معرفی و مشخصات رزبری‌پای 4 Raspberry Pi

قطعات مورد نیاز

برد رزبری‌پای ۴

1 عدد

رزبری­‌پای: از کجا آمده‌­ام، آمدنم بهر چه بود، به کجا می‌­روم آخر؟

احتمالاً با شنیدن نام رزبری­‌پای، این سوال برای شما پیش­ آمده که بین این همه اسم، چرا اصلاً اسم آن را رزبری­‌پای گذاشته­‌اند؟! (Raspberry به معنای تمشک و pi (پای) ما را به یاد نوعی کیک می‌­اندازد). طبق گفته­‌ها، نام این برد از کامپیوترهای اولیه مانند Apple (سیب)، Tangerine (نارنگی)، Apricot (زردآلو) و Acorn (بلوط) که همگی نوعی میوه­ هستند، الهام گرفته­ شده و Pi نیز معرف ایده‌­ی ساخت کامپیوترهای کوچک با پشتیبانی از زبان برنامه‌­نویسی پایتون (Python) است. محصولات رزبری‌­پای در ولز، چین و به­‌صورت محدود در ژاپن تولید می‌­شوند. اگر شما قصد خرید این برد را داشته ­باشید، حتماً با قیمت‌­های مختلفی در بازار روبه‌­رو می‌­شوید. چرا؟ چون محصولات هر سه کشور (به‌­خصوص چین و بریتانیا) در سراسر دنیا  اغلب توسط دو شرکت تجاری Element 14 و RS در بازار عرضه ­می‌­­شوند و دلیل اصلی این اختلاف قیمت، نحوه‌­ی بسته‌­بندی و خدمات پس از فروش این محصولات است. وگرنه از نظر کیفی، تفاوت چندانی در این محصولات به چشم نمی‌­خورد. این بردها ابتدا برای آشنا کردن دانش‌­آموزان و کودکان با برنامه‌­نویسی و الکترونیک به بازار عرضه شد. به­‌همین دلیل، شرکت رزبری­‌پای سادگی و قیمت مناسب را هدف اصلی تولید محصولات خود قرارداد. به­‌طوری­که خیلی راحت می‌­توانید فایل Image سیستم­‌عامل را روی SD Card بارگذاری­ و با اتصال ماوس و کیبورد USB، با برد خود کار کنید. در کنار این قیمت مناسب و سادگی، وجود سخت­‌افزار نسبتاً قدرتمند، بلوتوث و Wi-Fi (از نسخه­‌ی Raspberry Pi 3 به بعد) و پایه­‌های ورودی-خروجی کافی برای انجام پروژه­‌های  DIY، رباتیکی و اینترنت اشیا (IoT)، نظر دانشجویان و مهندسان را هم به این برد جلب ­کرد. بنابراین، رزبر‌‌ی‌­پای در کنار اهداف اولیه‌­ی خود، سعی ­کرده هر بار با ارائه‌­ی نسخه­‌های جدیدتر، به نیاز افراد حرفه‌­ای‌­تر هم پاسخ ­دهد. همچنین با توجه به این­که سیستم­‌عامل­‌های سازگار با این برد غالباً برپایه­‌ی لینوکس بوده (البته سیستم­‌عامل‌­های غیر لینوکسی هم برای رزبری­‌پای وجود داره) و برنامه­‌نویسی آن با زبا­ن‌­هایی مانند پایتون، C و ++C انجام ­می‌­شود، می‌­توان این بردها را از نظر نرم‌­افزاری منبع-باز در نظر ­گرفت. (تعریف منبع-باز در بخش آموزش مقدماتی و کاربردی لینوکس گفته‌ ­شده ­است)

برای انتخاب از میان انواع بردهای رزبری­‌پای، خیلی با مدل­‌های زیادی رو­به‌­رو نیستید. بنابراین دچار سردرگمی نخواهید شد. در واقع تا به‌­حال تنها ۵ نسخه­‌ی اصلی از رزبری­‌پای به بازار ارائه ­شده که هرکدام دارای قدرت و ویژگی­‌های خاص خود هستند. نام‌­گذاری مدل‌­های این برد هم به این صورت است که از دو بخش اصلی تشکیل شده: بخش اول، عددی است که نسل برد را نشان ­می‌­دهد، مانند Raspberry Pi 2 یا Raspberry Pi 3 و قسمت بعدی شامل عبارات A ،A+ ،B و +B است که قدرت و ویژگی‌­های یک نسل را مشخص­ می‌­کند. در حالت کلی مدل­‌های B و +B قدرت و امکانات بیشتر، و A و +A ابعاد و قیمت کمتری دارند. در ادامه به بررسی دقیق­‌تر انواع این برد می‌­پردازیم.

