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Arduino-Workshops

Book Description

Der Arduino ist eine preiswerte und flexible Open-Source-Mikrocontroller-Plattform mit einer nahezu unbegrenzten Palette von Add-ons für die Ein- und Ausgänge – wie Sensoren, Displays, Aktoren und vielem mehr. In »Arduino-Workshops« erfahren Sie, wie diese Add-ons funktionieren und wie man sie in eigene Projekte integriert. Sie starten mit einem Überblick über das Arduino-System und erfahren dann rasch alles über die verschiedenen elektronischen Komponenten und Konzepte. Hands-on-Projekte im ganzen Buch vertiefen das Gelernte Schritt für Schritt und helfen Ihnen, dieses Wissen anzuwenden. Je tiefer Sie in die Materie eindringen, desto komplexer und raffinierter werden die Projekte.

Table of Contents

  1. Cover
  2. Titel
  3. Impressum
  4. Hingabe
  5. Inhalt
  6. Inhaltsverzeichnis
  7. Danksagung
  8. 1 Einführung
    1. Unbegrenzte Möglichkeiten
    2. Die Masse macht’s
    3. Teile und Zubehör
    4. Erforderliche Software
      1. Mac OS X
        1. Die IDE installieren
        2. Die IDE einrichten
      2. Windows XP und neuer
        1. Die IDE installieren
        2. Die Treiber installieren
        3. Die IDE einrichten
      3. Ubuntu Linux 9.04 und höher
        1. Die IDE installieren
        2. Die IDE einrichten
    5. Sicherheit
    6. Ausblick
  9. 2 Ein genauerer Blick auf den Arduino und die IDE
    1. Der Arduino
    2. Die IDE
      1. Der Befehlsbereich
        1. Das Menü
        2. Die Symbole
      2. Der Textbereich
      3. Der Meldungsbereich
    3. Ein erster Sketch in der IDE
      1. Kommentare
      2. Die Einrichtungsfunktion
      3. Die Hardware steuern
      4. Die Schleifenfunktion
      5. Den Sketch überprüfen
      6. Den Sketch hochladen und ausführen
      7. Den Sketch bearbeiten
    4. Ausblick
  10. 3 Erste Schritte
    1. Projekte planen
    2. Elektrizität
      1. Stromstärke
      2. Spannung
      3. Leistung
    3. Elektronische Bauteile
      1. Widerstände
        1. Elektrischer Widerstand
        2. Den Widerstandswert ablesen
        3. Chipwiderstände
        4. Multimeter
        5. Leistungsangabe
      2. Leuchtdioden (LEDs)
      3. Steckplatinen
    4. Projekt Nr. 1: LED-La-Ola
      1. Der Algorithmus
      2. Die Hardware
      3. Der Sketch
      4. Der Schaltplan
      5. Den Sketch ausführen
    5. Verwenden von Variablen
    6. Projekt Nr. 2: Wiederholungen mit for-Schleifen
    7. Die Helligkeit der LEDs durch Pulsbreitenmodulation ändern
    8. Projekt Nr. 3: PBM-Beispiel
    9. Weitere elektronische Bauteile
      1. Transistoren
      2. Gleichrichterdioden
      3. Relais
    10. Schaltungen mit höherer Spannung
    11. Ausblick
  11. 4 Grundbausteine
    1. Schaltpläne
      1. Symbole für die Bauteile
        1. Der Arduino
        2. Widerstände
        3. Gleichrichterdioden
        4. Leuchtdioden
        5. Transistoren
        6. Relais
      2. Leitungen in Schaltplänen
        1. Nicht verbundene kreuzende Leitungen
        2. Verbundene Leitungen
        3. Masseanschluss
      3. Schaltpläne analysieren
    2. Kondensatoren
      1. Die Kapazität von Kondensatoren
      2. Kapazitätswerte ablesen
      3. Arten von Kondensatoren
        1. Keramikkondensatoren
        2. Elektrolytkondensatoren
    3. Digitale Eingänge
    4. Projekt Nr. 4: Beispiel für digitale Eingänge
      1. Der Algorithmus
      2. Die Hardware
      3. Der Schaltplan
