1 Einleitung Der Raspberry Pi...27

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1 Inhalt 1 Einleitung... 1 Arduino und P i... 1 Der Raspberry P i...1 Der A rduino...4 Welches Gerät - Arduino oder Pi?...5 Alternativen...6 Zusammenfassung Der Arduino... 9 Was ist ein Arduino?...9 Die Arduino-IDE installieren...11 Sketche hochladen Der Code zu diesem B uch...14 Programmierleitfaden Setup und lo o p...15 Variablen...16 Digitale Ausgänge Digitale Eingänge Analoge Eingänge Analoge Ausgänge...20 If/else Steuerschleifen Funktionen...23 Zusammenfassung Der Raspberry Pi...27 Was ist ein Raspberry Pi?...27 Den Raspberry Pi einrichten Eine Micro-SD-Karte mit NOOBS vorbereiten SSH einrichten SSH auf einem Windows-Computer SSH auf Mac und L in u x... 34

2 Die Linux-Befehlszeile...35 Der Code zu diesem B uch Programmierleitfaden...37 Hello, W orld...37 Tabulatoren und Einrückungen...38 Variablen If, while usw...39 Die Bibliothek RPi.GPIO Der GPIO-Header Digitale Ausgänge Digitale Eingänge Analoge Ausgänge Zusammenfassung Schnelleinstieg Steckbretter Wie funktioniert ein Steckbrett?...45 Ein Steckbrett an den Arduino anschließen...45 Ein Steckbrett an den Raspberry Pi anschließen Die Software herunterladen...47 Experiment: Eine LED steuern Stückliste Schaltungsaufbau Verbindungen mit dem Arduino...49 Die Software für den A rduino Experimentieren mit dem Arduino...50 Verbindungen mit dem Raspberry P i Die Software für den Raspberry Pi...52 Experimentieren mit dem Raspberry P i Der Code im Vergleich...54 Experiment: Einen Motor steuern Stückliste Schaltungsaufbau Experimentieren ohne Arduino und Raspberry P i Verbindungen mit dem Arduino...58 Experimentieren mit dem Arduino...59 Verbindungen mit dem Raspberry P i Experimentieren mit dem Raspberry P i Zusammenfassung...60

3 5 Grundlagen der Elektronik Stromstärke, Spannung und W iderstand Stromstärke...61 Spannung...63 M asse W iderstand...63 Leistung...64 Häufig verwendete Bauteile...65 Widerstände...65 Transistoren...66 Dioden LEDs Kondensatoren Integrierte Schaltkreise (IC s) Das kleine Einmaleins der Anschlüsse...74 Digitale Ausgänge Digitale Eingänge Analoge Eingänge Analoge Ausgänge Serielle Kommunikation Zusammenfassung LEDs Herkömmliche LEDs Die Stromstärke begrenzen...78 Projekt: A m pel...80 Stückliste Grundkonstruktion Verbindungen mit dem Arduino...81 Die Software für den Arduino Verbindungen mit dem Raspberry P i Die Software für den Raspberry Pi...84 PWM für LEDs...85 RGB-LEDs Experiment: Farben mischen...87 Die H ardware...87 Stückliste Verbindungen mit dem Arduino...89 Die Software für den Arduino...90

4 Experimentieren mit dem Arduino...90 Verbindungen mit dem Raspberry P i Die Software für den Raspberry Pi...92 Experimentieren mit dem Raspberry P i Zusammenfassung Motoren, Pumpen und Aktoren Drehzahlregelung (PW M )...97 Experiment: Die Drehzahl eines Gleichstrommotors regeln...97 Die H ardw are...97 Verbindungen mit dem Arduino...97 Die Software für den Arduino Experimentieren mit dem Arduino Verbindungen mit dem Raspberry P i Die Software für den Raspberry Pi Experimentieren mit dem Raspberry P i Gleichstrommotoren über ein Relais steuern Ein Relais mit dem Arduino oder dem Raspberry Pi schalten Relaismodule Experiment: Einen Gleichstrommotor über ein Relaismodul steuern Stückliste Verkabelung Die Software für den Arduino Die Software für den Raspberry Pi Einen Motor auswählen Drehmoment Drehzahl Getriebe Getriebemotoren Pumpen Peristaltische Pum pen Kreiselpumpen Projekt: Arduino-Bewässerungsanlage für Zimmerpflanzen Grundkonstruktion Stückliste Zusammenbau Die Software Das Projekt verwenden...120

5 Linearaktoren Magnetventile Zusammenfassung Motorsteuerung für Fortgeschrittene H-Brücken H-Brücken auf einem C h ip Experiment: Drehrichtung und Drehzahl eines Motors steuern Stückliste Grundkonstruktion Schaltungsaufbau Experimentieren Verbindungen mit dem Arduino Die Software für den Arduino Experimentieren mit dem Arduino Verbindungen mit dem Raspberry P i Die Software für den Raspberry Pi Experimentieren mit dem Raspberry P i Andere H-Brücken-ICs L298N TB6612FNG H-Brücken-Module Projekt: Arduino-Getränkedosenpresse Stückliste Verkabelung Mechanische Konstruktion Die Software für den Arduino Zusammenfassung Servomotoren Verschiedene Arten von Servomotoren Servomotoren steuern Experiment: Die Stellung eines Servomotors steuern Die H ardw are Stückliste Verbindungen mit dem Arduino Die Software für den Arduino Experimentieren mit dem Arduino Verbindungen mit dem Raspberry P i

