Raspberry Pi Zero

Raspberry Pi Zero, turule toodud aastal 2015.

Raspberry Pi Zero on taskusuurune üheplaadiline arvuti (ingl single-board computer), mille töötas välja Suurbritannia heategevusorganisatsioon Raspberry Pi Foundation. See toodi turule 26. novembril 2015 eesmärgiga pakkuda veelgi väiksemat ja odavamat alternatiivi algsele Raspberry Pi arvutile. Raspberry Pi Zero sobib hästi madala energiatarbega rakendusteks, hariduslikuks kasutuseks, koduautomaatikaks ja erinevateks isetegemise (DIY) projektideks.

Raspberry Pi Zero säilitab paljud Raspberry Pi arvutitele omased jäljed, nagu GPIO-liides (üldotstarbelised sisendi/väljundi kontaktid), Linuxi-põhine operatsioonisüsteemide tugi ning programmeeritavus erinevates keeltes (nt Python, C/C++). Samas on sellel mitmeid füüsilisi ja funktsionaalseid piiranguid, mis võimaldavad hoida hinna ja mõõtmete osas miinimumi.

Seade on kujundatud viisil, mis võimaldab seda kasutada mitmesugustes mikro- ja manussüsteemides, sealhulgas automaatikaseadmetes, sensoripõhistes võrkudes, kantavates seadmetes ning lihtsates meediakeskustes. Raspberry Pi Zero olemasolu on aidanud kaasa elektroonika ja programmeerimise populariseerimisele nii haridusasutustes kui hobikasutajate seas, kuna see võimaldab väga väikese eelarvega arvutustehnika õppimist ja praktilist rakendamist.

Ajalugu ja arendus

Raspberry Pi Zero on osa laiemast Raspberry Pi tootesarjast, mis loodi eesmärgiga soodustada arvutiteaduse õpet ja programmeerimisoskuse levikut, eriti noorte seas. Raspberry Pi Foundation asutati 2009. aastal Cambridge’i Ülikooli töötajate ja tehnoloogiaentusiastide poolt, kes tundsid muret, et programmeerimist ei õpetata enam koolides piisavalt.

Esimene Raspberry Pi mudel (Model B) ilmus 2012. aastal ja saavutas kiiresti suure populaarsuse tänu oma madalale hinnale, avatud platvormile ja ulatuslikule kogukonnale. Järgnevatel aastatel ilmusid mitmed uued mudelid, mis pakkusid rohkem funktsionaalsust ja jõudlust, samal ajal olles kõrgemas hinnaklassis. Soov luua veelgi odavam alternatiiv, mis oleks kättesaadav ka arenevate riikide haridusasutustele ning sobiks väga väikestesse seadmetesse integreerimiseks, jõuti Raspberry Pi Zero arenduseni.

Zero toodi turule 26. novembril 2015. Selle esialgne hind oli vaid 5 USD$, mis tegi sellest tol ajal ühe odavaima täisfunktsionaalse arvuti maailmas. Esimesed Raspberry Pi Zero seadmed anti tasuta kaasa 2015. aasta detsembrikuu The MagPi ajakirjanumbriga, mis tõi projektile laialdast meediatähelepanu ja suurendas selle populaarsust . Seade oli kompaktne, vaid 65 mm × 30 mm mõõtmetega, kuid pakkus siiski piisavalt funktsionaalsust lihtsamateks ülesanneteks, näiteks roboti juhtimiseks, andmete kogumiseks või miniatuurseks meediakeskuseks.

Arendusprotsessi käigus pöörati erilist tähelepanu energiatõhususele, komponentide valikule ning olemasoleva tarkvaratoe maksimaalsele säilitamisele. Raspberry Pi Zero kasutas sama protsessorit (Broadcom BCM2835) mis originaalne Raspberry Pi Model B, kuid tänu väiksemale voolutarbele ja mõõtmetele oli see sobilik ka kaasaskantavate seadmete, näiteks kantavate andurite ja droonide jaoks.

Tänaseks on Raspberry Pi Zero arendus laienenud ka WiFi- ja Bluetooth-toeni (nt Raspberry Pi Zero W ja WH), kuid esialgne Zero jääb siiski oluliseks tähiseks odavate ja ligipääsetavate arvutite arengus.

Riistvaraline ülesehitus

Protsessor ja mälu

Raspberry Pi Zero kasutab sama süsteemikiipi nagu algne Raspberry Pi Model B – Broadcom BCM2835. Tegemist on 32-bitise ARM11 protsessoriga, mille taktsagedus on 1 GHz. Seade sisaldab 512 MB LPDDR2 muutmälu, mis on joodetud otse plaadile. Kuigi see ei paku sama jõudlust nagu uuemad Raspberry Pi mudelid, on see piisav kergete operatsioonide ja lihtsamate projektide teostamiseks.

