La rivoluzione degli hardware low-cost: opportunità e sfide

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L’inventiva della maker generation sta facendo strada nel settore industriale con hardware a basso costo, piattaforme open source e idee innovative.

Il successo degli hardware a basso costo è inarrestabile. Chiunque pensi all’hardware a basso costo, pensa automaticamente alle schede di sviluppo, come Raspberry Pi, Arduino o Beagle Bone. Dal suo lancio nel 2012, Raspberry Pi ha riscontrato uno straordinario successo: con oltre 17 milioni di dispositivi venduti in tutto il mondo, Raspberry Pi è il più famoso computer a scheda singola di tutti i tempi. Un mini-PC pioniere del low-cost.

Tuttavia, il Raspberry Pi affronta ora in un mercato saturo e competitivo, in cui diverse schede di sviluppo tentano di emulare il suo successo. Dai nuovi controlli a una scheda fino ad accessori ed estensioni, il mercato è costantemente alla ricerca di innovazione. Shield, hat, alimentatori, sensori e l’abilitazione del supporto CAN-bus mediante convertitori hanno portato alla creazione di un intero ecosistema hardware disponibile con questi mini-computer.

Migliori prestazioni e accessori rendono i mini-PC pronti per l’industria

Gli sviluppi in termini di prestazioni e potenza di elaborazione hanno aperto una serie di nuove possibilità per i mini-PC. Inizialmente, Raspberry Pi aveva capacità di elaborazione limitate ed era utilizzato principalmente da studenti per attività di studio o per hobby. Presto, però, si è resa evidente la necessità di ottenere di più da questo mini-PC. L’ultimo modello, il Raspberry Pi 3B+, offre infatti un processore quad-core a 1.4GHz con 1024 MB di memoria e GigaBit Ethernet.

La community di sviluppatori fornisce assistenza agli altri utenti per facilitarne l’ingresso nel campo dell’elettronica. Oggi, Raspberry Pi è utilizzato in ambito industriale più frequentemente rispetto al passato, come controller nello sviluppo di prototipi o come sistema di controllo industriale completo.

Raspberry Pi può essere utile anche nel settore dell’automotive, grazie alla sua capacità di connettersi a CAN-bus via USB o convertitori SPI. Ad esempio, gli utenti possono migliorare il Raspberry Pi attraverso l’utilizzo di una scheda PiCAN2 o CAN-bus per Revolution Pi. Microcontroller e dispositivi possono comunicare senza un host computer in maniera conveniente, rapida ed efficiente, senza interventi di cablaggio complessi. Inoltre, può anche essere facilmente modificato, dunque risulta un valido supporto per gli ingegneri nella risoluzione di problemi tecnici.

Velocità, flessibilità, costi ridotti

Il grande vantaggio di Raspberry Pi è, senza dubbio, il suo prezzo conveniente, in grado di mantenere le barriere all’entrata particolarmente basse. A soli £25, è possibile ottenere una scheda standard e un’ampia gamma di possibilità. Le interfacce mancanti possono ora essere aggiunte ad una gamma di shield o hat.

Inoltre, gli sviluppatori stanno scoprendo di poter lavorare in modo molto più indipendente con i mini-PC. Soluzioni come i portali di sviluppo open source sono disponibili come referenza, con sistemi basati – la maggior parte delle volte – su Linux, ma disponibili anche nelle librerie di software con utili forum di sviluppo.

Lavorare con hardware a basso costo offre un ampio grado di flessibilità, aspetto che consente agli sviluppatori di trovare soluzioni a problemi specifici. Puoi andare per la tua strada, provare o espandere i sistemi senza grandi investimenti finanziari. Quando è necessaria una nuova interfaccia, solitamente è più facile e veloce integrarla tramite un ambiente open source.

Cambio di paradigma nello sviluppo

Al contrario, uno sviluppatore che si affida a un sistema di controllo proprietario dovrà attendere fino a quando la giusta estensione sarà stata sviluppata e lanciata dalla società appropriata. Qui vediamo un chiaro cambio di paradigma: con hardware a basso costo, gli sviluppatori possono prendere il controllo del progetto, contribuire con idee innovative e trovare soluzioni.

Ciò consente di risparmiare tempo e denaro nella fase di sviluppo. In un ambiente di mercato che sta diventando sempre più dinamico e basato su una rapida innovazione, questo è un vantaggio chiave. L’elettronica si è sviluppata rapidamente negli ultimi anni ed è sempre più chiaro come la velocità sia diventata un fattore determinante per ottenere successo in questo mercato.

L’opportunità della digitalizzazione per le PMI

Il basso costo e la facilità d’implementazione rendono gli hardware come Raspberry Pi la soluzione ideale per le PMI, anche se devono competere con le grandi aziende per affrontare la sfida della digitalizzazione. Tuttavia, a differenza dei player più grandi, hanno meno fondi da dedicare agli investimenti più costosi. Quindi, da dove dovrebbero iniziare queste aziende?

Le soluzioni a basso costo con computer a scheda singola offrono alle piccole e medie imprese una grande opportunità per affrontare la trasformazione digitale. In reichelt qualche tempo è stato introdotto un pacchetto di Raspberry Pi e accessori per l’integrazione che ha riscontrato un successo immediato. Questo dimostra come le piccole e medie imprese abbiano bisogno di soluzioni semplici e pratiche per sfruttare con successo la digitalizzazione.

