Raspberry Pi: Das richtige Modell und Betriebssystem, die schönsten Projekte
Der Raspberry Pi eignet sich für Hardware-Basteleien aller Art: Wir stellen Ihnen die interessantesten Projektideen vor und zeigen, welches Raspi-Modell und welches Betriebssystem das Richtige für Sie ist.
- Johannes Merkert
Der Raspberry Pi ist ein scheckkartengroßer Einplatinen-Computer, entwickelt von der gleichnamigen britischen Stiftung. Er enthält einen ARM-Prozessor von Broadcom, vergleichbar mit den Prozessoren in Smartphones. Seine Rechenleistung bleibt damit deutlich unter aktuellen Notebooks und PCs.
Die Stiftung hat den Rechner als Lernplattform zum Programmieren konzipiert. Von den bisher 12,5 Millionen verkauften Raspis dürfte aber nur ein kleiner Anteil an Schüler gegangen sein. Der Minirechner bietet mit seinem Preis von unter 40 Euro nämlich eine ideale Basis für viele Bastelprojekte vom Steuerrechner für den 3D-Drucker bis zum Robotergehirn.
Welches Raspberry-Pi-Modell?
Bisher waren sechs verschiedene Varianten des Raspberry Pi auf dem Markt. Wir empfehlen für alle Projekte den aktuellen Raspberry Pi 3 Model B. Auf seiner Platine sitzt der BCM2837 von Broadcom mit vier Cortex-A53-Kernen, die mit 1,2 GHz laufen. Ihm zur Seite steht die Grafikeinheit VideoCore IV mit zwei Kernen und 1024 MB RAM. Damit gehört der Raspi zu den schnellsten Computern seiner Größe. Er gibt bis zu Full HD (1080p30) über seinen normalgroßen HDMI-Port aus, hat vier USB-2.0-Ports (Buchsen vom Typ A), eine über USB angebundene Ethernet-Buchse bis 100 MBit/s und je einen Foliensteckeranschluss für ein Display und eine Kamera. Aufgelötet ist auch ein 2,4GHz WLAN-Chip (BCM43143) samt Antenne. Anders als Desktop-Rechner bringt der Raspi auch eine 40-polige Pin-Leiste mit, über die 26 digitale Ein- und Ausgänge programmiert werden können. Im c't-Test fiel er durch eine extrem niedrige Leistungsaufnahme auf von maximal 4,7 Watt (Leerlauf: 2 Watt).
Für spezielle Projekte, bei denen ein Kern, 512 MB RAM, eine Mini-HDMI-Buchse und ein Micro-USB-Port reichen, kann man auch zum lediglich 10 Euro teuren Raspberry Pi Zero W greifen. Er ist jedoch ebenso schlecht verfügbar wie sein Vorgänger der 5 Euro günstigere Raspberry Pi Zero. Ältere Modelle lohnen sich weniger, da sie deutlich weniger Performance bei nur geringfügig kleinerem Preis bieten. Wer noch einen älteren Raspi in der Grabbelkiste findet, kann ihn für viele Projekte trotzdem noch einsetzen. Integriertes WLAN haben jedoch nur die aktuellen Modelle.
Software: Raspbian und andere Betriebssysteme
Die Raspberry Pi Foundation entwickelt für den Raspi ein angepasstes Linux namens Raspbian, das auf Debian basiert. Es bietet die beste Unterstützung der Hardware und empfiehlt sich für die meisten Projekte. Wer Debian oder Ubuntu kennt, findet sich in dem System sofort zurecht. Der Desktop verwendet die schlanke Desktop-Umgebung Pixel, da aufwendigere Desktops wie Gnome oder KDE den Raspi schnell an seine Leistungsgrenzen treiben würden.
Es gibt mehrere Linux-Distributionen, die den Raspi auf eine bestimmte Anwendung zuschneiden. Die Distributionen OpenELEC, LibreELEC und OSMC bringen das freie Mediencenter Kodi gleich mit, was den Minirechner sofort wohnzimmertauglich macht.