Sisendid ja väljundid

Raspberry Pi Zero’l on järgmised kompaktselt paigutatud liidesed:

• Mini-HDMI port, mille kaudu saab ühendada kuni 1080p kuvari.
• 2 micro-USB porti – üks andmesideks (USB OTG), teine toiteallikaks.
• 40-kontaktiline GPIO-liides (ühilduv teiste Raspberry Pi mudelitega), mis on jootmata kujul plaadil, võimaldades kasutajal vajadusel ise kontaktid külge joota.
• MicroSD-kaardi pesa, mida kasutatakse operatsioonisüsteemi ja andmete salvestamiseks.
• Komposiitvideo ja reset-pin kontaktid, mis on kättesaadavad jootmiskohtadena.

Toiteallikas

Seade vajab toiteks 5 V pinget läbi micro-USB pordi, soovituslikult vähemalt 1 A voolutugevusega. Tänu väikesele energiatarbele (~0,5 W–1,5 W) sobib see hästi patarei- või akutoitel lahendustesse.

Füüsilised mõõtmed ja vormitegur

Raspberry Pi Zero mõõtmed on 65 mm × 30 mm × 5 mm, mis teeb sellest ühe väikseima täisfunktsionaalse arvuti turul. Plaat kaalub ligikaudu 9 grammi. Selle minimaalne suurus võimaldab seadme paigutamist kitsastesse korpustesse või leiab kasutamist kaasaskantavates seadmetes.

Tarkvara ja operatsioonisüsteemid

Toetatud operatsioonisüsteemid

Operatsioonisüsteem Raspberry Pi OS (Raspian)

Raspberry Pi Zero töötab peamiselt Linuxi-põhiste operatsioonisüsteemidega, millest levinuim on Raspberry Pi OS (endise nimega Raspbian) – Debianil põhinev distributsioon, mille on kohandanud Raspberry Pi Foundation. Lisaks toetab seade ka teisi süsteeme, sealhulgas:

• Ubuntu Server (lihtsam variant ARM-arhitektuurile),
• Arch Linux ARM,
• RetroPie (klassikaliste mängude emuleerimiseks),
• PiCore, DietPi ja teised kergkaalus distributsioonid.

MicroSD-kaardile paigaldatava süsteemi saab luua Raspberry Pi Imager’i abil, mis on ametlik tööriist operatsioonisüsteemi kirjutamiseks SD-kaardile.

Programmeerimiskeeled

Raspberry Pi Zero toetab laia valikut programmeerimiskeeli ja arenduskeskkondi. Kõige enam kasutatakse:

• Pythonit, mis on Raspberry Pi hariduslikuks sihtgrupiks sobiv,
• Scratchi, visuaalset programmeerimiskeskkonda noorematele,
• C ja C++, eriti riistvaralähedaste rakenduste jaoks.

Lisaks on võimalik kasutada ka Java, Node.js, Go, Rust jt keeli. Arenduskeskkondadena on populaarsed Thonny, Geany, Visual Studio Code (kaugjuhtimisega), ning käsureal põhinevad tööriistad nagu GCC ja Make.

Tarkvara paigaldamine ja haldamine

Tarkvara paigaldamine toimub üldjuhul APT-pakihalduri kaudu (Debiani-põhistes süsteemides). Raspberry Pi OS sisaldab eelinstallitud tööriistu nagu Thonny Python IDE, VLC, LibreOffice ja Geany.

Kuna Pi Zero on piiratud jõudlusega, eelistatakse sageli minimalistlikke aknakasutajaliideseid (nt LXDE või ilma graafilise keskkonnata versioone).

Kaugjuhtimisvõimalused ja võrguhaldus

Raspberry Pi Zero-t saab juhtida SSH, VNC või serial-ühenduse kaudu. Mudelil Zero W on sisseehitatud WiFi ja Bluetooth, võimaldades traadita kaugjuhtimist. Käsureapõhised tööriistad nagu scp, rsync, mosh ja tmux võimaldavad lihtsat failihaldust ja sessioonide juhtimist.

Raspberry Pi OS sisaldab ka raspi-config tööriista, mille abil saab seadistada süsteemisätteid (nt võrguühendused, lokaadi- ja kuupäevasätted, liideste lubamine).

