小巧，可以握在掌心，并且具备功能齐全的计算机的能力。

在本文中，我们将了解Raspberry Pi如何为物联网生态系统做出贡献，以及我们希望在未来几个月观察到的进展。但首先，让我们先了解Raspberry Pi的基础知识。

什么是Raspberry Pi？

Raspberry Pi（简称RPi）是由英国Raspberry Pi基金会与博通合作制造的信用卡大小的单板计算机。它可以完成普通台式机的大部分工作，例如处理电子表格、文字处理和游戏。

Raspberry Pi还能够播放高清视频。它可以运行多个版本的Linux，并用于教授世界各地的孩子编程。事实上，这是Raspberry Pi设计理念的初衷之一。但我们稍后再详细讨论。

此外，它还配备了传感器输入输出接口。Raspberry Pi上的通用输入输出（GPIO）引脚允许您连接状态指示灯、开关、模拟信号等。您可以使用C++或Python控制电路板，以感知或控制连接的设备。

Raspberry Pi的发明旨在促进学校基础计算机科学的教学，此后它被用于许多应用领域，包括爱好者项目、电子设计硬件平台、嵌入式设备和机器人技术。

Raspberry Pi可以运行多种操作系统，如Raspbian OS、Snappy Ubuntu Core、Ubuntu Mate和Windows 10 IoT核心版。

为Raspberry Pi供电

最受欢迎的操作系统之一是基于Debian OS并针对Raspberry Pi硬件进行优化的Raspbian操作系统。部署Raspbian OS的最简单方法是从其官方网站下载NOOBS。

顺便说一下，NOOBS是“New Out Of Box Software（开箱即用新软件）”的缩写。Raspbian OS的操作系统存储在micro-SD卡上。

对于大多数用途，普通的4类8GB micro-SD卡就足够了，但如果您有机会将其连接到外置硬盘以获得额外存储空间，那么请务必抓住这个机会。

安装Raspbian OS后，您可以继续登录。默认密码是Raspberry，用户名是pi。首次登录后，请将其更改为其他内容。

物联网与创客文化

创客文化是当代亚文化，是DIY文化以技术为基础的延伸，与黑客文化中面向硬件的部分相交。它是新设备和现有设备的一部分。

物联网代表了一种新兴技术，它使用通信协议无线连接设备以交换数据。它可以简单到可以通过互联网远程操作的恒温器，因为两种设备都通过互联网连接。

也可以复杂到大规模连接传感器、执行器和控制器，使用无线通信远程监控和控制物理设备。具体示例包括RFID标签、RFID阅读器、条形码扫描器、GPS接收器和其他支持网络的智能设备。

将物联网技术与Raspberry Pi 3结合使用，您可以轻松地远程监控和控制设备、收集和交换数据以及创建自动化系统。此外，Raspberry Pi 3可以通过添加不同的传感器和模块进行扩展。

正如我们之前所了解的，创客文化也被称为“DIY运动”。它为人们提供了一种通过用手工制作原材料（如木材或金属）设计产品来成为创造者的方式。可以说，这种文化彰显了自给自足和为自己构建项目的理念。

如果您认为自己是一名创客、发明家或爱好者，那么您就是创客文化的一部分。它让您能够从零开始创造事物，并使用工具帮助您实现目标。这正是Raspberry Pi在物联网生态系统中所允许的。

GPIO引脚——将Raspberry Pi连接到外部世界

GPIO代表通用输入输出。Raspberry Pi最令人兴奋的功能之一是GPIO引脚，这些引脚是未指定的数字信号引脚，作为Raspberry Pi电路板与各种外部电子元件之间的电子接口。

我们可以使用这些GPIO引脚来控制或监控电路板上的其他电路。换句话说，Raspberry Pi的GPIO引脚之所以独特，是因为它们允许直接访问计算机的输入/输出电路。

此功能使您能够直接将传感器和其他组件与您的Raspberry Pi项目连接。Raspberry Pi上有26个GPIO引脚和两个可编程I2C接口。

这些引脚在创建物联网设备时至关重要，因为它们允许您将LED、按钮和触摸屏等组件直接连接到计算机。

GPIO引脚允许您将信息发送到Raspberry Pi以及从中接收信息。基本上，输入引脚允许您将数据拉取到Pi中，而输出引脚则允许您将信息从Pi中输出。

GPIO引脚为您与各种传感器和设备连接提供了多种不同的方式，包括：

• 光传感器——LED、光敏电阻（LDR）和光电传感器
• 运动传感器——被动红外（PIR）运动传感器和加速度计/温度传感器
• 声音传感器——麦克风和扬声器
• 数字传感器——移位寄存器、逻辑门和模数转换器（ADC）
  您可以直接将这些传感器连接到GPIO引脚。事实上，Raspberry Pi可以控制LED，打开或关闭它们，与外部世界中的许多其他物体交互，驱动电机等等。它还可以借助传感器检测温度或光线的变化以及开关的按下。