RetroPie, Recalbox und Lakka verwandeln ihn stattdessen in eine Retro-Konsole für Spieleklassiker: Dank integrierter Emulatoren bringt der Raspi tausende alte Spiele auf den HD-Fernseher.
Abseits vom Wohnzimmer leistet er mit der Distribution OctoPi als 3D-Druck-Server mit OctoPrint gute Dienste. Damit blockieren dann lange Druckaufträge nicht mehr das Notebook.
Als NAS-Betriebssystem für den Raspi tritt OpenMediaVault an. Diese Distributionen eignen sich für Anwender, die der Linux-Konsole lieber aus dem Weg gehen wollen.
Ubuntu läuft auch auf dem Raspi, dient dort aber eher als Spielwiese für Canonicals Ideen für das Internet of Things.
Wer lieber mit Windows arbeitet, kann auch Windows 10 auf dem Minicomputer installieren. Das ersetzt zwar keinen normalen Windows-Rechner, man kommt aber auch hier an die IO-Pins für Steueraufgaben dran. Für Trockenübungen vor dem Hardware-Kauf kann man den Raspi unter Windows emulieren. Die Installation und den EInsatz des Pi-Emulator unter Windows beschreibt der c't-Artikel "Aller Anfang ist leicht".
Die Firmware der "VideoCore IV"-GPU läuft immer zusätzlich auf dem Raspi. Sie startet zuerst, läuft immer parallel und stellt dem restlichen System mächtige Befehle zur Videobeschleunigung bereit. Das vereinfacht die Treiber-Programmierung in den Raspi-Systemen. Wen das stört, der sollte einen Blick auf den Minirechner BeagleBone Black werfen. Dieser enthält keine proprietäre Firmware, ist jedoch teurer und nur so schnell wie der Raspi 1.
Raspi für Hardware-Basteleien
Der Raspi eignet sich hervorragend für kleine oder große Bastel-Projekte mit Hardware von Sensor bis Festplatte. Sein grafischer Desktop bedient sich leicht und ist auch für Linux-Neulinge verständlich.
Für Einsteiger bieten sich kleine Experimente wie eine blinkende LED an. Wie das geht, zeigt die folgende BIlderstrecke.
Erste Schritte mit dem Raspi (6 Bilder)
Um das System zu installieren, Formatieren Sie zunächst die Micro-SD-Karte mit FAT32. Entpacken Sie anschließend das heruntergeladene Zip-Archiv auf Ihrem Rechner und kopieren Sie dessen gesamten Inhalt auf die Karte.
NOOBS begrüßt Sie beim ersten Start mit der Betriebssystemauswahl. Wählen Sie für den Einstieg das Standardsystem Raspbian aus. Die Verwandlung von NOOBS in Raspbian dauert ein paar Minuten. Ein Klick auf OK beendet NOOBS, woraufhin Raspbian direkt in seinen grafischen Desktop startet.
Raspi als Medienzentrale
Als Media-Center-Software bietet sich das schicke Kodi Entertainment Center (früher XBMC Media Center) an, das Inhalte lokal von einem angeschlossenen USB-Medium oder übers Netz abspielt, etwa über UPnP AV/DLNA, SMB, NFS, WebDAV oder mittels AirPlay. Zahlreiche von der Community entwickelte Add-ons rüsten zusätzliche Internet-Dienste nach.
Kodi auf dem Raspi (5 Bilder)
Will man den Raspi als schlanken Musik-Streaming-Server benutzen, empfiehlt sich der Music Player Deamon (MPD), der sich übers Netzwerk steuern lässt. Mit PicApport gibt es einen Foto-Server für den Raspi.
