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In Bastler- und Entwicklerkreisen und in der Industrie erfreuen sich kostengünstige Einplatinencomputer großer Beliebtheit. Sie sind mit leistungsstarken Mikrocontrollern bestückt und vielseitig einsetzbar. Ein bekannter Vertreter ist das lizenzfreie BeagleBoard, das auf der OMAP3530-SoC-Prozessorarchitektur von Texas Instruments basiert.

Wissenswertes über BeagleBoards

Was sind BeagleBoards?

Das BeagleBoard ist ein Einplatinencomputer, der im Jahr 2008 als Entwicklerboard vorgestellt wurde. Seit der ursprünglichen Version wird das BeagleBoard kontinuierlich weiterentwickelt und liegt für verschiedene Anwendungsfälle vor. Die Standard-Ausführung ist das BeagleBone Black. Mit Ausnahme des Beaglecore BCM1 sind alle Boards voll funktionsfähige Computer, die keine weitere Hardware zum Betrieb benötigen. Im Kern kommt ein Texas Instruments Sitara ARM335x SoC zum Einsatz. Das Hardware-Design von BeagleBoards kann frei heruntergeladen und nachgebaut werden, die Verwendung ist lizenzfrei.

BeagleBone Black

Das Kreditkarten-große BeagleBone Black ist das Standard-Board für den universellen Einsatz. Das darin verbaute Sitara ARM3358 SoC enthält einen 1 GHz getakteten ARM Cortex-A8 Prozessor, zwei PRU-ICSS-Crypto-Beschleuniger sowie einen integrierten Power VR SGX Grafikprozessor für 3D-Grafik. Damit ist eine Bilddarstellung mit Auflösung 1280 x 1024 Pixeln möglich. OpenGL 2.0, OpenGL ES 2.0 und Open GL ES 1.1 werden unterstützt. Die Signalausgabe erfolgt über einen Micro-HDMI-Anschluss.

Das Board ist mit 512 MB DDR3-Arbeitsspeicher ausgestattet. Es verfügt über ein 4 GB eMMC Flash-Speicher on-board, auf dem ein stationäres Betriebssystem installiert werden kann. Zusätzlich kann von MicroSD-Karte gebootet werden. Ein entsprechender Slot ist auf dem Board bereits verbaut. Zu den weiteren Ausstattungsmerkmalen des BeagleBone Black gehören eine USB 2.0-Schnittstelle, ein 100-Mbit-Ethernet-Anschluss sowie eine serielle Schnittstelle. Über einen zweireihigen, 46 Pins umfassende Erweiterungssteckplatz lassen sich Erweiterungsplatinen (Capes) verbinden, die den Funktionsumfang zusätzlich erweitern. So sind sieben analoge und 65 digitale E/A-Pins verfügbar, vier weitere serielle Schnittstellen, je zwei SPI- und I2C-Schnittstellen, acht PWM-Module sowie Platz für vier Zeitgeber verwendbar. Die einzelnen Capes verfügen ihrerseits über eine Schnittstelle zur Integration weiterer Capes, sodass maximal vier Capes gleichzeitig am BeagleBone Black angebunden sein können.

Das BeagleBone Black bietet ein komplettes Computersystem, dessen Leistungsniveau den Einsatz in professionellen ebenso wie bei privaten Projekten nahelegt. Prädestinierte Einsatzmöglichkeiten sind etwa die Steuerung von Robotern, das Auslesen von Sensordaten und Ansteuern von Aktoren, Datensicherungssysteme, SDR-Systeme und vieles mehr.

BeagleBone Blue: Das Roboter-Herz

Im BeagleBone Blue steckt ebenfalls ein Cortex-A8 Prozessor. Das darin verbaute Octavo OSD3358 SoC baut auf dem Sitara ARM335 auf. Entsprechend kommt das blaue Board mit 512 MB DDR3-RAM und 4 GB Embedded-MMC-Flashspeicher daher, auf dem ein vorinstalliertes Debian-Linux zu finden ist. Im Gegensatz zur Black-Variante verfügt es über ein WLAN-Modul (IEEE 802.11b/g/n) und Bluetooth Low Energy. 

Der größte Unterschied zum Black-Board besteht bei den Ein- und Ausgängen: Während die Pinleisten weitgehend verschwunden sind, liefert das Board Anschlüsse für acht Servo-Motoren, vier Gleichstrommotoren und vier Radencoder. Zusätzlich sind ein Neun-Achsen-IMU-Sensor und ein Barometer nativ verbaut. Über die JST-Stecker können weitere Sensoren via UART, SPI, I2C oder CAN-Bus angeschlossen werden. Es sind elf programmierbare LEDs und zwei programmierbare Knöpfe integriert. Die Spannungsversorgung ist über Micro-USB oder ein externes Netzteil mit einer Spannung von 9 bis 18 Volt möglich. Im Gegensatz zum Black-Board kann zusätzlich ein zweizelliger LiPo-Akku verwendet werden.

Das Leistungsniveau des BeagleBone Blue mit der Black-Variante vergleichbar. Die Ausstattungskonfiguration mit den zahlreichen Anschlüssen zur Motor-Steuerung sowie den integrierten Sensoren und der Akku-Speisung legt indes einen Einsatz in Robotern und mobilen programmierbaren Geräten wie Flugdrohnen nahe.

