Por que Raspberry Pi não é uma boa escolha para produtos comerciais

RPi tem feito um bem incrível no mundo, especialmente para aspirantes a engenheiros, mas aqui está a explicação de por que provavelmente não é o que você precisa para um profissional projeto.

RPi tem feito um bem incrível no mundo, especialmente para jovens aspirantes a engenheiros, mas aqui está a explicação de por que provavelmente não é o que você precisa para um projeto profissional.

Em uma pesquisa recente da AAC, cerca de 20% dos entrevistados afirmaram usar placas de "fabricante" em produtos finais. Em uma pergunta do leitor, alguns membros da comunidade relataram o uso de placas do fabricante, incluindo o Raspberry Pi, em vários ambientes, incluindo alguns exemplos de desenvolvimento profissional.

Embora as placas do fabricante sejam ferramentas importantes em muitas situações - incluindo educação STEM e prototipagem de produto - neste artigo, destacarei algumas das deficiências das placas do fabricante no que diz respeito aos requisitos gerais de um produto comercial ou industrial, usando o Raspberry Pi como um exemplo.

Meu objetivo aqui não é desencorajá-lo de usar Raspberry Pi ou lançar julgamentos sobre ele. Sem dúvida, Raspberry Pi é uma grande iniciativa e uma grande placa de computador embarcada para educação e alguns protótipos. Em vez disso, meu objetivo é informar os engenheiros sobre alguns dos conceitos que podem impactar o desenvolvimento de seu produto comercial, especialmente se eles usarem Raspberry Pi como uma placa de computação embarcada de base.

Por que alguns engenheiros escolhem RPi?

Vamos primeiro tentar entender por que muitos engenheiros podem querer usar o Raspberry Pi para o desenvolvimento de seus produtos.

Existem vários benefícios para o Raspberry Pi:

• Baixo custo (~ 35 $)
• Grande poder de processamento em uma placa compacta
• Muitas interfaces (HDMI, USB múltiplo, Ethernet, Wi-Fi e Bluetooth onboard, muitos GPIOs, alimentado por USB, etc.)
• Suporta Linux, Python (facilitando a construção de aplicativos)
• Exemplos prontamente disponíveis com suporte da comunidade
• O desenvolvimento de tal placa embutida vai custar muito dinheiro e esforço

Quando você está construindo um hobby ou um projeto pessoal, todos os pontos mencionados acima são bons. Mas, se você estiver construindo um produto industrial ou comercial, terá que pensar sobre muitos outros parâmetros críticos antes de escolher qualquer placa embarcada pronta para uso.

Então, quais são os diferentes parâmetros que devemos considerar antes de selecionar uma placa de desenvolvimento embarcada para o desenvolvimento de seu produto?

1. Quanto você precisa de disponibilidade de longo prazo?

A disponibilidade do hardware que você seleciona para seu projeto é o parâmetro mais crítico a se considerar ao construir um produto. Em média, se você estiver criando um produto comercial, levará cerca de 18 a 24 meses antes de começar a vendê-lo no mercado.

Depois desse ponto, você gostaria de vender o produto por alguns anos - digamos de três a quatro anos - antes de começar a migrar para outro conselho. Portanto, se você está considerando uma placa de desenvolvimento embarcada pronta para ser usada em seu produto, considero que o mínimo disponível dessa placa é de sete anos ou mais.

Agora vamos fazer uma verificação rápida, de acordo com o site Raspberry Pi, sobre a disponibilidade comprometida das placas:

• Disponibilidade do Raspberry Pi 3 Modelo B +, janeiro de 2023 (faltam cerca de 3,5 anos a partir de julho de 2019)
• Disponibilidade do Raspberry Pi 3 Modelo A +, janeiro de 2023 (faltam cerca de 3,5 anos)
• Disponibilidade do Raspberry Pi Zero, janeiro de 2022 (faltam cerca de 2,5 anos)

Lembre-se de que os compromissos de disponibilidade mencionados acima não garantem o acesso a um determinado número de placas quando você precisar delas. Então a questão para você, designer, é:você quer escolher uma prancha que está disponível apenas para os próximos três a quatro anos? Além disso, você já pensou em como conseguirá as quantidades de que precisa, no momento em que precisar?