با رزبری‌­پای چه کارهایی می­‌توان انجام‌ ­داد؟

با در نظر گرفتن ویژگی­‌های گفته ­شده، می­‌توان کاربردهای فراوانی برای رزبری­‌پای معرفی­ کرد. با توجه به پورت‌­های GPIO و پشتیبانی این برد از زبان‌­های ++C و پایتون (Python)، می‌­توان به‌­عنوان یک میکروکنترلر از آن استفاده ­کرد. به عبارت دیگر، این برد قابلیت راه‌اندازی سنسورها، ماژول­‌ها و سایر قطعات الکترونیکی را برای شما فراهم ­می­‌کند. همچنین با توجه به برخورداری این برد از Wi-Fi، بلوتوث و USB، این کار نسبت به سایر بردها می­‌تواند ساده‌­تر هم باشد. این قابلیت‌­ها رزبری‌­پای را به ابزاری مناسب برای انجام پروژه‌­های اینترنت اشیا (IoT) و خلاقانه تبدیل­ کرده ­است. از دیگر کاربردهای آن می­‌توان به استفاده از این برد به‌­عنوان یک کامپیوتر شخصی قابل حمل برای ذخیره‌ی اطلاعات و یا یک مدیاسنتر اشاره­ کرد. از طرفی، به­‌دلیل توانایی برقراری اتصال به اینترنت، این برد را می‌­توان به‌­عنوان یک وب‌­سرور یا دیتا سنتر نیز به‌­کار گرفت. بنابراین با رزبری‌­پای می­‌توانید کارهای متنوع و جالبی در زمینه‌­های مختلف و به‌­صورت ترکیبی با سایر بردها انجام ­دهید. از راه دور دمای اتاق­‌های خانه‌­ی خود را کنترل ­کنید یا یک سیستم حضور-غیاب ساده برای محل کار خود طراحی ­کنید. وب‌­سایت شخصی خود را راه‌­اندازی کرده یا در هرجایی فیلم ببینید و به موسیقی مورد نظر خود گوش­ کنید. حتی می‌­توانید پروژه‌­های پیچیده­‌تری مثل کنترل وسایل با موبایل یا بارگذاری اطلاعات سنسورها روی اینترنت از یک محل، و دسترسی و دریافت آن از محل دیگر را پیاده‌­سازی­ کنید. آن را به آردوینو و سایر میکروکنترلرها متصل‌ ­کرده و پروژه‌های ترکیبی IoT انجام ­دهید. با استفاده از رزبری‌­پای می­‌توانید یک سیستم امنیتی با دوربین مداربسته طراحی­ و تصویر آن را به‌­صورت زنده در هرجایی توسط اینترنت مشاهده­ کنید. پس کاربردهای رزبری‌­پای محدود نیست و به نیاز، خلاقیت و توانایی شما در استفاده از قابلیت‌­های آن بستگی دارد. در ادامه به معرفی انواع مختلف این برد و بررسی امکانات آن‌­ها می­‌پردازیم.