Mudelid

Raspberry Pi Zero on aja jooksul saanud mitmeid versioonitäiendusi, mille eesmärk on pakkuda paremat ühenduvust ja kasutusmugavust, säilitades samal ajal selle väikese vormifaktori ja madala hinna. Siin on ülevaade peamistest mudelitest.

Raspberry Pi Zero

Originaalne Raspberry Pi Zero ilmus 26. novembril 2015. See mudel sisaldas:

• 1 GHz Broadcom BCM2835 protsessorit,
• 512 MB muutmälu,
• mini-HDMI, micro-USB ja GPIO liidest,
• puudusid traadita ühendused (WiFi või Bluetooth).

See oli esimene Raspberry Pi zero seade.

Raspberry Pi Zero W

Raspberry Pi Zero W ilmus 28. veebruaril 2017, täpselt 5 aastat pärast esimese Raspberry Pi mudeli väljatulekut. See versioon lisas oluliselt kasutusmugavust, kuna sisaldas:

• 802.11n WiFi-ühendust,
• Bluetooth 4.1 tuge,
• FCC-sertifikaadiga antenni.

Need lisafunktsioonid suurendasid seadme paindlikkust, eriti juhtmevabades projektides, samas mõõtmed ja kõik varasemad liidesed jäid samaks.

Zero W maksis ilmudes 10 USD$ – endiselt väga soodne, kuid nüüd palju sobilikum ka kaugjuhtimise ja pilvega seotud rakenduste jaoks.

Raspberry Pi Zero WH, avaldatud aastal 2018.

Raspberry Pi Zero WH

Raspberry Pi Zero WH (kus “H” tähistab "header", s.o eeljoodetud GPIO päisriba) tuli välja 2018. aastal. See mudel oli identne Zero W-ga, kuid tootja oli tehases juba jootnud 40-pinise GPIO-päise plaadile.

See võimaldas seadet otse ühendada erinevate laiendusplaatide ja sensoritega ilma jootmist vajamata, mis tuli kasuks hariduses ja prototüüpimisel.

Kasutusvaldkonnad ja projektid

Raspberry Pi Zero on laialdaselt kasutusel mitmesugustes praktilistes projektides ja süsteemides, kus hinnatakse väikest mõõtu, madalat energiatarvet ja soodsat hinda. Seade sobib nii hobikasutajatele, haridusse kui ka professionaalseteks manusrakendusteks. Allpool on toodud ülevaade tüüpilistest kasutusvaldkondadest ja tuntumatest projektinäidetest.

Haridus ja programmeerimisõpe

Üks Raspberry Pi Zero peamisi eesmärke on pakkuda odavat ja ligipääsetavat platvormi arvutiteaduse ja programmeerimise õppimiseks. Seda kasutatakse koolides ja programmeerimislaagrites:

• Scratch ja Python abil kodeerimise õppimiseks,
• Lihtsate elektroonikaprojektide loomiseks, kus kasutatakse GPIO liideseid,
• Õpetusesüsteemides, kus iga õpilane saab isikliku mikrosüsteemi tööks ja katsetamiseks.

Zero madal hind võimaldab koole varustada odavate seadmetega, mis ei nõua suuri investeeringuid infrastruktuuri.

Internetipõhised süsteemid (IoT)

Zero W ja WH mudelid, millel on WiFi ja Bluetooth, sobivad ideaalselt IoT-lahenduste loomiseks. Tavakasutused hõlmavad:

• Keskkonnaseire süsteemid, mis saadavad andmeid serverisse (nt temperatuur, niiskus, CO₂),
• Kaugseiravad kaamerad, mille pildid edastatakse automaatselt pilve,
• Bluetooth-seire, nt asukoha jälgimine,
• Energiatarbe jälgimine, kus Zero loeb andureid ja koostab logisid.

Zero madal energiatarve võimaldab seadmeid toita akude või päikesepaneelide abil, mis teeb selle sobilikuks ka välistingimustes kasutamiseks

Elektroonika ja DIY (do-it-yourself) projektid

Raspberry Pi Zero on väga populaarne tööriist isetegijate ja hobielektroonikute seas. Selle kompaktsus, madal energiatarve ja lai liidestusvõimalus muudavad selle sobilikuks paljudele loomingulistele projektidele. Tihti kasutatakse Zero’t automatiseeritud andurivõrkudes, näiteks temperatuuri, liikumise või õhukvaliteedi mõõtmiseks, kus seade loeb andmeid ja saadab need edasi serverisse või salvestab lokaalselt. Samuti leiab Zero kasutust kantavates seadmetes, nagu sammulugejad, nutikellad või GPS-jälgimisseadmed, kuna selle väike mõõt võimaldab integreerimist ka väga piiratud ruumiga seadmetesse. Kodustes tingimustes ehitatakse selle abil sageli nutikaid juhtsüsteeme, näiteks automaatseid valgustus- või küttesüsteeme, kus seade kontrollib lüliteid või jälgib tingimusi. Kuna Zero’le on lisatud jootmispunktid, võimaldab see ka täiesti eritellimusel loodud lahenduste ehitamist.

