28.11.2023
6 Minuten
Open Source Hardware – Trends und Entwicklungen
Der Bereich der Open Source Hardware hat sich in den letzten Jahren enorm entwickelt. Diese kleinen Plattformen punkten vor allem bei der Flexibilität und der Energieeffizienz. Mit solchen Mini-Systemen setzen Sie Projekte im Bereich IoT und Edge-Computing um. Ebenfalls handelt es sich um sehr preiswerte Entwicklungsplattformen und Open Source erleichtert die Anwendungsentwicklung.
Die Evolution der Open Source Hardware
Open Source Hardware (OSH) hat Anfang der 2010er Jahre Fahrt aufgenommen. Der technische Fortschritt erlaubte eine Miniaturisierung. So entstanden verschiedene Einplatinencomputer, die gleichzeitig einen hohen Funktionsumfang aufwiesen. Eine zentrale Eigenschaft dieser Systeme ist die Kompaktheit. So sind die Plattformen teilweise nur so gross wie eine Kreditkarte oder sogar noch kleiner.
Gleichzeitig bietet Ihnen Open Source Hardware grundsätzlich Funktionen wie ein regulärer PC. Die Plattformen sind mit den bekannten Standards wie USB, HDMI oder SD-Karten kompatibel. Entsprechende Schnittstellen bringen die Einplatinencomputer ebenfalls mit. Bei der Leistungsfähigkeit liegen die Mini-Systeme natürlich auf einem niedrigeren Niveau. Dafür sind die Plattformen sehr energieeffizient.
Über die Weiterentwicklung in Verbindung mit dem technischen Fortschritt hat sich auch die OSH verändert. Vor allem haben die Anbieter den Funktionsumfang erweitert. So sind neue Plattformen deutlich leistungsstärker und für mehr Einsatzbereiche ausgelegt. Ausserdem reicht das Spektrum von spezialisierten Entwicklungsplattformen bis hin zu Systemen, die ähnliche Funktionen wie ein PC bieten.
Beispiele für Open Source Harware – so sehen die Plattformen im Detail aus
Es gibt eine Reihe von dedizierten Herstellern, die sich auf den Bereich der Open Source Hardware spezialisieren. Besonders bekannt sind Raspberry Pi und Arduino. Von Arduino ist das Modell Nano 33 BLE Sense ein Beispiel für eine kompakte und flexible Entwicklungsumgebung. Die besonders kleine Platine ist direkt mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet. Damit geht die Funktionalität deutlich über die von klassischen Computern hinaus. Out of the box kann dieses System von Arduino Luftdruck, Temperatur oder Luftfeuchtigkeit in der Umgebung messen.
Auch das Modell Pico W von Raspberry Pi zählt zu den besonders kompakten Varianten unter den Einplatinencomputern. Dabei hat Raspberry Pi diese Plattform für die Kombination mit Entwicklungsboards konzipiert. Auf diese stecken Sie die Einplatinencomputer auf und bauen ein System mit allen zusätzlich benötigten Funktionen. Deshalb bringt Raspberry Pi Pico W zahlreiche Schnittstellen mit, darunter I2C, SPI und eine Reihe von programmierbaren I/O Interfaces.
In die Kategorie der leistungsfähigen Einplatinencomputer gehört der Banana Pi BPI-M4 Pro. Die Plattform bietet einen 64-Bit-Prozessor mit acht Kernen und bis zu zwei GB Arbeitsspeicher. Wi-Fi und Bluetooth sind direkt auf dem Board integriert. Ausserdem stehen Ihnen HDMI, USB und Ethernet-Netzwerk als Schnittstellen zur Verfügung. Selbst permanenter Speicher in Form von acht GB schnellem eMMC Flash bringt der Banana Pi BPI-M4 Pro mit. Dies ist ein Beispiel für eine sehr leistungsfähige Plattform, die Ihnen vergleichbare Funktionen wie einen klassischen PC bereitstellt.