      4. Der Sketch
      5. Den Sketch ändern
      6. Den Sketch analysieren
      7. Konstanten mit #define erstellen
      8. Digitale Eingangspins messen
      9. Entscheidungen mit if
      10. Mehr Entscheidungsmöglichkeiten mit if-then-else
    5. Boolesche Variablen
      1. Logische Vergleichsoperatoren
        1. Not
        2. And
        3. Or
      2. Zwei und mehr Vergleiche
    6. Projekt Nr. 5: Eine Verkehrsampel
      1. Das Ziel
      2. Der Algorithmus
      3. Die Hardware
      4. Der Schaltplan
      5. Der Sketch
      6. Den Sketch ausführen
    7. Analoge und digitale Signale
    8. Projekt Nr. 6: Ein Testgerät für Einzelzellenbatterien
      1. Das Ziel
      2. Der Algorithmus
      3. Die Hardware
      4. Der Schaltplan
      5. Der Sketch
    9. Rechnen mit dem Arduino
      1. Fließkommavariablen
      2. Vergleichsoperatoren für Berechnungen
    10. Die Genauigkeit der Analogmessung durch eine Bezugsspannung verbessern
      1. Externe Bezugsspannung
      2. Interne Bezugsspannung
    11. Regelbare Widerstände
    12. Piezoelektrische Summer
      1. Das Schaltplansymbol
    13. Projekt Nr. 7: Einen Piezosummer ausprobieren
    14. Projekt Nr. 8: Ein Thermometer mit Ampelanzeige
      1. Das Ziel
      2. Die Hardware
      3. Der Schaltplan
      4. Der Sketch
      5. Den Sketch weiterverwenden
    15. Ausblick
  12. 5 Funktionen
    1. Projekt Nr. 9: Eine Funktion zur Wiederholung einer Aktion erstellen
    2. Projekt Nr. 10: Eine Funktion mit einstellbarem Blinkvorgang erstellen
    3. Funktionen zur Rückgabe von Werten
    4. Projekt Nr. 11: Ein Thermometer mit Blinkcodeanzeige
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Der Sketch
    5. Daten vom Arduino im seriellen Monitor anzeigen
      1. Der serielle Monitor
      2. Den seriellen Monitor starten
      3. Text an den seriellen Monitor senden
      4. Den Inhalt von Variablen anzeigen
    6. Projekt Nr. 12: Die Temperatur im seriellen Monitor anzeigen
      1. Debugging im seriellen Monitor
    7. Entscheidungen mit while-Anweisungen
      1. do-while
    8. Daten vom seriellen Monitor an den Arduino senden
    9. Projekt Nr. 13: Eine Zahl mit 2 multiplizieren
    10. long-Variablen
    11. Projekt Nr. 14: long-Variablen verwenden
    12. Ausblick
  13. 6 Zahlen, Variablen und arithmetische Operationen
    1. Zufallszahlen generieren
      1. Zufallszahlen aus dem Umgebungsstrom generieren
    2. Projekt Nr. 15: Einen elektronischen Würfel erstellen
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Der Sketch
      4. Den Sketch ändern
    3. Schnellkurs in Binärzahlen
      1. Bytevariablen
    4. Erweitern der digitalen Ausgänge mit Schieberegistern
    5. Projekt Nr. 16: Eine Binärzahlenanzeige aus LEDs bauen
      1. Die Hardware
      2. Der Anschluss des 74HC595
      3. Der Sketch
    6. Projekt Nr. 17: Ein Binärzahlenquiz konstruieren
      1. Der Algorithmus
      2. Der Sketch
    7. Arrays
      1. Arrays definieren
      2. Auf Werte in Arrays verweisen
      3. In Arrays lesen und schreiben
    8. Siebensegmentanzeigen
      1. Die LEDs steuern
    9. Projekt Nr. 18: Eine einstellige Anzeige konstruieren
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Der Sketch
      4. Zweistellige Zahlen anzeigen
    10. Projekt Nr. 19: Zwei Siebensegmentanzeigen steuern
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Modulo
    11. Projekt Nr. 20: Ein Digitalthermometer konstruieren
