Raspberry Pi: Eine Einführung

Raspberry Pi: Eine Einführung

Einleitung

Der Raspberry Pi ist der weltweit meistverkaufte Einplatinencomputer. „Computer“ ist hierbei wörtlich zu nehmen, denn der Raspberry Pi verfügt über alle Komponenten, die auch ein herkömmlicher PC verfügt: Prozessor, Arbeitsspeicher, WLAN-Modul und Bluetooth sowie diverse Schnittstellen wie microSDHC-Slot, LAN, USB, 3,5mm-Klinke, HDMI, Stromanschluss (Micro-USB/USB-C), Display DSI und eine 40-Pin GPIO-Leiste. Die Datenspeicherung wird hierbei mit einer microSD-Karte realisiert. Die Kombination einer vollwertigen Computerhardware mit vielen Schnittstellen und insbesondere der GPIO-Leiste, machen den Raspberry Pi zum Herzstück vieler Bastelprojekte. Eine hohe Verbreitung des Einplatinencomputers sorgt außerdem für eine aktive Community und viele Tutorials im Internet. Die schematische Abbildung zeigt den Raspberry Pi beispielhaft an Revision 3 Model B mit der verbauten Hardware und den Anschlüssen.

Schematische Zeichnung eines Raspberry Pi 3 Model B mit allen Anschlüssen © Efa / English Wikipedia / CC BY-SA 3.0

Das richtige Modell wählen

Da es verschiedene Modelle mit unterschiedlicher Ausstattung gibt, muss man sich vor dem Kauf der Komponenten damit auseinandersetzen, welchen Raspberry Pi der geeignetste für die Anforderungen ist. Ich beschränke mich hier auf die Gegenüberstellung des älteren Pi 3 Model B und B+ mit dem neuen Pi 4 Model B und des Pi Zero W(H). In der folgenden Tabelle siehst du die wichtigsten Unterschiede der Hardware zwischen den Modellen.

FunktionPi 3 Model BPi 3 Model B+Pi 4 Model BPi Zero W
CPU-Takt4x 1,2 GHz4x 1,4 Ghz4x 1,5 GHz1x 1,0 GHz
RAM-TypDDR2DDR2DDR4DDR2
RAM-Größe1 GB1 GB1/2/4/8 GB512 MB
LAN100 MBit100 MBit1 GBitnein
WLANb/g/nb/g/n/acb/g/n/acb/g/n
USB 2.04x4x2x1x microUSB
USB 3.0neinnein2xnein
HDMI1x HDMI1x HDMI2x miniHDMI1x miniHDMI
Bluetooth4.14.25.04.0
GPIO40 Pin40 Pin40 Pin40 Pin
max. Leistungsaufnahme4,4 W7,0 W7,6 W0,7 W

Ausgangspunkt ist die benötigte Leistung für ein Projekt. Grundsätzlich gilt: Wird der Raspberry Pi moderat bis hoch beansprucht oder soll er über Kabel und nicht über WLAN ins Heimnetz eingebunden werden, ist der Raspberry Pi 3 oder 4 die richtige Wahl. Ist hingegen keine hohe Prozessorleistung nötig, werden keine USB-Anschlüsse benötigt und ist eine WLAN-Anbindung ausreichend, ist der Pi Zero W die richtige Wahl. Der Vorteil liegt bei einer wesentlich geringeren Leistungsaufnahme sowie Baugröße der Platine. Insbesondere bei Anwendungen, die dauerhaft rund ums Jahr laufen, ist ein geringerer Stromverbrauch von Vorteil.
Bei Neuanschaffungen ist bei der Wahl zwischen dem Pi 3 und 4 immer der Pi 4 zu bevorzugen. Der Grund hierfür ist der gleich hohe Preis (für das 1 GB-Modell) bei deutlich verbesserter Leistung und etwa gleichem Strombedarf. Bei bereits vorhandenen Pi 3 Modellen hingegen, muss häufig nicht auf den Pi 4 gewechselt werden. Die genauen Unterschiede erspare ich mir in diesem Beitrag und können bei Interesse im verlinkten Artikel nachgelesen werden [Link].

Modellempfehlungen

Für die hier beschriebenen Tutorials verwende bzw. empfehle ich die folgenden Modelle.

Pi Zero W: PiHole

Der PiHole erfordert keine große Prozessorleistung und dient nur der Weiterleitung von Anfragen. Seit Pihole V5 ist der Bedarf an Arbeitsspeicher stark reduziert worden. Bei einem Pi Zero belegt der PiHole lediglich etwa 15%. Der große Vorteil ist der sehr geringe Stromverbrauch, da du berücksichtigen musst, dass der PiHole rund um die Uhr läuft. Die Anbindung über WLAN funktioniert, kann jedoch auch zu Delays führen. Dadurch wirkt die Internetverbindung häufig träge. Der Pi Zero W ist deshalb nur bedingt als Einsatz für einen PiHole zu empfehlen.