Vorsicht, wenn sie den Raspi selbst als Musikspieler benutzen wollen: Die integrierte Soundkarte liefert schlechte Qualität über den Klinkenstecker. Es gibt zusätzliche Soundkarten, die ordentliche Analog-Ausgänge nachrüsten. Einige davon haben wir in c't 7/15, S. 72 (kostenpflichtig) getestet.
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Raspi als Heimserver
Eine Warnung vorweg: Auch wenn fast jede Software für Heimserver auf dem Raspi läuft, ist er für einige Aufgaben zu schwach. Dateitransfers laufen vergleichsweise langsam – selbst beim aktuellen Modell Raspberry Pi 3 schafften wir nur maximal 12 MByte/s, was einem Drittel eines guten USB-2.0-Sticks entspricht. Als zentraler Daten-Speicher eignet sich ein NAS deshalb besser.
Der Raspi taugt aber durchaus für eine OwnCloud/NextCloud-Installation mit wenigen Benutzern, wie wir schon beim Raspberry Pi 2 erfolgreich ausprobiert haben (c't 9/15 S.98, kostenlos). Für andere Webdienste mit ähnlichen oder geringeren Anforderungen eignet er sich natürlich genauso. Auch kann er problemlos einen IMAP-Server leer räumen und die Mails genauso bequem im Heimnetz vorhalten. Wie man ihn als Mail-Server betreibt, lesen Sie hier.
Braucht man für solche Projekte mehr Platz, als man über eine Micro-SD-Karte bereitstellen kann, kann man seine Daten auch auf angeschlossene USB-Sticks oder USB-Festplatten betreiben. Normale Festplatten und SSDs funktionieren nicht, da der Raspi keinen SATA-Port hat. Von WesternDigital gibt es beispielsweise eine spezielle Raspi-Festplatte namens PiDrive, die 314 GByte oder 1TByte fasst.
Da der Raspi einen Hardware-Zufallszahlengenerator besitzt, eignet er sich auch als Entropie-Server, der Zufallszahlen im Heimnetz verteilt (kostenpflichtig). Außerdem kann er die Verfügbarkeit und den Traffic von Webservern überwachen. Mit OctoPrint steuert er 3D-Drucker an. Für Mac-Anwender könnte der Einsatz als Printserver mit AirPrint interessant sein.
Wegen der ARM-Architektur der CPU laufen Binärtreiber für x86 nicht auf dem Raspi. Mit einem Emulator gehen manche aber doch. Damit kann der Raspi auch manchen Mufu ansteuern, für den es keine freien Treiber gibt. Weitere Infos zu diesem und den anderen erwähnten Heim-Server-Projekten haben wir für Sie im Kasten rechts zusammengestellt.
Raspi als PC-Ersatz
Da der Raspi erstaunlich viel Leistung fürs Geld bietet, haben wir auch ausprobiert, ob er sich auch als PC-Ersatz eignet. Browser, Mailprogramm, Office-Suite und Grafikbearbeitung sind alle auch für den Raspi verfügbar.
Für Mathematica gibt es sogar eine eigene Raspi-Lizenz. Die Herstellerfirma Wolfram hat das Algebra- und Numerik-System und die neue Programmiersprache Wolfram Language für den Raspberry Pi zur freien Verfügung gestellt (mehr dazu in c't 20/14, kostenpflichtiger Artikel).
Für wirklich flüssiges Arbeiten ist der Raspi aber zu schwach. Unser Selbstversuch im vergangenen Jahr beruhte zwar noch auf den Raspberry Pi 2, aber auch das neuere Modell macht als Office PC wenig Spaß (mehr dazu in c't 9/15, kostenpflichtiger Artikel).
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Raspi-Projekte von Musik-Generator bis zum Quadrocopter
Um die ganze Vielfalt des Raspi zu demonstrieren, haben wir Ihnen eine Liste mit Bastel-Projekten für den Raspberry Pi zusammengestellt.