6 Die Software für den Raspbcrry Pi Experimentieren mit dem Raspberry P i Projekt: Pepe, die tanzende Raspberry Pi-Marionette Stückliste Grundkonstruktion Zusammenbau Die Software Die Marionette verwenden Zusammenfassung Schrittmotoren Verschiedene Arten von Schrittmotoren Bipolare Schrittmotoren Experiment: Einen bipolaren Schrittmotor steuern Stückliste Grundkonstruktion Die Arduino-Version Verbindungen mit dem Arduino Die Software für den Arduino (die ausführliche Variante) Die Software für den Arduino (die einfache Variante) Experimentieren mit dem Arduino Die Raspberry Pi-Version Verbindungen mit dem Raspberry P i Die Software für den Raspberry Pi Experimentieren mit dem Raspberry P i Unipolare Schrittmotoren Darlington-Arrays Experiment: Einen unipolaren Schrittmotor steuern Die H ardw are Stückliste Verbindungen mit dem Arduino Verbindungen mit dem Raspberry P i Die Software Mikroschrittbetrieb Experiment: Mikroschrittbetrieb mit dem Raspberry P i Stückliste Verbindungen mit dem Raspberry P i Software Experimentieren

7 Bürstenlose Gleichstrommotoren Zusammenfassung Heizen und Kühlen Widerstandsheizung Experiment: Heizen mit Widerständen Stückliste Zusammenbau Experimentieren Projekt: Zufallsgesteuerter Arduino-Ballonzerplatzer Stückliste Die H ardw are Die Software Den Ballonzerplatzer verwenden Heizelemente Leistung und Energie Von der Leistung zum Temperaturanstieg Kochendes Wasser Peltier-Elemente Wie funktioniert ein Peltier-Element? Praktische Überlegungen Projekt: Getränkekühler Stückliste Zusammenbau Das Projekt verwenden Zusammenfassung Regelkreise Ein einfacher Thermostat Experiment: Wie gut funktioniert ein Ein/Aus-Thermostat? Stückliste Grundkonstruktion Schaltungsaufbau Die Software Experimentieren Hysterese PID-Steuerung Proportionalität (P ) Integral (I)...234

8 Ableitung (Derivativ, D) PID-Regler einstellen Experiment: PID-geregelter Therm ostat Die H ardw are Die Software für den A rduino Experimentieren mit dem Arduino Verbindungen mit dem Raspberry P i Die Software für den Raspberry Pi Experimentieren mit dem Raspberry P i Projekt: Getränkekühler mit Thermostat Die H ardw are Stückliste Grundkonstruktion Zusammenbau Die Software für den A rduino Zusammenfassung Wechselstrom schalten Wechselstrom schalten - in der Theorie Was ist Wechselstrom? Relais Optokoppler Nulldurchgangs-Optokoppler und Triacs Wechselstrom schalten - in der Praxis Relaismodule Halbleiterrelais Der PowerSwitch T a il Projekt: Zeitschaltuhr mit dem Raspberry Pi Stückliste Zusammenbau Die Software Das Projekt verwenden Zusammenfassung Displays LED-Streifen Experiment: Einen RGB-LED-Streifen steuern Stückliste...275

9 Verbindungen mit dem Arduino Die Software für den Arduino Verbindungen mit dem Raspberry P i Die Software für den Raspberry Pi I2C-OLED-Displays Experiment: Ein I2C-Displaymodul an einem Raspberry P i Stückliste Verbindungen Die Software Experimentieren Projekt: Getränkekühler mit Temperaturanzeige Stückliste Verbindungen Die Software Zusammenfassung Ton Experiment: Lautsprecher ohne Verstärkung am Arduino Stückliste Schaltungsaufbau Die Software für den Arduino Experimentieren mit dem Arduino Verstärker Experiment: Klangdateien auf einem Arduino abspielen Stückliste Die Klangdatei erstellen Die Software für den Arduino Experimentieren mit dem Arduino Einen Verstärker an den Arduino anschließen Klangdateien auf dem Raspberry Pi abspielen Projekt: Pepe spricht Stückliste Schaltungsaufbau Die Software Die sprechende Marionette verwenden Zusammenfassung

10 16 Das Internet der Dinge Bottle für den Raspbcrry P i Projekt: Ein Webschalter mit dem Raspberry P i Die H ardw are Die Software Den Webschalter verwenden Der Arduino im Netzwerk Projekt: Die tanzende Marionette über Twitter steuern Pepe mit dem Internet verbinden IFTTT (IF This Then T h at) Das Projekt verwenden Zusammenfassung A Teile Lieferanten Widerstände und Kondensatoren Halbleiterelemente Anschlusselemente Verschiedenes Pinbelegungen B GPIO-Pinbelegung des Raspberry Pi Stichwortverzeichnis 331

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