Raspberry Pi 3 B+

La Raspberry Pi 3 Model B+ est un ordinateur complet tenant sur une carte de crédit. Elle embarque un processeur Broadcom BCM2837B0 à quatre coeurs 64 bits ARM Cortex-A53 cadencé à 1,4 GHz, 1 Go de mémoire vive, le Wi-Fi double bande 2,4 GHz et 5 GHz, le Bluetooth 4.2, un port Ethernet Gigabit et le connecteur d’extension à 40 broches. Elle démarre depuis une carte microSD et fait tourner un système Linux complet : c’est à la fois un petit ordinateur de bureau, un serveur et une carte de pilotage pour l’électronique.

Sortie le 14 mars 2018, c’est la dernière révision de la troisième génération. Par rapport à la Raspberry Pi 3 Model B, elle monte le même processeur à 1,4 GHz au lieu de 1,2 GHz, ajoute la bande 5 GHz et la norme 802.11ac, remplace le réseau 100 Mbit/s par un contrôleur Gigabit, passe au Bluetooth 4.2, améliore la tenue thermique et permet l’alimentation par Ethernet (PoE) avec un module PoE HAT dédié. Le format de la carte, le connecteur 40 broches et l’emplacement microSD restent identiques : ce qui se montait sur une Pi 3 B se monte ici sans modification.

Attention à ne pas la confondre avec un microcontrôleur : la carte ne reçoit pas un programme compilé comme un Arduino. Elle exécute un système d’exploitation, et le connecteur 40 broches se pilote depuis ce système, en Python ou en C. C’est ce qui la rend pratique pour marier électronique et réseau dans le même montage.

Caractéristiques techniques

Quatre points à connaître avant de choisir cette carte

L’Ethernet Gigabit partage le bus USB 2.0

Le contrôleur réseau est relié au processeur par le même bus que les quatre ports USB. Le débit plafonne donc autour de 300 Mbit/s, pas à 1 000 Mbit/s. C’est largement suffisant pour un serveur de fichiers domestique ou une caméra, et sans comparaison avec les 100 Mbit/s de la Pi 3 B — mais si le cahier des charges réclame vraiment du Gigabit utile, il faut regarder du côté de la Raspberry Pi 4.

La mémoire vive est soudée

Le 1 Go n’est pas extensible : c’est la mémoire disponible pour toute la durée de vie de la carte, système compris. C’est confortable pour un serveur, un pilotage de matériel ou une station de mesure, plus serré si l’on veut tenir un bureau graphique avec un navigateur moderne ouvert en permanence.

L’alimentation est un vrai critère

La carte est prévue pour 5 V sous 2,5 A. Un chargeur de téléphone faible, un câble micro-USB très fin ou un hub USB non alimenté font chuter la tension : le processeur réduit alors sa fréquence, la carte peut redémarrer sans prévenir et le Wi-Fi se coupe. Un redémarrage en boucle dès qu’un accessoire est branché est presque toujours un problème d’alimentation, pas de programme. L’alimentation doit aussi être branchée avant la carte microSD, jamais l’inverse.

La chaleur est mieux gérée que sur la Pi 3 B, mais elle existe

Le blindage métallique du processeur a été revu sur cette révision et la carte tient sa fréquence maximale plus longtemps en charge soutenue. Sous calcul prolongé, le processeur atteint toutefois sa température de régulation et ralentit. Un boîtier percé ou un petit dissipateur collé sur le blindage suffisent dans la plupart des usages.

Ce qui la distingue du Raspberry Pi 3 B

Si le Wi-Fi 5 GHz, un réseau filaire rapide ou l’alimentation par un seul câble Ethernet ne sont pas nécessaires au projet, la Raspberry Pi 3 B reste une carte parfaitement capable et moins chère. Pour tout le reste — caméra, serveur, mesure — les deux se programment de la même façon.

Le connecteur 40 broches : ce qu’il faut retenir

Le connecteur est identique depuis la Raspberry Pi 2, ce qui rend tous les guides et tous les châssis compatibles. Deux numérotations coexistent et c’est la première source d’erreur : le numéro de la broche physique (1 à 40, comptée en serpentin, numéro impair sur la première rangée) et le numéro GPIO du processeur (GPIO17, GPIO27…). Un programme Python utilise le numéro GPIO, un câblage se fait sur le numéro physique.

Les entrées/sorties travaillent en 3,3 V et ne sont pas tolérantes au 5 V. Envoyer 5 V sur une broche de GPIO abîme la carte : c’est la précaution à retenir avant tout câblage.

Applications courantes

• Pilotage de relais et de matériel depuis un programme Python, avec accès réseau : portail, éclairage, arrosage.
• Serveur de fichiers, point d’accès Wi-Fi, serveur d’impression ou accès distant à distance.
• Surveillance par caméra, avec le module caméra branché sur le port CSI.
• Station de mesure : température, humidité, luminosité, relevés enregistrés et publiés en ligne.
• Prototypage : valider une idée en Python sur la carte avant de la porter sur un microcontrôleur.
• Media center, rétro-gaming ou borne d’affichage pilotée par HDMI.