Independentemente do que você está terceirizando, uma recomendação é visitar sites como Digi-Key, Mouser e outros para verificar a disponibilidade de seus componentes. Você deve conseguir entrar em contato com um representante que pode discutir se eles podem estocar as quantidades de que você precisa.

2. Você pode controlar a execução do sistema operacional (SO) em um cartão SD?

O Raspberry Pi Board executa o Linux em um cartão SD. Isso pode significar que os aplicativos robustos representarão um problema, pois a conexão do cartão SD pode ter problemas com vibrações no campo. Não há provisão para garantir que as conexões estejam intactas durante a operação. Você pode acabar usando soluções alternativas não confiáveis ​​(fitas dupla-face, cola, etc.).







Outro problema com esta situação de cartão SD é que ele pode ser corrompido se for muito escrito ou se a placa não for desligada corretamente enquanto a operação de gravação de arquivo ainda estava em andamento. Para resolver isso, você pode acabar fornecendo uma bateria externa ou fonte de alimentação baseada em supercapacitor para fornecer um sinal de interrupção de desligamento da rede elétrica para que seu software possa lidar com o desligamento adequado antes que a placa seja desligada.

3. Quão importantes são as conexões USB para você?

As placas RPi não têm conectores USB, o que torna impossível conectar sensores, modems, etc. via conexão USB. Isso força os desenvolvedores a conectar esses periféricos via cabo USB (não é a forma recomendada, principalmente para aplicações industriais).

Em seguida, o aspecto mais importante é a disponibilidade do conjunto de recursos necessário. Existem vários recursos que não estão disponíveis na placa do Raspberry Pi que podem ser essenciais ao projetar um produto comercial.

4. Você precisa de um relógio em tempo real com bateria reserva?

Na maioria dos casos, se você deseja rastrear eventos em tempo real, precisa de um relógio em tempo real. Isso não é algo padrão nas placas Pi. Se desejar adicionar um circuito RTC externo, você pode fazê-lo, mas isso adicionará custo, esforço e espaço.

5. Você precisa de algum desses recursos / interfaces?

Aqui estão algumas coisas que você pode determinar que precisa, mas a família Pi não seria capaz de fornecer.

• Interface LCD: Todos os sinais RGB de exibição estão vindo no cabeçalho de 40 pinos. Se for necessário usar um monitor TFT, muito poucos ou nenhum GPIO estará disponível.
• ADC a bordo: Se o seu produto precisar de um ADC (resolução de 8/10/12 bits), você precisará adicionar um chip ADC externo via I ² C / SPI.
• EEPROM / FRAM / SPI Flash: Para aplicações de registro de dados, é muito importante ter EEPROM ou FRAM ou Flash integrado para armazenamento de dados. No momento, não há provisão para isso.
• UARTs limitados: Apenas um UART está disponível no cabeçalho e não permite oito sinais. Normalmente, dois ou três UARTs são necessários para a maioria dos requisitos.
• Um número limitado de I / Os: 28 GPIOs estão disponíveis no cabeçalho, mas não são suficientes para muitas aplicações comerciais.

Devido aos pontos acima, uma placa separada pode ser necessária para preencher a lacuna.

6. Você vai precisar de uma fonte de alimentação externa?

Em um produto comercial, você precisa fornecer uma fonte de alimentação AC-DC adicional (se o produto estiver sendo alimentado diretamente por AC) ou fonte de alimentação DC-DC (se o produto estiver sendo alimentado por um adaptador externo (6V / 12 / 24V) ou uma bateria) para alimentar a placa.

O conector da fonte de alimentação na placa também precisa ser confiável durante a operação. Uma fonte de alimentação baseada em micro conector USB não é recomendada para um produto comercial. Além disso, para evitar que o Raspberry Pi falhe, ele também deve ter proteção para tensão reversa, surto e sobrecarga.

