Raspberry Pi-Projekte: Große Ideen für den Kleinstcomputer

• Mit wenig Aufwand verwandeln Sie den Raspberry Pi in einem vollwertigen Computer-Ersatz.
• Bauen Sie eine eigene Wetterstation auf Pi-Basis – oder gleich ein ganzes Mess-Netzwerk.
• Mit einer Vielzahl kleiner Computer im Verbund lassen sich auch komplexe Anwendungen wie 3D-Modelle realisieren.
• Bei Kenntnissen in Modellbau, Elektrotechnik und Informatik gelingen selbst ambitionierte Vorhaben wie der Nachbau eines Mars-Roboter.

Vom Desktop-Computer-Ersatz bis hin zum Weltraum-Projekt: Den Möglichkeiten der Klein- und Kleinstcomputer sind kaum noch Grenzen gesetzt. Ganz egal, ob Sie den Raspberry Pi und seine Alternativen als Desktop-PC-Ersatz nutzen, das Wetter aufzeichnen, komplexe Bildanwendungen entwickeln oder sich für das Thema Robotersteuerung interessieren – unsere Projektbeispiele regen allesamt zum Nachbauen und Weiterentwickeln an.

Bis zu acht Gigabyte Arbeitsspeicher, diverse Schnittstellen für USB, Monitor und microSD-Karte – und das alles im Skatkarten-Format. Dazu ein individuell programmierbares GPIO-Board für Sensoren und Aktoren: Der Raspberry Pi liefert wie seine Alternativen derzeit jede Menge Erfinder-Potenzial für die vernetzte Zukunft von morgen. 

Wir haben uns umgesehen und vier spannende Projekte identifiziert, die als Grundlage und Inspiration für Ihre eigenen IoT-Bestrebungen dienen können und sollen. Viele IoT-Projekte auf Pi-Basis lassen sich schon jetzt als Bausatz käuflich erwerben – oder mit entsprechenden Fachkenntnissen relativ leicht nachbauen.

Projekt #1: Den Pi als Desktop-Computer nutzen

Für manchen Bastler mag dieses Projekt zunächst trivial erscheinen – doch in Umgebungen mit wenig Platz können Sie den Pi mit wenigen Handgriffen zum Desktop-Computer umbauen. Dank Windows 10 IoT Core-Betriebssystem und der bereits vorhandenen Hardware-Schnittstellen lassen sich problemlos Monitor, Maus und Tastatur anschließen. 

Video: YouTube / Joy-IT Deutschland

Das brauchen Sie:

• 1x Raspberry Pi (beispielsweise Pi 4 Modell B mit vier Gigabyte Arbeitsspeicher) (oder anderen Kleinstcomputer)
• 1x 220-Volt-Netzteil (5 Volt DC, 3 Ampere, USB-C)
• 1x microSD-Karte mit bis zu 32 Gigabyte an Kazpazität
• 1x Gehäuse für den Pi (beispielsweise ABS Typ H, Joy-it oder im Selbstbau)
• 1x microHDMI auf HDMI-Adapterkabel
• 1x Ethernet-Kabel zur Verbindung mit einem Router oder USB-WLAN-Adapter
• 1x beliebiges USB-Keyboard
• 1x beliebige USB-Maus
• 1x beliebiger Monitor mit HDMI-Eingang (oder einen Fernseher)

Nachdem Sie alles beisammen haben, montieren Sie zunächst den Pi in das Kunststoffgehäuse. Stecken Sie anschließend die microSD-Karte hinein, schließen Sie alles an und starten Sie den Pi.

Installieren Sie nun Windows 10 IoT Core auf dem Gerät und legen Sie los, als hätten Sie einen ganz normalen Computer vor sich. Beachten Sie jedoch, dass der kleine Computer nicht für grafikintensive Anwendungen oder schnelle, komplexe Berechnungen ausgelegt ist. Für den normalen Heimgebrauch reichen seine Leistungsdaten jedoch allemal.

Die möglichen Anwendungszwecke für ein Mini-Gehäuse nebst Netzteil für den Pi sind vielfältig: Bauen Sie sich ein kleines, privates Mediencenter für das Streaming, installieren Sie einen POS-Computer in Umgebungen mit wenig Platz oder nutzen Sie den Pi als mobilen PC unterwegs im Wohnmobil oder im Hotelzimmer.

