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RPi ha hecho un gran bien en el mundo, especialmente para aspirantes a jóvenes ingenieros, pero aquí está el desglose de por qué probablemente no sea lo que necesita para un proyecto profesional.

En una encuesta reciente de AAC, aproximadamente el 20% de los encuestados afirmaron usar tableros de "fabricantes" en productos finales. En una pregunta del lector, algunos miembros de la comunidad informaron que utilizaron tableros de fabricantes, incluida la Raspberry Pi, en varios entornos, incluidos algunos ejemplos de desarrollo profesional.

Si bien los tableros de fabricantes son herramientas importantes en muchas situaciones, incluida la educación STEM y la creación de prototipos de productos, en este artículo, resaltaré algunas de las deficiencias de los tableros de fabricantes en relación con los requisitos generales de un producto comercial o industrial, utilizando la Raspberry Pi como un ejemplo.

Mi objetivo aquí no es desalentarte a usar Raspberry Pi o emitir un juicio sobre él. Sin lugar a dudas, Raspberry Pi es una gran iniciativa y un gran tablero informático integrado para la educación y algunos prototipos. Más bien, mi objetivo es informar a los ingenieros acerca de algunos de los conceptos que pueden afectar el desarrollo de su producto comercial, especialmente si usan Raspberry Pi como una placa de computación integrada.

¿Por qué algunos ingenieros eligen RPi?

Primero intentemos entender por qué muchos ingenieros pueden querer usar Raspberry Pi para el desarrollo de sus productos.

Hay varios beneficios para la Raspberry Pi:

• Bajo costo (~ 35 $)
• Gran potencia de procesamiento en una placa compacta.
• Muchas interfaces (HDMI, múltiples USB, Ethernet, Wi-Fi y Bluetooth integrados, muchos GPIO, USB, etc.)
• Compatible con Linux, Python (lo que facilita la creación de aplicaciones)
• Ejemplos fácilmente disponibles con apoyo de la comunidad
• El desarrollo de una placa integrada de este tipo costará mucho dinero y esfuerzo

Cuando estás construyendo un pasatiempo o un proyecto personal, todos los puntos mencionados anteriormente son buenos. Pero, si está construyendo un producto industrial o comercial, tiene que pensar en muchos otros parámetros críticos antes de elegir cualquier placa integrada lista para usar.

Entonces, ¿cuáles son los diferentes parámetros que se deben considerar antes de seleccionar una placa de desarrollo integrada para el desarrollo de su producto?

1. ¿Cuánto necesita disponibilidad a largo plazo?

La disponibilidad del hardware que seleccione para su diseño es el parámetro más crítico a considerar al construir un producto. En promedio, si está construyendo un producto comercial, tomará entre 18 y 24 meses antes de que pueda comenzar a venderlo en el mercado.

Después de este punto, querrá vender el producto durante algunos años, digamos de tres a cuatro años, antes de comenzar a migrar a otra placa. Por lo tanto, si está considerando usar una placa de desarrollo incorporada y lista para usar en su producto, considero que el mínimo disponible de esa placa es de siete años o más.

Ahora hagamos una revisión rápida, según el sitio web de Raspberry Pi, sobre la disponibilidad comprometida de los tableros:

• Raspberry Pi 3 Modelo B + disponibilidad, enero de 2023 (~ 3.5 años restantes desde julio de 2019)
• Disponibilidad de Raspberry Pi 3 Modelo A +, enero de 2023 (quedan 3.5 años)
• Disponibilidad de Raspberry Pi Zero, enero de 2022 (quedan 2,5 años)

Tenga en cuenta que los compromisos de disponibilidad mencionados anteriormente no garantizan el acceso a un número específico de tableros cuando los necesita. Entonces, la pregunta para usted, el diseñador, es: ¿desea elegir una tabla que esté disponible para los próximos tres o cuatro años? Además de eso, ¿has pensado en cómo conseguirás las cantidades que necesitas cuando las necesites?