Individuelle Systeme auf Basis von Open Source Hardware
Eine besondere Eigenschaft dieser Hardware ist die hohe Flexibilität, was den Aufbau von individuellen Systemen betrifft. Die Einplatinencomputer setzen Sie nach einem Baukastenprinzip zusammen. Im Mittelpunkt steht in der Regel ein SoC, ein System-on-a-Chip.
Die Platine selbst kommt faktisch immer ohne Gehäuse. Das erlaubt Ihnen eine individuelle Gestaltung und Ausbau der Plattform. Sie finden bei Conrad die passenden Gehäuse für Raspberry Pi, Arduino und andere Systeme. Ausserdem stehen Ihnen zahlreiche Erweiterungs-Platinen zur Auswahl. Mit diesen fügen Sie den Mini-Systemen die erwünschten Funktionen hinzu.
Zu diesen Erweiterungs-Platinen gehören zum Beispiel Funk- und Übertragungsmodule. Diese geben Ihrem System exakt die Kommunikationsschnittstellen, die Sie benötigen. Gerade im Bereich Edge-Computing und bei Einplatinencomputern spielt die kabellose Kommunikation eine zentrale Rolle. So unterstützen die Systeme unter anderem Wi-Fi und Bluetooth. Viele Platinen sind auch mit Gigabit-Ethernet ausgerüstet oder Sie erhalten Erweiterungs-Platinen mit entsprechenden Anschlüssen.
Zudem finden Sie bei Conrad auch ein grosses Sortiment an Bausätzen für die Messtechnik, die mit den Einplatinencomputern kompatibel sind. Dazu zählen Sensoren oder Kameramodule. Mit diesen Bausätzen erstellen Sie Lösungen, die Funktionen abseits von regulären Computersystemen haben. Dabei bleiben die Plattformen aufgrund der kleinen Komponenten weiterhin extrem kompakt. Diesen Vorteil können Sie sich zunutze machen, wenn Sie Systeme aufbauen, die Sie mithilfe der Einplatinencomputern steuern.
Ein immer interessanterer Bereich sind Roboter. IoT, Künstliche Intelligenz und Roboter kommen hier häufig kombiniert zum Einsatz. So können Sie mit den Einplatinencomputern die Steuerungs- und Kommunikationseinheit für einen Roboter erstellen. Alle weiteren Funktionen binden Sie über Schnittstellen ein. Auf dem Weg ist sogar eine vollständige Fernsteuerung möglich. Auch ein autarker Betrieb mithilfe der KI sowie maschinellem Lernen ist mit passender Software denkbar.
Erweiterung von Open Source Hardware: Kabel, Converter und Adapter
Ein zentrales Merkmal der Plattformen ist, dass sie sehr offen aufgebaut sind. Die Technik ist also dafür konzipiert, dass Sie individuelle Anpassungen vornehmen. Dafür ist es immer wieder notwendig, mit Adaptern und Convertern zu arbeiten. Inzwischen gibt es ein breites Angebot an diesem Zubehör. Converter, Adapter und weiteres Zubehör für die verschiedenen OSH-Plattformen finden Sie natürlich bei Conrad.
Mit dem passenden Converter stellen Sie zum Beispiel die Stromversorgung der Systeme sicher. OSH lässt sich so mit 5, 7,5 oder 12 Volt Spannungsquellen betreiben. Mit dem richtigen Converter sorgen Sie dafür, dass Sie die Plattform mit einer vorhandenen Stromversorgung verbinden.
Ausserdem finden Sie Adapter für die Schnittstellen der Plattformen. Die Anzahl der Schnittstellen auf den Boards ist aus Platzmangel oft begrenzt oder es stehen Mini-Varianten bereit. Ein Adapter von Micro HDMI Typ D auf Standard HDMI A erlaubt es, einen normalen Monitor anzuschliessen. Ähnliche Adapter finden Sie für USB, GPIO, RS232 und andere Schnittstellen.