- Musik programmieren: In der Raspberry-Umgebung Sonic Pi lassen sich komplette Musikstücke mit ein paar Zeilen Code programmieren ( c't 9/15, S. 104, kostenpflichtig)
- WLAN-Passwörter generieren: Der Raspi wechselt das Passwort automatisch regelmäßig und zeigt es als abfotografierbaren QR-Code an (c't 10/16, S. 98, kostenpflichtig)
- WLAN-Verkehr abhören: Mit einem Raspi kann man eine Man-in-the-Middle-Attacke starten, um beispielsweise zu überprüfen, welche Daten eine App an ihren Hersteller sendet (c't 10/16, S. 88, kostenpflichtig)
- WLAN-Clients drosseln: Ein Raspi kann datenhungrige WLAN-Geräte im Zaum halten (c't 06/17, S. 102, kostenpflichtig)
- CAN-Bus im Auto auslesen: Ein ans CAN-Bus-System angesteuerte Raspi kann etliche Daten auslesen und auf einem Display anzeigen (c't 25/15, S. 186, kostenpflichtig)
- CarPi – Raspi als Infotainment-System: Ein Raspberry Pi ersetzt das Infotainment-System des Autos und bringt mehr Funktionen als bisher (c't 06/17, S. 98, kostenpflichtig)
- Funksteckdosen steuern: In diesem Projekt steuern wir billige Funksteckdosen per Raspi und bringen sie so ins Netz - damit spart man viel Geld gegenüber teuren Smart-Home-Lösungen (c't 2/16, S. 102, kostenpflichtig).
- Raspi in ein Oszilloskop verwandeln: Mit dem Raspi-Oszilloskop kann man bei Experimentierschaltungen analoge und digitale Signale messen und nachverfolgen (c't 8/16, S. 118, kostenpflichtig)
- Raspi per Telefonanlage steuern: zum Beispiel für eine Musikanlage fürs Wartezimmer beim Arzt (c't 9/15, S. 103, kostenpflichtig)
- Ghettoblaster USB-tauglich machen: Der Raspi spendiert dem Ghettoblaster eine USB-Buchse, über die man einlesen und abspielen kann (c't 9/15, S. 100, kostenpflichtig)
- Erkennen, ob der Nutzer eingeschlafen ist: Diese Einschlaferkennung schaltet beispielsweise den Fernseher aus oder weckt den Anwender, wenn er nicht einschlafen soll (c't 9/15, Seite 106, kostenpflichtig)
- Ambilight nachbauen: Philip's teures LED-System Ambilight für Fernseher mit einem Raspi selbstgemacht (c't 11/26, S. 152, kostenpflichtig)
- Smart Mirror: Der Raspi lässt mehr im Spiegel erscheinen als nur das eigene Antlitz (c't 06/17, S. 88, kostenpflichtig).
- Funkrauchmelder überwachen: Mit dem Raspi kann man sich ein eigenes Warnsystem für seine Rauchmelder zusammenstellen (c't 11/14, S. 178, kostenpflichtig)
- Roboterarm mit Raspi steuern: Mini-Roboter in Eigenbau, gesteuert über eine Raspberry Pi und ein Smartphone (c't 2/15, S. 164, kostenpflichtig)
- Selbstbau-Quadrocopter aus dem 3D-Drucker: Ein eigener Quadrocopter mit einem Raspi als Gehirn, der auch Videos aufnehmen kann (c't 06/17 S. 94, kostenpflichtig)
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Das Internet ist voll von weiteren kreativen und nützlichen Ideen für den Raspi. Vom Programmier-Anfänger bis zum Lötprofi ist für jeden etwas dabei. Je nach Anwendung kommen auch andere Boards wie BeagleBone, Odroid, BananaPi, Cubitruck, Pine64 oder Edison infrage, die wir jüngst in c't getestete haben (Test Raspi-Alternativen). Diese können aber oft nicht mit der Dokumentation auf raspberrypi.org mithalten oder zeigen Schwächen bei der Softwareunterstützung. (pmk)