Raspberry Pi in neuem Einsatzfeld Vom Maker-Board zum Industrie-PC

Die Eignung von Raspberry Pi

Raspberry Pi hat beim Einsatz im industriellen Umfeld auch einige Nachteile. Einer ist die fehlende Standardisierung, wie sie SMARC-, COM-Express- oder Qseven-Module bieten. Zudem wird Raspberry Pi nur von der Raspberry Foundation und ihren Distributoren vermarktet. Deshalb gibt es kaum Variantenvielfalt in puncto Leistung, Stromaufnahme oder Ausstattung. Eine Prozessorauswahl, wie sie Intel, AMD oder NXP für unterschiedliche Anwendungszwecke anbieten, gibt es von Raspberry noch nicht. Dafür gibt es aber für das neue CM3+-Compute-Modul auch eine garantierte Langzeitverfügbarkeit von sieben Jahren.

Die Eignung von Raspberry Pi hängt immer vom jeweiligen Einsatzzweck ab. Unternehmen wie Kontron bieten daher ein „Industrial Starterkit“ an, auf dessen Basis sich schnell ermitteln lässt, ob das Raspberry-Compute-Module den gewünschten Anforderungen entspricht. Das Starterkit verfügt über die in der Industrie verbreiteten Schnittstellen wie Ethernet, CAN-Bus, 1-Wire und RS-485/RS-232. Das erprobte Schaltungsdesign und der industriell übliche Stromanschluss mit 24 V sorgen für die zuverlässige Einsatzfähigkeit. Weitere industrielle analoge und digitale I/Os erlauben die Integration in vorgegebene Anwendungen. Auf der Basis des Starterkits lässt sich damit der Weg zum Prototyp und anschließend zum fertigen Produkt deutlich verkürzen.

Ein Beispiel dafür ist der Mini-Computer mit dem Anwendungsfall Krankenhaus, den Kontron mit einem Kunden entwickelt hat: Ein mobiles Gerät, unsichtbar unter dem Krankenbett angebracht, erfasst laufend und berührungslos die Vitaldaten bettlägeriger Patienten. Kontron entwickelte gemeinsam mit einem Kunden diese Lösung, die zuverlässig Alarm schlägt, sobald die Daten bestimmte kritische Werte der Herz- und Atemfrequenz sowie zur Dekubitus- und Sturzprophylaxe erreichen, und verständigt automatisch Schwestern und Ärzte.

Für die Klinik waren folgende technische Anforderungen wichtig:

  • Linux-Unterstützung – in diesem Fall sollte yocto Linux verwendet werden,
  • der Support mehrerer Schnittstellen wie WLAN, LAN und Bluetooth,
  • eine hohe Rechenleistung, die auch Machine-Learning erlaubt, und
  • die Integration eines zusätzlichen unabhängigen Prozessors, um korrekte Messergebnisse zu gewährleisten.

Derselben Kategorie zugehörig wie Beatmungs- oder Dialysegeräte, musste das Instrument als Medizinprodukt für die Sicherheitsklasse 2b zertifiziert sein. Außerdem muss die mobile Messstation Sicherheits- und Ergonomie-Anforderungen erfüllen, wie sie in EN 60601 für medizinische elektrische Geräte und in medizinischen Systemen definiert sind. Hinzu kamen die Wünsche der Klinik nach einer schnellen Umsetzung, der Langzeitverfügbarkeit und einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis.

Als Plattform wurde Raspberry Compute Module 3 ausgewählt. Dabei wurde in Kauf genommen, dass die Kriterien Stromverbrauch und Langzeitverfügbarkeit nicht voll erfüllt werden konnten. Positiv waren dafür die hohe Rechenleistung, der umfassende Linux-Support und die geringen Kosten.

Durch das Starterkit von Kontron ging die Entwicklung schnell vonstatten. Der Prototyp nahm auch erfolgreich die hohe Hürde der elektromagnetischen Verträglichkeit. Die Schnittstellen ließen sich mit Raspbian OS sehr schnell verifizieren. Bei der Übertragung des Prototyps auf Yocto-Linux unterstützten die Entwickler aus der S&T-Gruppe, zu der Kontron gehört, und die RPi-Community, sodass am Ende die gewünschte mobile Messstation für Vitaldaten unsichtbar und zuverlässig ihren Dienst tut.