Projekt #2: Die intelligente Wetter-Messstation 

Der Raspberry Pi kann dank seiner Sensoreingänge auch als mobile Mess- und Wetterstation dienen. 

Als Basis können Interessierte auch hier das oben beschriebene Gehäuse verwenden – allerdings brauchen Sie zusätzlich noch einen wettergeschützten Kasten. So können Sie das Gerät und eventuelle zusätzliche Elektronik auch unter widrigen Umständen betreiben.

Video: YouTube / DIY Deutschland

Das brauchen Sie:

• 1x Raspberry Pi (beispielsweise Pi 4 Modell B mit vier Gigabyte Arbeitsspeicher) (oder anderen Kleinstcomputer)
• 1x 220-Volt-Netzteil (5 Volt DC, 3 Ampere, USB-C)
• 1x (je nach Einsatzort) Solarpanel beziehungsweise Windrad sowie ein Akkupack und Stromregler
• 1x microSD-Karte mit bis zu 32 Gigabyte an Kapazität
• 1x Gehäuse für den Pi (wie oben beschrieben)
• 1x wasserfestes Aufbaugehäuse (idealerweise IP68-zertifiziert)
• 1x Sensorboard oder einzelne Sensoren für Luftdruck, Temperatur und Feuchtigkeit (beispielsweise BME280)
• 1x wasserfester Temperatursensor (im Elektronikfachmarkt erhältlich)
• 2x Widerstände mit je 470 Kilo-Ohm
• 1x Windrad
• 1x Regenmessbehälter
• 1x Analog-Digital-Konverter (beispielsweise MCP3008)
• 1x Breadboard passend zum Gehäuse und dazu passende Drähte
• (nach Bedarf) Halterungen für Ihre Wettersensoren

Setzen Sie zunächst alle Bauteile so zusammen, dass diese korrekt mit dem Pi verbunden sind. Die Programmierung des Projekts selbst erfolgt in Python. Insofern sollten Sie hier zumindest Grundkenntnisse besitzen. 

Die Details und wie Sie die einzelnen Sensoren anschließen und auswerten, steht auf der entsprechenden Raspberry-Projektseite detailliert beschrieben.

In Verbindung mit dem Vodafone Easy Connect Prepaid-Tarif bauen Sie anschließend auf Wunsch aus mehreren Pi im Handumdrehen Ihr verteiltes Mess-Netzwerk auf.

Projekt #3: Der 3D-Scanner mit Druck-Schnittstelle 

Dank der Vielzahl an Sensoren, die Sie an den Pi anschließen können und dessen geringe Anschaffungskosten lassen sich auch komplexe(re) Projekte mit endlichem Einsatz realisieren. Eines davon ist der Pi 3D-Scanner des Niederländers Richard Garsthagen.

Er hat 39 Pis, jeweils ausgestattet mit einer SD-Karte und einem Kameramodul, zu einer selbstgebauten 3D-Scan-Maschine zusammengebaut. Sofern Sie also über einen 3D-Drucker verfügen oder einfach nur an 3D-Abbildern realer Objekte interessiert sind, ist dieses Projekt einen detaillierten Blick wert.

Video: YouTube / MakerDad

Das brauchen Sie:

• 39x Raspberry Pi 4 (oder anderen Kleinstcomputer)
• 39x microSD-Karte mit je acht Gigabyte Speicherplatz
• 39x Kameramodul
• 1x 60-Ampere-Netzteil mit Stromverteiler (oder eines für jeden Pi)
• Entsprechend dimensionierte Ethernet-Switches nebst Verkabelung
• Diverse Kunststoff-Konstruktionsbauteile für den Scanner
• Diverse LED-Strips zur gleichmäßigen, schattenfreien Ausleuchtung des Objekts
• Die 3D-Scan-Software des Niederländers Richard Garsthagen – oder eine eigene Entwicklung

Ursprünglich wollte der Niederländer lediglich aus Spaß 3D-Modelle seiner Kinder erstellen – allerdings erfordern herkömmliche 3D-Scanner, dass man während der Aufnahme still sitzt oder steht. Je nach Objekt kann das ein Problem darstellen, da sich herkömmliche Scanner um das Objekt (oder die Person) herum bewegen. Der Pi-Scanner aus den Niederlanden hingegen macht einfach eine Vielzahl von Aufnahmen gleichzeitig – und setzt diese auf intelligente Weise zu einem 3D-Modell zusammen. 