Projekte auf Basis von Open Source Hardware
Open Source Plattformen bringen für bestimmte Einsatzbereiche hervorragende Eigenschaften mit. Das gilt vor allem für die Entwicklung eigener Lösungen im Bereich Cloud- und Edge-Computing. Hier sind die Kompaktheit sowie der geringe Energieverbrauch die zentralen Argumente. So können Sie die Plattformen für einfache Aufgaben einsetzen, beispielsweise die permanente Kontrolle von Sensoren oder das Sammeln von Umgebungsinformationen. Vollwertige Computer sind für solche Aufgaben überdimensioniert und zu teuer im Unterhalt.
Als Entwicklungsboard sind die Einplatinencomputer zudem aufgrund ihrer Quelloffenheit interessant. Das erleichtert die Entwicklung von individuellen Anwendungen für diese Plattformen. Erst mithilfe der passenden Software gelingt es, OSH für spezifische Aufgaben bereitzumachen. Zudem sind die Plattformen kompatibel mit unterschiedlichsten Betriebssystemen. Vor allem kommen Unix-basierte Systeme wie Ubuntu, Arch Linux, Debian oder FreeBSD zum Einsatz. Mit Raspbian gibt es zudem ein OS speziell für Raspberry Pi. Ausserdem ist auf den neueren Plattformen wie dem Raspberry Pi 2 auch Windows 10 lauffähig. Selbst die Installation von Android ist möglich, sodass Sie sogar mobile Apps nativ auf den Einplatinencomputern einsetzen können.
Eine Besonderheit bei diesen Systemen sind zudem die GPIO-Steckverbinder. Das macht die Plattformen endgültig zu multifunktionalen Entwicklungsboards. GPIO-Steckverbinder sind zum Beispiel bei Banana Pi und Raspberry Pi vorhanden. Diese Steckverbinder sind universell belegbar und programmierbar. So können Sie elektrische Elemente, zum Beispiel eine LED, oder auch Taster, in die Plattform integrieren. Die Systeme steuern diese Elemente oder empfangen Informationen auf diesem Weg.
Diese vielseitigen Optionen eröffnen in Kombination mit dem technischen Fortschritt immer mehr Einsatzmöglichkeiten. Gerade die Nutzung von Künstlicher Intelligenz mit individuell entwickelten Anwendungen bietet enorme Optionen. In vielen Bereichen haben sich diese Mini-Systeme zudem bereits etabliert. Das gilt zum Beispiel für die Steuerung bei 3D-Druckern auf Basis von Open Source oder im Bereich der Nanotechnologie.
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Die Zukunft von Open Source Hardware
Die Bedeutung von Open Source Hardware hat in den letzten Jahren enorm zugenommen. Gerade im industriellen Bereich kommen diese Lösungen immer häufiger zum Einsatz. Dafür gibt es klare Gründe. Zum einen hat die Steigerung der Leistungsfähigkeit und Funktionen viele neue Einsatzmöglichkeiten geschaffen. So können Lösungen wie Arduino und Raspberry Pi eine breite Palette von Anwendungen bedienen. Zum anderen ist OSH aufgrund der flexiblen und quelloffenen Plattform in vielen Szenarien die optimale Lösung.
Zudem ist OSH auch ein Innovationstreiber. Als Entwicklungsboard ist die Umgebung sehr preiswert. Gleichzeitig ist es sehr einfach, für diese Plattformen Anwendungen zu entwickeln. Gerade für Cloud- und Edge-Computing-Anwendungen ist OSH eine ideale Wahl.
Nicht zu unterschätzen ist auch das Thema Nachhaltigkeit. Immer mehr Unternehmen legen Wert auf Faktoren wie Energieeffizienz und umweltfreundliche Technik. Hier punktet die sparsame Open Source Hardware ebenfalls. Zum einen, da die Plattformen selbst sparsam sind. Zum anderen, da sie Teil von innovativen und energieeffizienten Lösungen sein können. OSH bringt also die optimalen Voraussetzungen mit, um in Zukunft ein fester Bestandteil der IT-Infrastruktur von Unternehmen zu sein.
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