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
    12. LED-Matrixanzeigen
      1. Die LED-Matrix im Schaltplan
      2. Die Verbindungen herstellen
    13. Bitarithmetik
      1. Der bitweise AND-Operator
      2. Der bitweise OR-Operator
      3. Der bitweise XOR-Operator
      4. Der bitweise NOT-Operator
      5. Bitverschiebung nach links und rechts
    14. Projekt Nr. 21: Eine LED-Matrix steuern
    15. Projekt Nr. 22: Bilder auf einer LED-Matrix anzeigen
    16. Projekt Nr. 23: Ein Bild auf einer LED-Matrix darstellen
    17. Projekt Nr. 24: Eine LED-Matrix animieren
      1. Der Sketch
    18. Ausblick
  14. 7 Flüssigkristallanzeigen
    1. LCD-Zeichenmodule
      1. Ein LCD-Zeichenmodul in einem Sketch verwenden
      2. Text anzeigen
      3. Variablen und Zahlen anzeigen
    2. Projekt Nr. 25: Eigene Zeichen definieren
    3. LCD-Grafikmodule
      1. Das LCD-Grafikmodul anschließen
      2. Die Flüssigkristallanzeige verwenden
      3. Die Anzeige steuern
    4. Projekt Nr. 26: Textfunktionen in Aktion
      1. Aufwändigere Anzeigeeffekte hervorrufen
    5. Projekt Nr. 27: Eine Temperaturverlaufskurve aufzeichnen
      1. Der Algorithmus
      2. Die Hardware
        1. Der Sketch
      3. Das Ergebnis
      4. Den Sketch ändern
    6. Ausblick
  15. 8 Den Arduino erweitern
    1. Shields
    2. ProtoShield
    3. Projekt Nr. 28: Einen eigenen Shield mit acht LEDs konstruieren
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Die Struktur der ProtoShield-Platine
      4. Der Entwurf
      5. Die Bauteile festlöten
      6. Den selbst gebauten Shield ändern
    4. Sketche durch Bibliotheken erweitern
      1. Die Bibliotheken für einen Shield importieren
        1. installation unter Mac os x
        2. installation unter Windows xp und höher
        3. installation unter Ubuntu Linux 11.04 und höher
    5. microSD-Speicherkarten
      1. Die microSD-Karte prüfen
    6. Projekt Nr. 29: Daten auf die Speicherkarte schreiben
    7. Projekt Nr. 30: Ein Gerät zur Temperaturaufzeichnung konstruieren
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
    8. Zeitmessung mit millis() und micros()
    9. Projekt Nr. 31: Eine Stoppuhr konstruieren
      1. Die Hardware
        1. Der Schaltplan
      2. Der Sketch
    10. Interrupts
      1. Interrupt-Modi
      2. Interrupts einrichten
      3. Interrupts aktivieren und deaktivieren
    11. Projekt Nr. 32: Interrupts verwenden
      1. Der Sketch
    12. Ausblick
  16. 9 Numerische Tastenfelder
    1. Numerische Tastenfelder verwenden
      1. Ein Tastenfeld anschließen
      2. Programme für das Tastenfeld schreiben
      3. Den Sketch testen
    2. Entscheidungen mit switch-case
    3. Projekt Nr. 33: Ein Schloss mit Tastenfeld konstruieren
      1. Der Sketch
      2. Funktionsweise
      3. Den Sketch testen
    4. Ausblick
  17. 10 Benutzereingaben über einen Touchscreen
    1. Touchscreens
      1. Den Touchscreen anschließen
    2. Projekt Nr. 34: Bereiche auf dem Touchscreen ansprechen
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
      3. Den Sketch testen
      4. Kartierung des Touchscreens
    3. Projekt Nr. 35: Einen Ein/Aus-Schalter mit zwei Zonen entwerfen
      1. Der Sketch
      2. Funktionsweise
      3. Den Sketch testen
    4. Projekt Nr. 36: Einen schalter mit drei Berührungszonen entwerfen
      1. Die Touchscreen-Karte
      2. Der Sketch
      3. Funktionsweise
    5. Ausblick
  18. 11 Gestatten, Familie Arduino!