工业物联网（IIoT）应用示例

简而言之，IIoT指的是通过能源管理平台和制造系统等工业应用连接的仪器、传感器和其他设备。在此基础上，以下是工业物联网的一些应用领域：

a. 库存管理

附在工厂机器上的传感器收集数据，然后对这些数据进行分析，以找出可以改进的地方。例如，如果装配线显示故障率较高，则可以在有缺陷的产品到达客户手中之前采取纠正措施。这有助于您找到改进库存流程和节省成本的方法。

b. 预测性维护

您可以使用IIoT应用程序实现自动化。机器上的传感器可以告诉您何时需要维护或维修，以尽可能避免出现问题。通过自动化系统，您可以节省时间和金钱，因为无需人工执行特定工作。

c. 智能计量

传统仪表仅测量总消耗量。然而，智能仪表会记录资源消耗的数量和时间。电力公司使用这种智能仪表来监控消耗量，并根据一天中的时间或季节调整价格。例如，冬季需要全天候内部供暖，而夏季则不需要。

d. 车队管理

如果您是一家严重依赖运输的企业，那么车队管理有助于消除或降低与车辆投资相关的风险。您可以使用实时交通信息并部署效率算法，以更高效地交付包裹，同时减少驾驶员的磨损。

使用Raspberry Pi的工业4.0物联网应用

Raspberry Pi板上可以运行各种操作系统。您可以将这种微型计算机用作嵌入式系统或独立设备。使用Raspberry Pi的IIoT设备可以服务于多种用途。毕竟，IIoT技术是驱动工厂或制造单元并确保一切顺利运行的关键。以下是IIoT如何利用Raspberry Pi：

1. 远程监控解决方案

顾名思义，它们用于远程监控不同设备。这些物联网开发解决方案旨在监控通过连接到Raspberry Pi板的传感器收集的数据。

为了从远程位置监控数据，传感器必须通过无线或有线网络传输数据，并将信息发送到中央服务器进行进一步处理和分析。

各种传感器都可以用于此目的，例如气体传感器（用于检测气体泄漏）、运动传感器（用于检测区域内的运动）等。

然后，这些传感器的数据被转换为数字形式，并通过无线或有线网络发送到中央服务器。操作员根据数据采取必要措施，例如关闭机器或关闭空调机组。

2. 高级动物追踪平台

Raspberry Pi是一款小巧且经济实惠的单板计算机，可用于开发动物追踪物联网应用。具体方法如下：

a. 健康监测

您可以使用Raspberry Pi监测宠物的体温和心跳。如果您的宠物出现问题，这将允许您获得早期预警信号。

b. 运动检测

当您的宠物在预设“安全区域”之外移动时，Raspberry Pi可用于捕获图像/视频片段。此功能使您能够追踪您的宠物是否受到周围其他人或动物的良好对待。

c. GPS追踪

如果您的宠物体内没有植入微芯片，您可以使用Raspberry Pi附带的GPS模块来非常准确地实时追踪其位置。

3. 非接触式热扫描

这是一种使用红外热成像技术检测温度差异的方法。使用非接触式方法分析物体发出的辐射并追踪温度变化，而不是实际接触被检查的物体。

这允许以非侵入式方式执行检查，非接触式热扫描仪在工业过程中特别有用，因为在这些过程中，可能会损坏被检查的产品。

执行非接触式热扫描包括打开扫描仪，将其与要扫描的物品或区域接触，然后拍摄收集数据的快照。然后，将结果编译成图像，专家可以分析该图像以识别可能的产品缺陷。

Raspberry Pi可以作为PC和热成像相机之间的接口。它可以读取所连接传感器上的原始数据。

4. 天气监测设备

将Raspberry Pi与物联网结合使用的最流行方式之一是构建一个小型气象站，该气象站可以传输传感器收集的数据。这款DIY软件有助于跟踪附近区域的天气情况——这对农民和种植者来说是一个福音。

物理组装很简单。您需要为Raspberry Pi板准备一个外壳，以及一个USB WiFi适配器、湿度传感器和温度传感器，然后将它们全部组装在一起，以从传感器收集数据，并使用任何网络浏览器在手机上显示数据。

5. 考勤系统

这款由Raspberry Pi构建的IIoT设备非常适合验证身份。它适用于工作场所和教育机构，使您能够了解谁准时到达，谁没有准时到达。该应用程序包括RFID标签、Raspberry Pi板、RFID阅读器、面包板和其他设备。

组装完成后，您将拥有一个交互式物联网考勤系统，可跟踪人员何时使用RFID标签签到。您还可以创建一个在线界面，以检查出席人数及其各自的ID。

6. 监控摄像头

您可以构建一个基于Raspberry Pi的安全摄像头，通过手机或笔记本电脑上的无线通信实时流式传输视频。您可以使用3G/4G或WiFi连接从任何地方监控视频源。

摄像头可以通过以太网或WiFi连接，并使用SD卡。监控摄像头对于监控仓库和工厂非常有用。除了Raspberry Pi之外，您还需要伺服电机和兼容的USB摄像头来设置系统。

7. 灌溉平台

Raspberry Pi在物联网中的另一个用例是灌溉系统，该系统通过结合不同的传感器和执行器构建而成。与手动浇水系统相比，该项目可以将花园的用水量节省高达50%。

水分含量、温度、光照水平、pH值和土壤盐度可用于确定是否到了给植物浇水的时间。

将传感器安装在植物上后，您需要将其与Raspberry Pi连接，并开发软件以确定合适的灌溉时间。

结论

假设您手中拿着一个盒子，它的功能类似于计算机，但唯一的区别是它的包装像信用卡一样小。在这种情况下，当我们告诉您这种计算能力将用于为物联网设备供电和分析传感器数据时，您不要感到惊讶。

毫无疑问，Raspberry Pi可以帮助您开始许多与物联网相关的项目。例如，如果您想开始构建机器人，那么最好的选择就是使用这款微型单板计算机。但话又说回来，开始使用Raspberry Pi并不容易。

因此，在开始使用Raspberry Pi进行任何项目之前，您最好先了解这款设备的功能以及它为何是您的最佳选择。