Pi 4 Model B: Nextcloud, Multimedia Center

Nextcloud benötigt recht viel Leistung. Ich selbst habe es bisher nur auf einem Pi 3 Model B aufgesetzt. Dies ist auch durchaus brauchbar solange man die Cloud nur für sich selbst nutzt. Mit mehreren Nutzern steigt auch der Leistungsbedarf. Außerdem bietet Nextcloud die Installation von Apps, um die Funktionen zu erweitern. So ist Nextcloud nicht nur ein Datenspeicher, sondern z. B. auch Passwortsafe, Newsfeed-Server, Mail-Client, Chatserver oder Server für kollaborierendes Arbeiten. Mit steigenden Funktionen, steigt auch die benötigte Leistung. Aus diesem Grund ist der Pi 4 hier besser geeignet.
Ebenso eignet sich dieses Modell am Besten für das Abspielen von Multimediadateien, da er bis zu 4k@60fps abspielen und streamen kann. Eine so hohe Datenlast kann der Pi 3 nicht oder nur mit Einschränkungen verarbeiten und bereitstellen. Des Weiteren unterstützt der neue Pi 4 den modernen h265-Codec, der hochauflösende Videoinhalte besser komprimiert.

Pi 3 Model B/B+: PiHole, Datenlogger

Für Datenlogger mit verschiedenen Sensoren wie eine Wetterstation wird nicht viel Leistung benötigt. Je nach benötigter Schnittstelle ist hier auch der Pi Zero W ausreichend. Hier kommt es sicher auch auf den Stromverbrauch an. Für einen Pihole ist diese Variante gut geeignet, da der Pi über einen Ethernetanschluss verfügt und damit keine WLAN-Verzögerungen bei DNS-Antworten entstehen. Ich empfehle für PiHole daher die kabelgebundene Variante.

Einkaufsliste

Übersicht

Außer dem Raspberry Pi selber benötigst du für die Einrichtung und Verwendung zusätzlich Zubehör, das sich je nach Modell etwas unterscheidet. Hier gebe ich eine Übersicht zu dem notwendigen Zubehör.

ZubehörPi 3 Model B/B+Pi 4 Model BPi Zero W
Netzteil SteckermicroUSBUSB-C microUSB
Netzteil2,5 A / 5,0 V3,0 A / 5,0 V(1,0 A / 5,0 V)
HDMI Kabeljajaja
AdapterneinminiHDMI
auf Full HDMI
miniHDMI
auf Full HDMI
microSD Kartemin. 8 GBmin. 8 GBmin. 8 GB
Gehäusejajaja

Netzteil

Du wirst schnell in die Verlegenheit kommen ein altes Handyladegerät als Netzteil zu verwenden, was ich aber nicht empfehlen kann. Der Grund ist, dass der Raspberry Pi ein Computer ist, der eine stabile Spannungsversorgung benötigt., da die Platine gegenüber Spannungsschwankungen sehr empfindlich ist. Ein Handynetzteil bietet das nicht unbedingt, da Smartphones eine Ladeautomatik besitzen und die Spannung im Gerät regeln können. Daher sind die Ladegeräte häufig qualitativ minderwertig. Ich empfehle an dieser Stelle das offizielle Raspberry Pi Netzteil zu verwenden. Aber auch Drittanbieter Netzteile sind durchaus geeignet. Der Pi Zero kann außerdem auch über einen USB-Anschluss mit Strom versorgt werden (Z. B. vom Computer oder dem Router) und benötigt daher nicht zwingend ein externes Netzteil. Bei den Modellen Pi 3 und 4 ist dies prinzipiell auch möglich, kann aber unter Last zu Abstürzen führen, da die Leistungsaufnahme der Platinen unter Last für USB zu hoch sein kann.

Hinweis
USB-Anschlüsse sind genormt und liefern eine konstante Spannung von 5V. USB 2.0 kann eine maximale Stromstärke von 0,5 A, USB 3.0 und 3.1 eine Stromstärke von 0,9 A liefern.

SDHC-Karte

Die microSD-Karte muss wenigstens 8 GB betragen. Der Pi unterstützt dabei eine maximale Größe von 64 GB. Es ist keine teure Karte mit sehr hohen Transferraten notwendig wie bei Kameras oder Smartphones, da der Raspberry Pi davon nicht profitieren kann. Daher genügt eine günstige microSD-Karte

Gehäuse

Ein Gehäuse ist nicht unbedingt notwendig, zum Schutz der Elektronik aber empfehlenswert. Du kannst natürlich ein Gehäuse mit einem CAD-Programm auch selber gestalten und mit einem 3D-Drucker ausdrucken. Die Gehäuse der verschiedenen Modelle sind untereinander nicht kompatibel.

Weiteres

Hier nicht genannt, aber für die erste Einrichtung notwendig sind außerdem folgende Komponenten: HMDI fähiger Monitor, USB-Tastatur, SDHC-Kartenlesegerät.

Nach der Einrichtung, kann der Pi dann über das Heimnetzwerk via SSH ferngesteuert werden.