Details zu diesem Projekt finden Sie auf der Projektseite „Multiple Raspberry Pi 3D Scanner” von Richard Garsthagen.

Projekt #4: Der Mars-Rover auf Raspberry-Pi-Basis 

Wem ein 3D-Scanner mit 39 Pi-Computern zu irdisch ist, der wagt sich möglicherweise an das komplexe Feld der Robotersteuerungen. Hier existieren auf der Raspberry-Projektseite eine Menge Tutorials, die Sie für einfache, selbst fahrende Roboter mit einfachen Sensoren und Aktoren studieren können.

Exemplarisch wollen wir hingegen ein besonders spannendes Projekt des Jet Propulsion Labatory der NASA herausgreifen wollen. Das hat eine Miniatur-Variante eines Roboters gebaut, die sonst in ähnlicher Form auf dem Mars herumfahren. Allerdings geschieht dies nicht mit extrem teuren Materialien aus der Raumfahrt, sondern auf Basis des Raspberry Pi und einer Menge Modellbau-Know-how.

Das Mars-Roboter-Projekt und dessen Baupläne wurde als „Open Source” entwickelt, sodass es von Jedermann nachgebaut und weiterentwickelt werden kann und soll.

Der Roboter selbst erinnert zunächst ein wenig an ein überdimensioniertes LEGO-Modell und kann vermutlich genauso gut aus ebendiesem Material gefertigt werden. Mit einem Metallgehäuse und fast 13 Kilogramm Gewicht ist der JPL-Roboter allerdings deutlich schwerer und robuster als übliche Modelle aus Kunststoff und erreicht trotzdem eine beeindruckende Fahrgeschwindigkeit von bis zu 6,3 Stundenkilometern.

Video: YouTube / Carlos Sicilia Til

Was Sie brauchen:

• 1x Raspberry Pi (oder anderen Kleinstcomputer)
• Jede Menge Modellbau- und Elektronikbauteile, die Sie am besten der Projektdokumentation entnehmen
• 1x Steuermechanismus, beispielsweise einen Xbox-Controller oder eine passende App (als Bestandteil des JPL-Projekts für Android und iOS erhältlich)

Neben den entsprechenden Bauteilen benötigen Sie, um den Roboter nachzubauen, auch diverse Fähigkeiten in den Bereichen Metall- und Materialverarbeitung, Elektrotechnik (Schaltungsaufbau und Messtechnik) sowie Grundkenntnisse in Linux und Python.

Die Bauzeit für einen solchen Roboter wird vom JPL mit etwa 200 Personenstunden angegeben. Anschließend haben Sie eine solide Grundlage, um einen Roboter mit viel Raum für eigene Sensorik und Aktoren individuell ausbauen zu können.

Übrigens: Falls Sie doch lieber einen eigenen Mars-Lander-Entwurf konstruieren wollen, empfehlen wir Ihnen unseren separaten Beitrag über generative Gestaltung.

Welche IoT-Geräte und Sensoren es insgesamt gibt und wie Sie diese mobil anbinden, erfahren Sie bei uns an anderer Stelle. Weitere Projekte mit dem Raspberry-Kleincomputer speziell im Consumer-Bereich haben wir für Sie auf featured – Magazin für digitale Kultur für Endkunden zusammengestellt.

Wie immer gilt: Die hier vorgestellten Projekte können, müssen Sie aber nicht mit einem Raspberry Pi realisieren. Mögliche Alternativen zu dem Kleinstcomputer sind der Banana Pi, das Cubieboard oder der Arduino-PC. Hier gibt es genau wie beim Pi eine große Entwicklergemeinde, die noch mehr spannende Projekte mit Kleinstcomputern auf Lager hat und regen Austausch pflegt.

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Welches der hier vorgestellten Projekte finden Sie am spannendsten? Welche Projekt-Vorschläge haben Sie noch für unsere Leser? Wir freuen uns auf Ihren Kommentar.