معرفی انواع بردهای رزبری­‌پای

• رزبری‌­پای زیرو (Raspberry Pi ZERO): جمع‌ ­و جور، کار راه­‌بنداز و ارزان

رزبری­‌پای زیرو ارزان‌­ترین و ساده­‌ترین نسل از بردهای رزبری‌­پای است که در ۳ مدل Raspberry Pi Zero W ،Raspberry Pi Zero و Raspberry Pi Zero WH تولید می­‌شود. این بردها به ترتیب در سال­‌های ۲۰۱۵، ۲۰۱۷ و ۲۰۱۸ به بازار عرضه­ شده و از نظر قدرت پردازشی کاملاً مشابه‌­اند. نسخه‌­ی اولیه‌­ی Zero به‌دلیل حجم کم و قیمت مناسب، برای انجام پروژه‌­های اینترنت اشیا و رباتیکی بسیار مناسب می­‌باشد. اما نداشتن بلوتوث و Wi-Fi همواره مورد انتقاد مشتریان این مدل بوده ­است. بنابراین شرکت رزبری‌­پای پس از دریافت انتقادات، نسخه­‌ی Zero W را با بلوتوث نسل چهارم و Wi-Fi روانه‌­ی بازار کرد. همانطور که در تصویر مشاهده­­ می‌­کنید، این نسل از خانواده‌­ی رزبری­‌پای دارای ۴۰ پایه‌ی ورودی-خروجی بوده که فاقد پین هدر (Pin Header) می­‌باشند و برای استفاده از آن‌­ها باید قطعات ورودی-خروجی را به پایه‌­ها لحیم ­کنید. این ویژگی، استفاده از این بردها را برای اهداف آموزشی و شخصی نامناسب کرده ­بود. بنابراین تولیدکنندگان برای حل این مشکل هم، نسخه­‌ی Raspberry Pi Zero WH را معرفی­ کردند که تنها تفاوت آن با Zero W، پین­ هدرهای این مدل است. مشخصات دو مدل Zero و Zero W در جدول زیر نمایش ­داده­ شده ­است.

• رزبری­‌پای ۱ و ۲: از رده خارج!

رزبری‌­پای ۱ (راست) و رزبری‌­پای ۲ (چپ) اولین و دومین نسل از مینی‌­کامپیوترهای رزبری­‌پای هستند که به ترتیب در فوریه سال­­‌های  ۲۰۱۲ و ۲۰۱۵ به بازار عرضه­ شدند. امروزه با ورود نسخه­‌های جدیدتر ۳ و ۴ با توان پردازشی بالا، بلوتوث و Wi-Fi داخلی و قیمت برابر، این بردها با استقبال کمتری روبه­‌رو هستند. به­‌طوری که در بازار ایران به ­سختی می­‌توان آن‌­ها را پیدا کرد. نسخه­‌ی اول (Raspberry Pi) ابتدا با مدل‌­های A و B تولید و سپس توسط مدل­‌های +A و +B جایگزین ­شدند. بنابراین فروش نسخه­‌های اولیه­‌ی A و B توسط سایت رزبری­‌پای متوقف شده ­است. همچنین رزبری­‌پای ۲ (Raspberry Pi 2B) فقط با مدل B تولید شده که تنها CPU و RAM آن نسبت به مدل پیشین خود ارتقا یافته­ است. در نهایت شرکت رزبری­‌پای به جای ارائه‌­ی مدل­­ +B آن، تصمیم به تولید نسل سوم محصولات خود گرفت. در جدول زیر مشخصات نسل اول و دوم بردهای رزبری‌­پای نمایش داده­ شده ­است.

• رزبری­‌پای ۳: نو که اومد به بازار  کهنه میشه دل‌آزار!

این نسل از خانواده­‌ی رزبری‌­پای هم به‌­منظور جایگزینی نسل دوم در فوریه سال ۲۰۱۶ به بازار معرفی­ شد. باتوجه به این که هنوز مدت زیادی از عرضه­‌ی نسل چهارم این بردها نگذشته، رزبری‌پای ۳ را می‌توان به‌­عنوان محبوب‌­ترین و پرفروش‌­ترین نسخه بین سایر بردهای این مجموعه حساب کرد. هرچند با ورود رزبری‌پای ۴ با مشخصات بهتر و قیمت برابر، این نسخه هم کم‌کم به سرنوشت رزبری‌پای ۱ و ۲ دچار خواهد شد. اندازه و شکل ظاهری این برد، مشابه نسخه­‌های قبلی می‌باشد اما از نظر سخت­‌افزاری به CPU چهار هسته‌­ای با فرکانس بالاتر مجهز شده ­است. مهم­‌ترین نکته و تفاوت آن با نسل­‌های قبلی، اضافه ­شدن بلوتوث و Wi-Fi داخلی است که این برد را به یک گزینه مناسب برای سیستم­‌های شبکه و اینترنت اشیا تبدیل­ کرده ­است. بنابراین توسط این برد، بدون نیاز به ماژول خارجی و به­‌راحتی می‌­توانید به اینترنت و سایر بردها متصل ­شوید. اکنون سه مدل B+ ،B و A+ در بازار یافت می­‌شود که مدل B+ کامل‌­ترین و قدرتمندترین نسخه از این نسل است. مشخصات فنی این سه مدل در جدول زیر نمایش داده­ شده ­است.