Independientemente de lo que esté buscando, una recomendación es visitar sitios como Digi-Key, Mouser y otros para verificar la disponibilidad de sus componentes. Debe poder comunicarse con un representante que puede discutir si puede almacenar las cantidades que necesita.

2. ¿Puede manejar la ejecución de su sistema operativo (SO) en una tarjeta SD?

Raspberry Pi Board ejecuta Linux en una tarjeta SD. Esto puede significar que las aplicaciones robustas plantearán un problema, ya que esta conexión de la tarjeta SD puede tener problemas con las vibraciones en el campo. No hay ninguna disposición que asegure que las conexiones estén intactas durante la operación. Podría terminar usando soluciones no confiables (cintas de doble cara, pegamento, etc.).

Otro problema con esta situación de la tarjeta SD es que puede dañarse si se escribe con mucha frecuencia o si la placa no se apaga correctamente mientras la operación de escritura de archivos aún estaba en curso. Para resolver esto, puede terminar proporcionando una batería externa o una fuente de alimentación basada en supercapacitadores para proporcionar una señal de interrupción de la alimentación de red para que su software pueda manejar el apagado correcto antes de que la placa se apague.

3. ¿Qué tan importantes son las conexiones USB para usted?

Las tarjetas RPi carecen de conectores de cabecera USB, lo que hace que sea imposible conectar sensores, módems, etc. a través de una conexión USB. Esto obliga a los desarrolladores a conectar esos periféricos mediante un cable USB (no es la forma recomendada, especialmente para aplicaciones industriales).

A continuación, el aspecto más importante es la disponibilidad del conjunto de características requerido. Hay varias características que no están disponibles en la placa Raspberry Pi que podrían ser esenciales al diseñar un producto comercial.

4. ¿Necesita un reloj en tiempo real con batería de respaldo?

En la mayoría de los casos, si desea realizar un seguimiento de los eventos en tiempo real, necesita un reloj en tiempo real. Esto no es algo que viene con las tablas Pi. Si desea agregar un circuito RTC externo, puede hacerlo, pero eso agregará costo, esfuerzo y espacio.

5. ¿Necesita alguna de estas características / interfaces?

Aquí hay algunas cosas que puede determinar que necesita, pero la familia Pi no podría proporcionar.

• Interfaz LCD: Todas las señales RGB de visualización vienen en el encabezado de 40 pines. Si se necesita usar una pantalla TFT, habrá muy pocos o ningún GPIO estará disponible.
• ADC a bordo: Si su producto necesita un ADC (resolución 8/10 / 12bit), deberá agregar un chip ADC externo a través de I²C / SPI.
• EEPROM / FRAM / SPI Flash: Para las aplicaciones de registro de datos, es muy importante tener EEPROM o FRAM o Flash integrados para el almacenamiento de datos. En la actualidad, no hay provisión para eso.
• UARTs limitados: Solo un UART está disponible en el encabezado y eso no permite ocho señales. Por lo general, se requieren dos o tres UART para la mayoría de los requisitos.
• Un número limitado de E / S: Hay 28 GPIO disponibles en el encabezado, pero no son suficientes para muchas aplicaciones comerciales.

Debido a los puntos anteriores, es posible que se requiera una tabla separada para llenar el espacio.

6. ¿Requerirá una fuente de alimentación externa?

En un producto comercial, debe proporcionar una fuente de alimentación de CA-CC adicional (si el producto recibe alimentación de CA directamente) o una fuente de alimentación de CC / CC (si el producto recibe alimentación de un adaptador externo (6V / 12 / 24V) o una batería) para alimentar la placa.

El conector de la fuente de alimentación de la placa también debe ser confiable durante el funcionamiento. No se recomienda una fuente de alimentación basada en un micro conector USB para un producto comercial. Además, para evitar que la Raspberry Pi falle, también debe tener protección para la tensión inversa, la sobretensión y la sobrecarga.

7. ¿Cómo abordará la gestión térmica?

El microprocesador en la Raspberry Pi genera calor que debe administrarse, de lo contrario, podría afectar la confiabilidad de la placa. A partir de ahora, solo se puede utilizar un pequeño disipador de calor con pegamento. No hay orificios de montaje cerca del procesador para que el disipador de calor pueda sujetarse correctamente.

