7. – 10. Schuljahr

Angela Fösel

Ideen für Himbeerkuchen

Messwerterfassung mit dem Raspberry Pi

In diesem Artikel werden Experimente für den Physikunterricht vorgestellt, bei denen ein Mini-Computer namens „Raspberry Pi (englisch gesprochen: „Himbeerkuchen) eine tragende Rolle einnimmt (Details s. Kasten 1). Abbildung 1 zeigt verschiedene Modelle des Raspberry Pi: Das Modell 3B (unten) ist zur computergestützten Messwerterfassung hervorragend geeignet. Für geringere Ansprüche bezüglich Hardwareausstattung und Rechnerleistung ist auch der halb so große Raspberry Pi Zero eine Option.
Kasten 1|Informationen: Der Einplatinen-Computer Raspberry Pi
Kasten 1|Informationen: Der Einplatinen-Computer Raspberry Pi
Der „Raspberry Pi ist im Unterschied zum Arduino ein kompletter Computer mit Betriebssystem. Einige Standardsoftware, wie das Open-Source-Programm „LibreOffice oder die Programmierumgebung „Python, ist bereits im System implementiert; zahlreiche Zusatzprogramme können bei Bedarf nachinstalliert werden. An einen Raspberry Pi können problemlos Monitor, Maus und Tastatur angeschlossen werden; von der Rechnerleistung her ist er in etwa vergleichbar mit einem Pentium 2.
Verschiedene Modelle
  • Die Variante 2 Modell B des Raspberry Pi wurde unter [1], S. 38f., ausführlich vorgestellt. Das derzeit neueste Modell 3B+ besitzt einen 1 GB großen Arbeitsspeicher und einen Vierkernprozessor vom Typ Broadcom BCM2837B0 auf ARM-Cortex-A53-Basis mit einer Taktfrequenz von bis zu 1400 MHz. Es hat 4 USB-2.0-Anschlüsse, einen 10/100/1000-Mbit-Ethernet-Netzwerkanschluss sowie integriertes WLAN (2,4/5 GHz) und kann eine Leistung von bis zu 7 W aufnehmen.
  • Der kleine Raspberry Pi Zero besitzt nur einen Einkernprozessor, die Leistungsaufnahme ist auf etwa 0,7 W limitiert, und auch Taktrate und Arbeitsspeicher sind geringer als beim Modell 3B+. Er kommt ohne Ethernet-Netzwerkanschluss daher, besitzt allerdings in der „Zero W-Variante auch integriertes WLAN (2,4 GHz).
Kosten und Bezug
Die Kosten für einen Raspberry Pi belaufen sich ohne Netzteil und weiteres Zubehör aktuell auf etwa 40 € (Raspberry Pi 3 Modell B+) bzw. 15 – 20 € (Raspberry Pi Zero W). Erhältlich sind die Einplatinencomputer beispielsweise in Onlineshops für Technik und Elektronik wie Conrad Electronic [2] oder reichelt elektronik [3].
In Kasten 2 finden sich Hinweise zur Installation und Konfiguration des Raspberry Pi mit dem Ziel der computergestützten Messwerterfassung. Weiterführende Details zu Hard- und Software können z.B. in [5] – [7] nachgelesen werden. Programme für die in diesem Beitrag vorgestellten Experimente finden sich kostenfrei auf der Homepage der Physikdidaktik der Universität Erlangen-Nürnberg unter http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/foesel/materialien/neue_medien/raspberrypi/messwerterfassung/start.html.
Kasten 2|Tipps: Installation und Konfiguration des Raspberry Pi
Kasten 2|Tipps: Installation und Konfiguration des Raspberry Pi
Für das im Artikel vorgestellte Low-Cost-Messwerterfassungssystem wird der Raspberry Pi in ein bestehendes Netzwerk per LAN-Verbindung eingebunden, und der Benutzer loggt sich per Fernzugriff vom PC aus auf dem Einplatinencomputer ein. Auf diese Option zielt auch diese Kurzbeschreibung einer Installation und Konfiguration des Raspberry Pi ab. Auch wenn viele andere Möglichkeiten denkbar und sinnvoll sein können (z.B. Aufsetzen des Raspberry Pi unabhängig von externen Netzwerken als Access-Point), so wird mit Blick auf den unterrichtlichen Einsatz einer einfachen Lösung der Vorzug gegeben, um den Fokus auf die eigentliche Messwerterfassung zu legen.
Betriebssystem
Das Betriebssystem für den Raspberry Pi wird von einer SD-Speicherkarte (micro-SD-Karte für die neueren Modelle 2B, 3B, 3B+ und Zero) gestartet und muss dazu erst auf die Speicherkarte geschrieben werden. Die Speicherkarte dient auch als (Daten-)Speicher für Programme und Daten anstelle einer Festplatte. Normalerweise ist...

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