• رزبری‌پای ۴: دیگه از یه برد چی می‌­خوای؟

به تازگی رزبری‌­پای علاقه‌­مندان خود را غافل‌گیر و نسخه‌­ی آخر بردهای خود را با اعمال تغییراتی در جهت بهبود عملکرد نسل سوم به بازار معرفی­ کرده­ است. طبق عادت، این شرکت قیمت نسل چهارم را با وجود ارتقا نسبت به مدل‌­های قبلی، همچنان ثابت و ارزان (البته واسه اونا!) نگه­ داشته­ است. با توجه به تصویر، از نظر تفاوت ظاهری می­‌توان به جایگزینی دو رابط  Mini HDMI با قابلیت پشتیبانی 4K به جای یک رابط، دو پورت USB 3.0  و تغییر پورت تغذیه از Micro USB به USB Type C اشاره‌­کرد. رزبری‌­پای ۴ در سه نسخه­ با RAM یک، دو و چهار گیگابایتی با قیمت‌­های ۳۵، ۴۵ و ۵۵ دلار به بازار عرضه ­شده ­است. همچنین، علاوه‌­بر RAM، پردازنده، بلوتوث و Wi-Fi آن نیز نسبت به مدل­های قبلی ارتقا یافته و آن را به یک انتخاب ایده‌­آل برای پروژه­‌های پژوهشی و اینترنت اشیا تبدیل­ کرده ­است. بنابراین با این برد می‌­توانید پردازش‌­های سنگین­‌تر انجام‌­ دهید، اتصالات سریع­‌تری داشته­ باشید و با کیفیت 4K در دو صفحه­ نمایشِ سری فیلم ببینید. پس کم‌­کم می­‌توانید لپتاپ و کامپیوتر خود را جمع­ کرده و این برد با قیمت خیلی کمتر را جایگزین آن­‌ها ­کنید!

بررسی قطعات مختلف و پایه‌­های GPIO رزبری­‌پای 4B

تا اینجا با انواع بردهای رزبری­‌پای و تفاوت­ آن‌­ها با یکدیگر آشنا شدیم. از این مرحله به بعد با توجه به ورود نسل چهارم این برد و همچنین وجود منابع کافی درباره‌­ی رزبری‌­پای ۳، به بررسی قطعات  و بخش­‌های مختلف برد رزبری‌­پای ۴ می­‌پردازیم.

تصویر فوق نمایی از یک برد رزبری­‌پای ۴ مدل B است که قطعات آن به ترتیب شماره عبارتند از:

۱- پردازنده‌­ی BROADCOM BCM 2711 64 Bit: این پردازنده از نوع ARM Cortex A72 بوده و شامل چهار هسته با فرکانس کاری 1.5 GHz می­‌باشد که نسبت به نسل قبلی قویتر شده ­است.

۲- RAM: نسخه‌­ی چهارم این بردها برخلاف مدل‌­های پیشین با RAMهای ۱، ۲و ۴ گیگابایتی عرضه­ شده ­است.

۳- Wireless 2.4 GHz / 5GHz و Bluetooth 5 BLE

۴- Micro SD Slot: همانند نسخه­‌های قبلی، رزبری­‌پای 4B نیز از حافظه­­‌ی MicroSD جهت ذخیره اطلاعات و راه‌­اندازی سیستم‌­عامل استفاده­ می‌­کند. این بخش ضروری بوده و بدون SD card قادر به راه‌­اندازی برد نخواهید بود. در واقع این قسمت مثل Hard Drive برای کامپیوترها عمل­ می­‌کند.

۵- MIPI DSI Display Port: پورت رابط برای راه‌اندازی نمایشگرهای قابل اتصال با کابل Flat.