Hat man sich für ein Modell entschieden und die benötigten Komponenten gekauft, muss zunächst ein Betriebssystem installiert und eingerichtet werden. Für die Einrichtung sind ein paar kostenlose Softwaretools notwendig, die ich im Folgenden kurz vorstelle. Anschließend können weitere Anwendungen installiert und der Pi eingerichtet werden.

Benötigte Software

Für Projekte mit dem Raspberry Pi sind ein paar Programme notwendig, die dir die Arbeit leichter machen. Ich nenne hier Beispielprogramme. Tatsächlich gibt es zu jeder Anwendung eine Vielzahl kostenloser Tools. Mit welchem du am besten zurecht kommst, musst du selbst herausfinden. Darüber hinaus stelle ich nur Windows-Programme vor. Für Mac und Linux gibt es aber ebenso kostenlose Alternativen.

SSH-Programm: PuTTY

Ein SSH-Programm ist nützlich, wenn du den Raspberry Pi ohne Monitor und Tastatur verwenden möchtest. Damit benötigt er lediglich eine Stromversorgung. Der Zugriff erfolgt über die Netzwerkverbindung via SSH. Beachte, dass du beim Zugriff via SSH nur die Konsole bedienen kannst. Wenn du ein vollwertiges Linux mit Desktopoberfläche verwendest und diese bedienen möchtest, bietet sich Teamviewer für den externen Zugriff besser an.
Ein kostenloses und sehr einfach gehaltenes SSH-Tool ist PuTTY. Für die Verbindung zu einem Raspberry Pi musst du den Host Name oder alternativ die IP-Adresse des PIs angeben. Als Hostname kannst du in der Regel raspberrypi verwenden. Der Zugriffsport ist standardmäßig 22. Diesen kannst du jedoch auch in Raspbian ändern.

Alternativ kannst du unter Mac, Windows 10 oder Linux auch über die Konsole direkt auf den Pi zugreifen. Verwende dazu folgenden Befehl. Anschließend kommt die Aufforderung das Passwort einzugeben.

ssh pi@raspberrypi -p 22
  • pi: Benutzer, mit dem du dich anmelden möchtest
  • raspberrypi: hostname des Pi. Alternativ kann hier auch die IP-Adresse verwendet werden
  • -p: Schalter gefolgt vom verwendeten SSH-Port. Diesen musst du nur angeben, wenn du den Standardport 22 geändert hast.

FTP-Programm: Filezilla

Filezilla ist ein einfaches FTP-Programm. Damit kannst du auf die Dateiebene des Raspberry Pi zugreifen und Dateien von und auf den Pi kopieren. Bei einem neuen Raspberry Pi, kannst du dich mit den folgenden Angaben verbinden.

  • Server: sftp://raspberrypi (Alternativ kannst du die IP verwenden)
  • Benutzer: pi
  • Passwort: raspberry
  • Port: 22

Imagewriter: Win32DiskImager, Raspberry Pi Imager

Damit du ein Betriebssystem auf eine SD-Karte schreiben kannst, benötigst du einen Imagewriter. Damit kannst du ebenfalls Backups fertiger Raspberry Pi Konfigurationen machen, indem du ein konfiguriertes System als Image auf deinem Computer speicherst. Hier gibt es eine Vielzahl kostenloser Programme. Von Raspberry Pi gibt es den Raspberry Pi Imager. Dieser hat den Vorteil, dass du das Betriebssystem Raspbian in mehreren Versionen direkt in der Software herunterladen und auf eine SD-Karte schreiben kannst. Damit musst du sie nicht manuell im Internet suchen und erhälst immer die aktuellste Version von Raspbian.

Raspberry Pi Tutorials

Raspberry Pi: Eine Einführung

Eine Einführung zur Verwendung eines Raspberry Pi. Ich vergleiche die gängigsten PIs und stelle sowohl die nötige Einkaufsliste als auch nützliche Softwareprogramme vor.
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Raspberry Pi mit NTP

In diesem Tutorial erkläre ich wie die Systemzeit von Raspbian/Debian mit einem lokalen Zeitserver im Heimnetz wie der FritzBox synchronisiert wird.
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PiHole Teil 3: Unbound

In diesem Beitrag zeige ich wie du Unbound in Verbindung mit PiHole verwenden kannst, um deine DNS-Anfragen selbst zu beantworten. Dadurch kannst du auf DNS-Server …
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Über Mich

Mein Name ist Philipp und ich beschäftige mich gerne mit Homeprojekten im Hardware- und Softwarebereich. Ich stelle dabei immer wieder fest, dass es im Internet viele unvollständige  Tutorials gibt. Daher bin ich dazu übergegangen, meine Projekte in eigenen Anleitungen festzuhalten. Diese werde ich hier möglichst verständlich und mit dem nötigen Hintergrundwissen aufbereiten. Vielleicht kann ich dabei den entscheidenden Hinweis liefern, der in vielen anderen Tutorials fehlt.

Mein Ziel ist es, dass jeder mit den Tutorials zurecht kommt und alle notwendigen Informationen erhält, um es nachmachen zu können.

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