BeagleBone Green: Das Tor zum Grove-System

Das BeagleBone Green weicht in seiner Ausstattung nur gering vom Black ab: Kern ist wieder das Texas Instruments Sitara AM3358 SoC mit 512 MB DDR3-RAM und 4 GB eMMC-Flashspeicher onboard. Die Grafikbeschleunigung bleibt dieselbe, dafür entfällt die Micro-HDMI-Buchse für den Monitoranschluss.

Außerdem kommt das grüne Board mit zwei Grove-Steckverbindern. Damit ist es möglich, externe Sensoren aus dem vergleichsweise umfangreichen Angebot des Grove-Systems via I2C-Bus direkt anzubinden, ohne ein Erweiterungs-Cape nutzen zu müssen. Anwender kommen auf platzsparende Weise in den Genuss des einheitlichen Grove-Steckersystems, mit dem die Herstellung von fehlerfreien Leitungsverbindungen deutlich vereinfacht wird.

BeagleCore: Prototyping für Profis made in Germany

Eine seit 2016 von einem deutschen Unternehmen entwickelte Minivariante des BeagleBone Black adressiert vor allem professionelle Nutzer: Der Beaglecore BCM1 ist mit 48 x 31 mm nur etwa ein Drittel so groß wie sein “großer Bruder”, das BeagleBone Black, verfügt aber über die gleichen Hardware-Eckdaten und ist zu diesem vollständig kompatibel. Die HDMI-, USB 2.0- und Ethernet-Schnittstellen stehen ebenso zur Verfügung wie die GPIO-Pins, liegen aber lediglich in Form von Lötpunkten vor. Das Modul richtet sich vor allem an Unternehmen und Entwicklergruppen, die für das Herstellen von Prototypen im Vorfeld von Serienproduktionen kostengünstige Bastelcomputer einsetzen, die eigentliche Produktion aber mit selbst designter Hardware realisieren.

Zum Betrieb des Boards wird eine Trägerplatine benötigt, die in Form und Funktionalität frei gestaltet werden kann. Der BeagleCore BCM1 wird wahlweise in einem Starter-Kit BCS1 angeboten, das ein bereits mit dem BCMI1 verlöteten Basisboard enthält. Zusammen entspricht das Kit hinsichtlich Ausstattung und Größe dem BeagleBone Black und unterscheidet sich nur durch den Aufbau in zwei Modulen.

Das MiniBoard ist in zwei Versionen verfügbar: Der BeagleCore BCM1.STR (standard temperature range) ist für den Betrieb in Umgebungstemperaturen von 0 bis 60 Grad Celsius ausgelegt.Die Platine ist außerdem als BCM1.ETR (extended temperature range) für Umgebungstemperaturen von -40 bis +85 Grad Celsius erhältlich.

So entscheiden Sie sich für das richtige Modell

Brauchen Sie einen universell einsatzfähigen Mini-Computer, ist das BeagleBone Black die richtige Wahl. Wer in erster Linie mit Robotern oder programmierbaren mobilen Geräten arbeitet oder aus anderen Gründen integrierte kabellose Interfaces sowie Lage-Sensoren nutzen möchte, der sollte das BeagleBone Blue in den Blick nehmen. Wer die Vielseitigkeit des Black-Boards zu schätzen weiß, gleichzeitig aber eine native Anbindung an das Hardware-Angebot des Grove-Systems wünscht und auf einen Monitoranschluss verzichten kann, für den eignet sich das BeagleBone Green. Nutzer, die lediglich die Kernfunktionen des Black-Boards benötigen, gerne aber ihre eigene Trägerplatine entwerfen möchten und über die technischen Mittel verfügen, sollten zum Beaglecore greifen.

FAQ – häufig gestellte Fragen zu BeagleBoards

Sind BeagleBoards sofort betriebsfähig?
Bis auf den Beaglecore sind alle Boards sofort einsatzbereit. Wird der Beaglecore im Starter-Kit BCS1 erworben, ist auch er sofort verwendbar.

Mit welchen Betriebssystemen lässt sich das BeagleBone Black betreiben?
Das BeagleBone Black kann mit unterschiedlichen Betriebssystemen gesteuert werden: Aus der Linux-Familie werden eine für Texas-Instrument-Chips angepasste Android-Variante, Ubuntu, Debian, openSUSE sowie Ängström unterstützt. Weiterhin ist der Einsatz von FreeBSD, OpenBSD, QNX und Windows Embedded möglich. Durch ein im eMMC-Speicher vorinstalliertes Debian-Linux kann das BeagleBone Black sofort in Betrieb genommen werden. Eine integrierte Entwicklungsumgebung ermöglicht eine Browser-basierte Bedienung und erlaubt den Einsatz von Javascript, HTML5 und Node.js.

Was heißt “das Hardware-Design ist frei”?
Der Aufbau der Platine ist lizenzfrei und kann selbst nachgebaut werden. Wer sich das Design herunterlädt, kann mit einer entsprechenden Rohplatine sein eigenes Board ätzen. Zum Betrieb sind dann noch weitere Hardware-Komponenten wie IC-Bausteine und Schnittstellen notwendig.  

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