۶- پورت (USB Type C (5.1V , 3A: برخلاف نمونه­‌های قبلی، در این مدل از USB نوع C به جای Micro USB برای تغذیه­‌ی مدار استفاده ­شده ­است.

۷- 4K Micro HDMI Ports: از دیگر تفاوت­‌های رزبری‌­پای 4B با نمونه­‌های قبلی استفاده از دو پورت Micro HDMI با قابلیت پشتیبانی 4K به جای یک پورت HDMI است. بنابراین شما می‌­توانید همزمان از طریق دو نمایشگر یا مانیتور کنار هم به محیط رزبری‌­پای خود دسترسی و از دیدن فیلم با کیفیت بالا لذت ببرید. (تصویر 4K با ابعاد ۲ برابر!).

۸-MIPI CSI Camera Port : با رزبری‌­پای 4B نیز می‌­توانید مشابه بردهای قبلی به راحتی ماژول دوربین را از طریق پورت CSI راه‌­اندازی و فیلم­‌برداری و عکاسی کنید.

۹- جک ۳_/۵ میلی‌­متری برای انتقال داده­‌های صوتی

۱۱ و ۱۰-  USB 2.0 & USB 3.0 Ports: در این نسخه برخلاف مدل‌­های پیشین از دو پورت USB 2.0 و دو پورت USB 3.0 برای انتقال داده با سرعت بالاتر استفاده­ شده ­است.

۱۲- درگاه Ethernet برای اتصال به اینترنت و شبکه: از نظر ظاهری نیز جای پورت­‌های USB و Ethernet در مقایسه با رزبری­‌پای ۳ تغییر کرده و نرخ انتقال داده‌­ی این درگاه نسبت به نسخه‌­های پیشین افزایش یافته ­است.

۱۳- PoE Hat Header: این پورت به­‌منظور تغذیه برد رزبری­‌پای توسط Ethernet از نسخه­‌ی 3B+ به بعد در سال ۲۰۱۸ اضافه­‌شده‌­است. برای این منظور، رزبری­‌پای یک ماژول مخصوص همراه با فن به نام PoE Hat Header تولید کرده که تغذیه‌­ی مدار را از طریق Ethernet ممکن می‌سازد.

۱۴- Pins: پایه‌های ورودی-خروجی جهت اتصال به انواع سنسور ماژول­‌ها که در تصویر زیر شماره و نوع آن­‌ها نمایش داده شده ­است.

این پایه‌ها با جزئیات بیشتر در جدول زیر نمایش داده شده‌اند:

 برای راه­‌اندازی و استفاده از رزبری­‌پای به چه چیزهایی نیاز دارم؟

• Micro SD Card: اولین قطعه­‌ی لازم برای این برد، مشابه نمونه­‌های قبلی، حافظه­­‌ی SD Card با ظرفیت 8GB یا بیشتر و ترجیحاً از نوع Class 10 (برای سرعت انتقال داده­‌ی بالا) است. این حافظه­ برای ذخیره و راه­‌اندازی برنامه­‌ها، بازی­‌ها، عکس‌­ها، فیلم‌­ها و بوت­‌کردن سیستم‌­عامل استفاده­ می­‌شود. همچنین جهت نصب سیستم­‌عامل به یک SD card reader برای اتصال آن به کامپیوتر نیاز داریم.

• منبع تغذیه: وسیله­‌ی لازم بعدی برای راه‌­اندازی برد، منبع تغذیه ­است. طبق توضیحات ارائه ­شده توسط تولیدکنندگان، این برد به منبع تغذیه با ولتاژ 5.1V و جریان 3A نیاز دارد. نکته­­‌ی مهم، استفاده از USB Type C در این برد است. (طبق تصویر، دو طرف سوکت Type C مثل همه. پس از شر  قانون مورفی و یک بار اشتباه ­زدن و چرخوندنش راحت شدیم!) بنابراین اگر کابل شما از این نوع نیست، به یک مبدل USB Type C  نیز نیاز دارید. 