Imagen térmica de un circuito de ejemplo de ADI.

En última instancia, si está utilizando las capacidades de cálculo de la Raspberry Pi al 70-90%, es posible que necesite un disipador térmico adecuado y terminará utilizando los orificios de montaje de la placa y un disipador térmico más grande, que tal vez no esté fácilmente disponible. Puede ser necesario personalizar el disipador de calor y fabricarlo. Este es un costo y esfuerzo extra.

Como nota, el RPi 4 recientemente anunciado estaba experimentando algunos problemas de sobrecalentamiento que, según se informa, una actualización de firmware debería abordar.

8. ¿Qué tan importante es el tamaño de su factor de forma?

Como con cualquier diseño de dispositivo, el espacio es un punto difícil. Basar un diseño alrededor de una placa como un Pi se traducirá en restricciones en el factor de forma de su diseño final.

• ¿Cómo diseñar un producto con una forma redonda, se requerirá un poco de compromiso?
• El tamaño más pequeño que el tablero Raspberry Pi no es posible, ¿verdad?
• HDMI está disponible en un lado y conectores USB y Ethernet en otro lado. En una aplicación, donde el usuario necesita el acceso a un puerto HDMI, debe usar un cable para acercarlo a los conectores USB / Ethernet y montarlo con un gabinete personalizado. La conexión del cable HDMI no es confiable para la operación de campo.
• USB adicional (Modelo B +): en una aplicación, si solo se necesitan exponer dos USB al usuario, uno necesita usar un gabinete personalizado para ocultar los otros dos puertos USB.

9. ¿Cuánto apoyo de desarrollo necesita?

Los tableros de Raspberry Pi son extraordinariamente compatibles a través de foros y comunidades en línea. Sin embargo, debido a que las fortalezas de RPi se encuentran en el apoyo de la comunidad, no se especializan en el apoyo de desarrollo profesional. ¿Podría lanzar el producto en plazos ajustados utilizando el soporte de la comunidad o necesitaría un soporte dedicado?

Antes de decidir, debe crear una lista de verificación de todos los componentes de software que va a usar y verificar el nivel de soporte disponible. La mayoría de las veces, se recomienda probar el rendimiento para asegurarse de que obtendrá lo que espera de su producto final.

10. ¿Cuáles son sus necesidades de escalabilidad?

Debido a que, hasta la fecha, los tableros Raspberry Pi no están diseñados teniendo en cuenta los productos comerciales, no tienen tableros compatibles que puedan usarse como reemplazo y / u ofrecer un rendimiento diferente para que el desarrollador pueda elegir según los requisitos de cálculo.

¿Qué haría si terminara el desarrollo y luego se diera cuenta de que había demanda de diferentes especificaciones? Especialmente cuando se trata de pasar de la etapa de creación de prototipos a una parte más escalable del proceso de desarrollo del producto, es importante considerar el diseño para volver a trabajar.

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Todos los puntos anteriores son subjetivos a los requisitos del producto comercial. En algunos casos, lo que ofrece Raspberry Pi es más que suficiente para la aplicación. En esos casos, es posible que desee utilizarlo para el desarrollo de su producto. Pero, espero que esta lista de puntos mencionados anteriormente pueda actuar como una lista de verificación para que los ingenieros la consideren antes de tomar decisiones sobre el uso de Raspberry Pi en su producto.

Mi consejo para los ingenieros que buscan tableros informáticos integrados fácilmente disponibles es utilizar tableros profesionales. Muchas compañías (como Kontron, Congatec, Compulab, etc.) ofrecen tableros con disponibilidad garantizada por más de siete años. Muchos otros fabricantes de placas también tendrán calidad de grado industrial y la opción de escalabilidad.

Sin embargo, incluso si elige trabajar con tableros diseñados para aplicaciones comerciales, esperamos que este artículo le dé algunas cosas en que pensar cuando diseñe productos industriales.