7. Como você abordará o gerenciamento térmico?

O microprocessador do Raspberry Pi gera calor que deve ser gerenciado, caso contrário, pode afetar a confiabilidade da placa. Por enquanto, apenas um pequeno dissipador de calor com cola pode ser usado. Não há orifícios de montagem próximos ao processador para que o dissipador de calor possa ser fixado de maneira adequada.

Imagem térmica de um exemplo de circuito de ADI

No final das contas, se você estiver usando as habilidades de computação do Raspberry Pi em 70-90%, pode precisar de um dissipador de calor adequado e acabará usando orifícios de montagem da placa e um dissipador de calor maior, que pode não estar disponível. Pode ser necessário projetar o dissipador de calor e fabricá-lo. Este é um custo e esforço extra.

Como uma observação, o RPi 4 anunciado recentemente estava enfrentando alguns problemas de superaquecimento que uma atualização de firmware supostamente deveria resolver.

8. Quão importante é o tamanho do seu fator de forma?

Como acontece com qualquer design de dispositivo, o espaço é um ponto problemático. Basear um projeto em torno de uma placa como um Pi se traduzirá em restrições no formato do projeto final.

• Como você projetaria um produto com um formato redondo, será necessário algum compromisso?
• Tamanho menor do que a placa Raspberry Pi certamente não é possível, certo?
• HDMI está disponível em um lado e os conectores USB e Ethernet são fornecidos no outro lado. Em um aplicativo, em que o acesso à porta HDMI é exigido pelo usuário, você precisa usar um cabo para aproximá-lo dos conectores USB / Ethernet e montá-lo com um gabinete personalizado. A conexão do cabo HDMI não é confiável para a operação de campo.
• USB extra (Modelo B +):em um aplicativo, se apenas dois USBs precisam ser expostos ao usuário, é necessário usar um gabinete personalizado para ocultar as outras duas portas USB.

9. De quanto suporte de desenvolvimento você precisa?

As placas do Raspberry Pi são notavelmente suportadas por meio de fóruns online e da comunidade. Porém, como os pontos fortes do RPi estão no suporte da comunidade, eles não se especializam em suporte profissional para desenvolvimento. Você conseguiria lançar o produto com prazos apertados usando o suporte da comunidade ou precisaria de suporte dedicado?

Antes mesmo de decidir, você deve criar uma lista de verificação de todos os componentes de software que irá usar e verificar o nível de suporte disponível. Na maioria das vezes, é recomendável testar o desempenho para ter certeza de que obterá o que espera do produto final.

10. Quais são suas necessidades de escalabilidade?

Como, até o momento, as placas Raspberry Pi não foram projetadas com produtos comerciais em mente, elas não têm placas compatíveis que possam ser usadas como substitutas e / ou oferecer um desempenho diferente para que o desenvolvedor possa escolher de acordo com os requisitos de computação.

O que você faria se terminasse o desenvolvimento e percebesse que havia demanda por especificações diferentes? Especialmente ao tentar passar do estágio de prototipagem para uma parte mais escalonável do processo de desenvolvimento do produto, é importante considerar o design para retrabalho.

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Todos os pontos acima são subjetivos aos requisitos comerciais do produto. Em alguns casos, o que o Raspberry Pi oferece é mais do que suficiente para o aplicativo. Nesses casos, você pode querer usá-lo para o desenvolvimento de seu produto. Mas, espero que esta lista de pontos mencionados acima possa funcionar como uma lista de verificação para os engenheiros considerarem antes de tomar decisões sobre o uso do Raspberry Pi em seus produtos.

Meu conselho para engenheiros que procuram placas de computação incorporadas prontamente disponíveis é usar placas profissionais. Muitas empresas (como Kontron, Congatec, Compulab, etc.) oferecem placas com disponibilidade garantida por mais de sete anos. Muitos outros fabricantes de placas também terão qualidade de nível industrial e a opção de escalabilidade.

Mesmo se você optar por trabalhar com placas destinadas a aplicações comerciais, no entanto, espero que este artigo lhe dê algumas coisas em que pensar quando estiver projetando produtos industriais.