موارد فوق برای راه‌­اندازی و کار با برد رزبری‌­پای ضروری است. موارد بعدی که به آن اشاره­ خواهیم­ کرد، اختیاری بوده و در صورت نیاز می‌­توانید از آن‌­ها استفاده­ کنید.

• کیبورد و ماوس: استفاده از کیبورد و ماوس در صورتی که توسط LCD های لمسی یا از طریق لپتاپ با استفاده از پروتکل­‌هایی مانند SSH به رزبری­‌پای متصل ­شوید، اختیاری است. اما اگر می­‌خواهید به­‌صورت مستقل و با LCD های غیر لمسی کار کنید، به ماوس و کیبورد USB نیاز دارید. البته به­‌جای کیبورد، می­‌توان از صفحه­‌کلیدهای مجازی نیز استفاده­ کرد.
• LCD: مشابه مورد قبلی در صورت استفاده­‌ی مستقل از رزبری­‌پای، می­‌توانید از LCD و مانیتور به­‌صورت اختیاری استفاده کنید. اگرچه با استفاده از لپتاپ و SSH و VNC نیز می‌­توانید به محیط گرافیکی و خط فرمان رزبری­‌پای دسترسی داشته باشید.
• ماژول دوربین: شرکت رزبری­‌پای برای عکس­‌برداری و فیلم‌­برداری توسط این برد، دوربین­‌های ماژولاری را ارائه ­کرده که به‌­راحتی می‌­توانید آن­‌ها را از طریق پورت فلت به برد متصل و با چند دستور ساده که در قسمت‌­های بعدی آموزش­ داده­ خواهد شد، راه‌­اندازی کنید. بنابراین اتصال این ماژول اجباری نبوده و هر زمان که نیاز به تصویربرداری داشتید، به راحتی می‌­توانید آن را به برد متصل ­کرده و استفاده‌ ­کنید.
• کابل RJ45 LAN: برای اتصال رزبری­‌پای به اینترنت یا شبکه­‌­ی داخلی، به کابل RJ45 نیازخواهید داشت. البته با استفاده از Wi-Fi هم می­‌توانید این کار را انجام ­دهید. پس این این مورد هم اختیاری است.
• رابط Mini HDMI: به­‌منظور مشاهده‌­ی محیط کاربری سیستم‌­عامل روی مانیتور یا تلوزیون، به کابل HDMI نیاز داریم. در نسخه­‌ی قبلی، این برد به پورت HDMI مجهز بود اما در نسل چهارم، سازندگان از دو درگاه Mini HDMI استفاده‌ ­کرده‌اند. بنابراین برای استفاده از این قابلیت به رابط Mini HDMI نیاز خواهید داشت.
• (HAT (Hardware Attached on Top: بردهای فیزیکی آماده‌ای هستند که به راحتی می‌توانید آن‌ها را روی رزبری‌پای قرار داده و استفاده کنید. این بردهای جانبی دارای حافظه‌ی EEPROM بوده و به صورت خودکار از طریق پین‌های 27 و 28 توسط I2C تنظیمات لازم برای شناسایی هت روی رزبری‌پای را انجام می‌دهند (پس همانطور که قبلاً اشاره کردیم، از 27 و 28 به عنوان GPIO استفاده نکنید). از معروف‌ترین آنها می‌توان به SenseHAT که شامل LED ماترسی، سنسورهای دما‌، رطوبت، شتاب‌سنج و ژیروسکوپ است اشاره‌کرد. 

  ---

نتیجه‌گیری

خب تا اینجا با انواع بردهای رزبری‌­پای، مخصوصاً رزبری­‌پای ۴ آشنا­ شدیم. حالا شاید فکر کنید خیلی از بردهای دیگر هم کم و بیش این ویژگی­‌ها را دارند. اینجا مشکل اساسی (شک و استرس!) پیدا می‌­شود: این بردها چه فرقی با رزبری‌­پای دارند؟ کدام برای من مناسب­‌تر است؟ با من همراه باشید تا در بخش بعدی پاسخ این سوال‌ها را پیدا کنیم.

نظرات شما باعث بهبود محتوای آموزشی ما می‌شود. اگر این آموزش را دوست داشتید، همین‌طور اگر سوالی در مورد آن دارید، از شنیدن نظراتتان خوشحال خواهیم شد.