Ideale per le imprese? Si, con la giusta estensione

Le schede di sviluppo come Raspberry Pi forniscono alle aziende nuove opportunità sul piano dell’innovazione, soprattutto quando si tratta di utilizzarle in ambito industriale. Collegando un CAN-bus sono possibili diverse opportunità nell’automotive, persino la creazione di droni o di protesi. Una caratteristica che, con la maggiore diffusione delle tecnologie IoT e cloud, diventerà sempre più importante.

Tuttavia, se utilizzato in ambienti industriali più complessi, Raspberry Pi può riscontrare dei limiti. A causa delle sue dimensioni compatte, il computer raggiunge infatti temperature leggermente più elevate. La temperatura interna può aumentare bruscamente, portando a significative perdite di prestazioni.

Inoltre, la microSD card usata come memoria fissa consente solo un numero limitato di cicli di scrittura e non è adatta come memoria residua, motivo per cui non possono soddisfare requisiti industriali. Il modello 3B+ include la connettività G-Ethernet e WiFi, prerequisiti essenziali per le applicazioni del settore 4.0, ma mancano ancora interfacce industriali come RS485 o CAN.

Ciò significa che l’utilizzo di Raspberry Pi nell’industria è possibile solo se si aggiungono le giuste estensioni. Il mercato offre unìampia gamma di funzionalità di schield e hat.

Il Raspberry Pi in un armadio elettrico, grazie a PiXtend

PiXtend è una scheda di estensione professionale per Raspberry Pi che può essere utilizzata per il controllo e per l’apprendimento di tecnologie di controllo, circuito e software. Le funzionalità industriali riguardano interfacce seriali (RS232, RS485 e CAN Bus), archiviazione remota e monitoraggio in tempo reale. Inoltre, resiste a temperature ambiente fino a 50 gradi e può essere usato direttamente nell’armadio elettrico grazie agli involucri nelle cappelliere.

Andino X1 per un’elaborazione precisa del segnale

Andino X1 Kit combina Raspberry Pi e Arduino per creare una soluzione industriale in grado di adattare input digitali e output per un voltaggio di 24 volt. Grazie al suo micro-controller, è possibile avere una precisa pre-elaborazione del segnale e l’adattamento dei dispositivi di segnalazione e degli attuatori. Inoltre, Andino X1 protegge tutte le interfacce essenziali del Raspberry Pi secondo gli attuali standard di settore. Gli ingressi e le uscite digitali supportati sono separati e impediscono la sovratensione del pis.

Revolution Pi – un PC industriale a tutti gli effetti

La gamma Revolution Pi offre un sistema aperto e modulare basato su Raspberry Pi per un PC industriale a basso costo. I tre moduli di base disponibili sono dotati di un convertitore CC-CC altamente efficiente per l’alimentazione e generano la tensione di esercizio di 24 volt comune per i quadri elettrici. Un elaborato alloggiamento protettivo garantisce una funzionalità inalterata anche in caso di gravi disturbi al sistema di alimentazione ed è conforme alla norma EN61131-2.

Il modulo base RevPi Connect è stato appositamente progettato per l’uso nel settore IIoT e ha più interfacce, incluse due interfacce Ethernet, ognuna con il proprio indirizzo MAC. Ciò significa che il modulo può essere utilizzato contemporaneamente nella rete di automazione, nonché essere integrato nella rete IT e trasmettere dati.

A seconda delle esigenze, il Revolution Pi può essere utilizzato tramite moduli I / O digitali o analogici per costruire un sistema di controllo industriale. Esistono anche diverse versioni per questi moduli di espansione. Ognuno di essi ha 14 o 16 entrate e uscite, che sono separate dalla parte logica con il PiBridge. Sono protetti da disturbi secondo EN 61131-2 e temperature da 40 a 50 gradi Celsius e umidità relativa fino all’80%. Inoltre, il sistema può essere integrato in una rete industriale attraverso una connessione field-bus.

In linea con la tradizione open source, sia il codice sorgente che tutti gli schemi supportano uno scambio aperto e una comunità di sviluppatori basata sulla collaborazione attorno ai loro prodotti.

L’hardware a basso costo è sempre più rilevante

Come visto in questi tre esempi, oggi gli sviluppatori hanno molte opzioni quando si tratta di schede di sviluppo a basso costo. Questo è solo l’inizio di una rivoluzione, ma gli ultimi lanci di prodotto mostrano una chiara tendenza: l’hardware a basso costo sta diventando sempre più importante per le aziende.

Gli studenti che hanno lavorato a progetti di hobby con Raspberry Pi che ora sono sviluppatori di sistemi aziendali hanno bisogno di una soluzione valida ed efficiente per l’utilizzo in campo industriale. Con gli accessori disponibili, ci sono prodotti che saranno già familiari a questi hobbisti, consentendo loro di sviluppare soluzioni e di operare indipendentemente dai produttori.

Le aziende ne beneficiano due volte: da un lato riducono i costi di sviluppo; dall’altro potrebbero fornire nuovi servizi per sviluppare nuove opportunità di vendita e modelli di business o per aprire nuovi mercati. La rivoluzione dell’hardware a basso costo è destinata a continuare.

Sven Pannewitz, Product Manager for Active and Passive Components, reichelt elektronik

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