    1. Projekt Nr. 37: Einen eigenen Steckplatinen-Arduino bauen
      1. Die Hardware
        1. Linearer Spannungsregler 7805
        2. 16-MHz-Quarzoszillator
        3. Mikrocontroller-IC Atmel Atmega328-PU
      2. Der Schaltplan
      3. Die Arduino-Pins
      4. Einen Testsketch ausführen
        1. Austausch des Mikrocontrollers
      5. Anschluss an eine handelsübliche Arduino-Platine
        1. Verwendung eines FTDI-Programmierkabels
    2. Die zahlreichen verschiedenen Arduino-Platinen
      1. Arduino Uno
      2. Freetronics Eleven
      3. Der Freeduino
      4. Der Boarduino
      5. Der Arduino Nano
      6. Der Arduino LilyPad
      7. Der Arduino Mega 2560
      8. Der Freetronics EtherMega
      9. Der Arduino Due
    3. Ausblick
  19. 12 Motoren und Bewegung
    1. Kleine Bewegungen mithilfe von Stellmotoren
      1. Stellmotoren auswählen
      2. Einen Stellmotor anschließen
      3. Den Stellmotor in Bewegung setzen
    2. Projekt Nr. 38: Ein Zeigerthermometer bauen
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Der Sketch
    3. E-Motoren
      1. Der Darlington-Transistor TIP120
    4. Projekt Nr. 39: Den Motor steuern
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Der Sketch
    5. Projekt Nr. 40: Einen Roboter mit Raupenantrieb bauen und steuern
      1. Die Hardware
        1. Das Chassis
        2. Doppelte Stromversorgung
        3. Die Grundplatte
      2. Der Shield
        1. Den Motor-Shield anschließen
        2. Die Jumper stecken
      3. Der Sketch
    6. Kollisionserkennung
    7. Projekt Nr. 41: Kollisionen mithilfe eines Mikroschalters erkennen
      1. Der Schaltplan
      2. Der Sketch
    8. Infrarotsensoren zur Abstandsmessung
      1. Verkabelung
      2. Den IR-Abstandssensor testen
    9. Projekt Nr. 42: Kollisionen mithilfe eines IR-Abstandssensors verhindern
    10. Ultraschallsensoren
      1. Den Ultraschallsensor anschließen
      2. Den Ultraschallsensor verwenden
      3. Den Ultraschallsensor testen
    11. Projekt Nr. 43: Kollisionen mithilfe eines Ultraschall-Abstandssensors verhindern
      1. Der Sketch
    12. Ausblick
  20. 13 GPS für den Arduino
    1. Was ist GPS?
    2. Den GPS-Shield testen
    3. Projekt Nr. 44: Ein einfaches GPS-Empfangsgerät konstruieren
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
      3. Die Position auf dem LCD-Bildschirm anzeigen
    4. Projekt Nr. 45: Eine genaue GPS-gestützte Uhr konstruieren
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
    5. Projekt Nr. 46: Den Bewegungsverlauf eines Objekts aufzeichnen
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
      3. Standorte auf der Landkarte anzeigen
    6. Ausblick
  21. 14 Drahtlose Datenübertragung
    1. Preiswerte Module für die drahtlose Datenübertragung
    2. Projekt Nr. 47: Eine drahtlose Fernbedienung konstruieren
      1. Die Hardware für die Senderschaltung
      2. Der Schaltplan für den Sender
      3. Die Hardware für die Empfängerschaltung
      4. Der Schaltplan für den Empfänger
      5. Der Sketch für den Sender
      6. Der Sketch für den Empfänger
    3. XBee-Module für eine drahtlose Übertragung mit größerer Reichweite und höherer Geschwindigkeit
    4. Projekt Nr. 48: Datenübertragung mit einem XBee-Modul
      1. Der Sketch
      2. Den Computer für den Datenempfang einrichten
    5. Projekt Nr. 49: Ein ferngesteuertes Thermometer bauen