Mini-projet : faire clignoter une LED en Python

Premier montage classique, et le plus utile pour vérifier d’un coup d’oeil que la carte démarre, que le GPIO répond et que le câblage est bon. Cinq minutes, aucun composant à souder.

Matériel nécessaire

• La Raspberry Pi 3 Model B+
• Une carte microSD de 8 Go minimum contenant Raspberry Pi OS
• Une alimentation micro-USB 5 V sous 2,5 A
• Une LED rouge de 5 mm
• Une résistance de 220 ohms au quart de watt (330 ohms convient aussi, la LED sera juste un peu moins lumineuse)
• Deux fils de prototypage femelle-femelle, pour entrer sur les broches du connecteur

Câblage

Le montage tient en trois points, sur la carte hors tension :

La résistance se place en série avec la LED, jamais en parallèle : elle limite le courant à une vingtaine de milliampères, ce que la broche du processeur peut fournir sans risque. Une LED branchée à l’envers ne s’allume simplement pas, elle ne se détruit pas — mais un montage sans résistance, lui, peut endommager la broche.

Programme

# * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
# Clignotement d'une LED sur GPIO17 - Raspberry Pi 3 Model B+
# Bibliotheque gpiozero, fournie avec Raspberry Pi OS : rien a installer.

from gpiozero import LED
from time import sleep

BROCHE = 17       # numero GPIO, soit la broche physique 11 du connecteur
NOMBRE = 5        # nombre de clignotements souhaites

led = LED(BROCHE)

print("Clignotement de la LED", NOMBRE, "fois")
for passage in range(NOMBRE):
    led.on()
    sleep(0.5)
    led.off()
    sleep(0.5)

led.close()
print("Termine")

Enregistrer ce texte dans un fichier nommé clignotement.py, puis l’exécuter depuis un terminal de la carte avec la commande python3 clignotement.py. La LED s’allume et s’éteint une fois par seconde, cinq fois, et le terminal affiche les deux messages.

Ce qui se passe réellement

La bibliothèque gpiozero a besoin de savoir sur quelle broche agir, d’où la variable BROCHE : la changer pour 27 fait clignoter une LED branchée sur GPIO27, sans toucher au reste du programme. La boucle for place la broche au niveau haut, attend une demi-seconde, la remet à la masse, attend à nouveau. Pour changer la cadence, ce sont les deux valeurs de sleep qu’il faut modifier ; pour un clignotement continu, remplacer range(NOMBRE) par range(1000000) et interrompre le programme avec les touches Ctrl et C.

Questions fréquentes

Quel système d’exploitation installer ?

Raspberry Pi OS, la distribution officielle, existe en version avec bureau graphique ou en version légère sans interface, plus rapide et plus adaptée à un serveur ou à un pilotage de matériel. Les distributions Linux pour ARM 64 bits fonctionnent également, ainsi que Windows 10 IoT Core pour les usages Microsoft.

Comment préparer la carte microSD ?

Avec le logiciel Raspberry Pi Imager, sur un ordinateur, en choisissant la distribution et la carte microSD. Le logiciel permet aussi de renseigner le nom du réseau Wi-Fi et d’activer l’accès SSH avant la première mise sous tension, ce qui évite d’avoir à brancher un écran et un clavier pour une carte destinée à tourner sans eux. Si l’ordinateur n’a pas de lecteur de carte, le lecteur USB de la boutique fait l’affaire.

La carte redémarre toute seule ou l’icône d’alerte apparaît

C’est le symptôme classique d’une alimentation insuffisante : câble micro-USB de section trop faible, chargeur de téléphone d’un ampère, ou accessoire gourmand branché sur les ports USB. Essayer un bloc 5 V sous 2,5 A avec un câble court et épais avant de chercher une cause logicielle. Sur un ordinateur, l’alimentation ne peut pas fournir les 2,5 A nécessaires.

Peut-on alimenter la carte par le connecteur 40 broches ?

Oui, en injectant du 5 V stabilisé sur les broches 2 ou 4 et la masse sur une broche GND, ce qui est pratique dans un montage fixe. Attention : le régulateur de protection est alors contourné, une inversion de polarité ou une tension trop élevée détruit la carte. Dans le doute, rester sur l’alimentation micro-USB.

Faut-il un boîtier ou un dissipateur ?

Un boîtier protège la carte et évite qu’un fil ou un objet métallique ne touche les broches sous tension : c’est recommandé dès que la carte reste branchée en permanence. Le dissipateur n’est pas indispensable : utile seulement si le processeur travaille à pleine charge pendant de longues périodes.

À combiner avec

• Boîtier pour Raspberry Pi — pour fixer la carte et laisser passer les câbles sans risque de contact avec le connecteur.
• Module 2 relais 5 V — alimenter le module en 5 V depuis la carte et relier sa masse à celle du GPIO : deux appareils secteur peuvent alors être commandés par le programme.
• Photo résistance LDR — monter un seuil de luminosité : allumer une sortie quand la pièce s’assombrit.
• Capteur DHT11 température et humidité — relever et enregistrer une mesure d’ambiance, avec la carte comme serveur.