Piirangud

Kuigi Raspberry Pi Zero on hinnatud oma odavuse ja väikese suuruse tõttu, on sellel mitmeid piiranguid, mis võivad piirata kasutusvõimalusi teatud rakendustes.

Peamiseks kitsaskohaks on madal jõudlus – Zero kasutab vanemat Broadcom BCM2835 protsessorit, mis ei sobi hästi mitmetuumalist või ressurssimahukat töötlemist vajavate rakenduste jaoks. Graafilised liidsesed ja keerukamad programmid võivad sellel joosta aeglaselt ja ebaefektiivselt.

Ühenduvuse poolelt on piiravaks teguriks USB-portide vähesus – originaal-Zero’l on ainult üks micro-USB andmesideport, mistõttu tuleb sageli kasutada USB-jaoturit. Lisaks puudub algmudelil sisseehitatud WiFi ja Bluetooth, mis teeb traadita ühenduse loomiseks vajalikuks lisaseadmed. Samuti ei ole seadmel 3,5 mm heliväljundit ega standardmõõdus HDMI-porti.

Algajatele võib probleemiks olla ka see, et GPIO päis ei ole eeljoodetud, mis tähendab, et paljude projektide puhul tuleb jootetööd teha ise. Eeljoodetud versioon (Zero WH) lahendab selle, kuid pole kõikjal alati saadaval.

Lisaks on kriitikat saanud ebastabiilne saadavus – madal hind ja suur nõudlus on viinud olukorrani, kus Raspberry Pi Zero’t on mõnikord keeruline osta soovitusliku hinnaga.

Kokkuvõttes sobib Raspberry Pi Zero hästi lihtsateks, madala energiatarbega ülesanneteks, kuid ei ole ideaalne valik keerukamate süsteemide või algajate jaoks, kes vajavad kohe "valmis kasutamiseks" lahendust.

Võrdlus teiste Raspberry Pi mudelitega

Raspberry Pi Zero kuulub samasse perekonda nagu teised Raspberry Pi arvutid, kuid erineb neist nii suuruse, hinna kui ka võimekuse poolest. Zero eesmärk ei ole pakkuda maksimaalset jõudlust, vaid pakkuda võimalikult lihtsat, odavat ja energiatõhusat lahendust.

Raspberry Pi 3 ja 4 on mitmetuumalised ja märksa võimsamad platvormid, millel on rohkem RAM-i (kuni 8 GB), sisseehitatud Ethernet, USB-A pordid, mitu HDMI-väljundit ja täisfunktsionaalne graafiline kasutajaliides. Need sobivad hästi suuremateks meediakeskusteks või serveriteks, samas Zero sobib pigem üheotstarbelisteks lahendusteks või ruumi ja energia poolest piiratud projektidesse.

Raspberry Pi Pico, mis ilmus 2021. aastal, esindab teist suunda – see ei ole Linuxi-arvuti, vaid mikrokontrolleripõhine plaat, millel puudub operatsioonisüsteem. Pico sobib rohkem elektroonikakomponentide juhtimiseks ja reaalaja rakendusteks. Võrreldes Pico’ga pakub Raspberry Pi Zero rohkem universaalsust, kuna toetab täisfunktsionaalset Linuxi-keskkonda ja failisüsteemi .

Hinna ja mõõtmete poolest on Zero siiski ainulaadne. Selle 5–15 USD$ dollari vaheline hind teeb sellest kõige taskukohasema Raspberry Pi, samas kui suuremad mudelid maksavad oluliselt rohkem. Zero eeliseks on ka tema väike suurus, mis võimaldab seda kasutada kitsastes korpustes, kantavates seadmetes või paigaldustes.

Kokkuvõttes sobib Raspberry Pi Zero kõige paremini kasutajatele, kes vajavad väikest ja odavat platvormi lihtsate projektide jaoks, ning neile, kellel on juba olemas kogemus Raspberry Pi seadmete seadistamise ja haldamisega. Kui eesmärk on aga suurem jõudlus või mitme seadme haldus, võib sobivam olla Raspberry Pi 3, 4 või 5

Vaata ka

• Raspberry Pi
• GPIO
• IoT
• Mikrokontroller
• Python