      1. Die Hardware
      2. Der Aufbau
      3. Der Sketch
      4. Betrieb
    6. Ausblick
  22. 15 Infrarot-Fernbedienungen
    1. Was ist Infrarot?
    2. Vorbereitung für die Infrarotübertragung
      1. Der IR-Empfänger
      2. Die Fernbedienung
      3. Der Testsketch
      4. Den Sketch testen
    3. Projekt Nr. 50: Den Arduino fernsteuern
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
      3. Den Sketch erweitern
    4. Projekt Nr. 51: Ein Raupenfahrzeug fernsteuern
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
    5. Ausblick
  23. 16 RFID-Transponder lesen
    1. Das Innenleben von RFID-Transpondern
    2. Die Hardware testen
      1. Der Schaltplan
      2. Die Schaltung prüfen
        1. Der Testsketch
        2. Überprüfung im seriellen Monitor
    3. Projekt Nr. 52: Ein einfaches RFID-Steuerungssystem konstruieren
      1. Der Sketch
      2. Funktionsweise
    4. Daten im eingebauten EEPROM des Arduino speichern
      1. Lesen und Schreiben im EEPROM
    5. Projekt Nr. 53: Ein RFID-Steuerungssystem konstruieren, das sich die letzte Aktion merkt
      1. Der Sketch
      2. Funktionsweise
    6. Ausblick
  24. 17 Datenbusse
    1. Der I2C-Bus
    2. Projekt Nr. 54: Einen externen EEPROM verwenden
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Der Sketch
      4. Das Ergebnis
    3. Projekt Nr. 55: Einen IC zur Porterweiterung verwenden
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Der Sketch
    4. Der SPI-Bus
      1. Die Anschlüsse
      2. Den SPI-Bus nutzen
      3. Daten an ein SPI-Gerät senden
    5. Projekt Nr. 56: Ein Digitalpotenziometer verwenden
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Der Sketch
    6. Ausblick
  25. 18 Echtzeituhren
    1. Der Anschluss des RTC-Moduls
    2. Projekt Nr. 57: Datum und Uhrzeit mit einem RTC-Modul einstellen und anzeigen
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
      3. Funktionsweise
    3. Projekt Nr. 58: Eine einfache Digitaluhr bauen
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
      3. Funktionsweise
    4. Projekt Nr. 59: Eine Stechuhr konstruieren
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
      3. Funktionsweise
    5. Ausblick
  26. 19 Das Internet
    1. Erforderliches Material
    2. Projekt Nr. 60: Eine Fernüberwachungsstation konstruieren
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
      3. Fehlersuche
      4. Funktionsweise
    3. Projekt Nr. 61: Einen Arduino-Tweeter konstruieren
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
    4. Den Arduino vom Web aus steuern
    5. Projekt Nr. 62: Eine Fernsteuerung für den Arduino einrichten
      1. Die Hardware
      2. Der Sketch
      3. Den Arduino fernsteuern
    6. Ausblick
  27. 20 Mobilfunkkommunikation
    1. Die Hardware
      1. Den Power-Shield vorbereiten
      2. Die Hardware einrichten und testen
      3. Die Betriebsfrequenz ändern
    2. Projekt Nr. 63: Ein Arduino-Wählgerät bauen
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Der Sketch
      4. Funktionsweise
    3. Projekt Nr. 64: Textnachrichten mit dem Arduino senden
      1. Der Sketch
      2. Funktionsweise
    4. Projekt Nr. 65: Eine SMS-Fernsteuerung einrichten
      1. Die Hardware
      2. Der Schaltplan
      3. Der Sketch
      4. Funktionsweise
    5. Ausblick
  28. Index
  29. Fußnote
    1. 1 Einführung