Arduino Schaltungsprojekte für Profis

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1 13,60 mm Günter Spanner Arduino Arduino Schaltungsprojekte für Profis Für den großen Erfolg der Arduino-Plattform lassen sich zwei Ursachen finden. Zum Einen wird durch das fertige Prozessor-Board der Einstieg in die Hardware enorm erleichtert. Der zweite Erfolgsfaktor ist die kostenlos verfügbare Programmieroberfläche (Open Source), die ohne Installationsprozeduren sofort einsetzbar ist. Einfache Einstiegsbeispiele sorgen für den schnellen Erfolg. Eine komplizierte Auswahl von Parametern, wie etwa Prozessorversion oder Schnittstelleneinstellungen sind nicht erforderlich. Erste Beispielprogramme können innerhalb weniger Minuten auf das Arduino-Board geladen und getestet werden. Arduino Schaltungsprojekte für Profis Günter Spanner Hier setzt dieses Buch an. Systematisch werden Projekte vorgestellt, die in verschiedene Themengebiete einführen. Dabei wird neben den erforderlichen theoretischen Grundlagen stets größter Wert auf eine praxisorientierte Ausrichtung gelegt. So werden wichtige Techniken wie AD-Wandlung, Timer oder Interrupts stets in Praxisprojekte eingebettet. Es entstehen Lauflichteffekte, ein Aufwachlicht, voll funktionsfähige Voltmeter, präzise Digitalthermometer, Uhren in allen Variationen, Reaktionszeitmesser oder mausgesteuerte Roboterarme. Und ganz nebenbei hat der Leser die Basics der zugehörigen Controllertechnik verstanden und im wahrsten Sinne des Wortes begriffen. Programmiergrundlagen Einfache Projekte für den Einstieg Schnittstellen- und Hardware-Erweiterungen Komplexe Anwendungen für Fortgeschrittene Günter Spanner Unterstützt wird der Arduino-Anwender durch eine Fülle von Software-Bibliotheken. Die täglich wachsende Flut von Libraries stellt den Einsteiger vor erste Probleme. Nach einfachen Einführungsbeispielen ist der weitere Weg nicht mehr klar erkennbar. Hier fehlen oft detaillierte Beschreibungen und die mehr oder weniger gut beschriebenen Projekte führen eher zu Verwirrung. Ein klar erkennbarer roter Faden fehlt, da die Anwendungen natürlich von einer Vielzahl verschiedener Personen erstellt wurden, die alle jeweils ein spezielles Ziel vor Augen hatten. Schaltungsprojekte für Profis ISBN Elektor-Verlag GmbH Aachen Cover_Arduino_rz_neu-2.indd :52

2 Dr. Günter Spanner Arduino Schaltungsprojekte für Profis

3 Über den Autor Der Autor des vorliegenden Buches ist beruflich seit über 15 Jahren in Forschung und Entwicklung aktiv. Der Schwerpunkt seiner Tätigkeit für verschiedene Großkonzerne wie Siemens und ABB ist die Projektleitung im Bereich Elektronikentwicklung und Physikalische Technologie. Unter seiner Federführung entstanden in Kooperation mit verschiedenen Universitäten Patente auf den unterschiedlichsten Gebieten: Von der Elektronik über die Umweltsensorik bis hin zur Bio- und Medizintechnik. Dank seiner Tätigkeiten im Bereich Sourcing Engineering und als Technology- und Category-Mananger verfügt er über detaillierte Kenntnisse des Halbleitermarktes und der Produktionstechnik. Neben seiner Tätigkeit als Fachdozent für Physik und Elektrotechnik hat er verschiedene Fachartikel und Bücher zu den Themen Elektronik, Halbleitertechnik und Mikrocontroller veröffentlicht, sowie Kurse und Lernpakete zu diesen Themen erstellt.

4 Dr. Günter Spanner Arduino Schaltungsprojekte für Profis Elektor-Verlag, Aachen

5 2012: Elektor Verlag GmbH, Aachen. 1. Auflage 2012 Alle Rechte vorbehalten. Die in diesem Buch veröffentlichten Beiträge, insbesondere alle Aufsätze und Artikel sowie alle Entwürfe, Pläne, Zeichnungen und Illustrationen sind urheberrechtlich geschützt. Ihre auch auszugsweise Vervielfältigung und Verbreitung ist grundsätzlich nur mit vorheriger schriftlicher Zustimmung des Herausgebers gestattet. Die Informationen im vorliegenden Buch werden ohne Rücksicht auf einen eventuellen Patentschutz veröffentlicht. Die in diesem Buch erwähnten Soft- und Hardwarebezeichnungen können auch dann eingetragene Warenzeichen sein, wenn darauf nicht besonders hingewiesen wird. Sie gehören dem jeweiligen Warenzeicheninhaber und unterliegen gesetzlichen Bestimmungen. Bei der Zusammenstellung von Texten und Abbildungen wurde mit größter Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag, Herausgeber und Autor können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgend eine Haftung übernehmen. Für die Mitteilung eventueller Fehler sind Verlag und Autor dankbar. Korrektorat: Ute Marion Poeppel, Bonn Umschlaggestaltung: Etcetera, Aachen Satz und Aufmachung: InterMedia Lemke e. K., Ratingen Druck: WILCO, Amersfoort (NL) Printed in the Netherlands ISBN Elektor-Verlag GmbH, Aachen /D

6 Inhalt 1 Einführung Das Arduino-Projekt Aufbau und Zielgruppe des Buches Aufbau und Funktion der Hardware Große Auswahl: Arduino-Typen In allen Variationen erhältlich: Shields Proto Shield Motor Shield Ethernet Shield Ohne Power läuft nichts: Die Stromversorgung Der Controller das Herz des Arduinos Das USB-Interface die gute Verbindung zum PC Entwicklungsumgebung und Programmiergrundlagen Die Integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) Auch für Linux-Freunde: Die Arduino-IDE unter UBUNTU Einfacher Einstieg der Warnblinker r Die allgemeine Struktur eines Arduino-Programms Grundelemente der Programmiersprache C für den Arduino Programm-Strukturen Arduino-spezifische Funktionen Punkt und Komma für den Controller: Syntax-Elemente Elementare Datenspeicher: Variablen Die hohe Kunst der Mathematik: Operatoren Für eindeutige Aussagen: Logische Operatoren Unveränderliche Parameter: Konstanten Umgang mit größeren Datenmengen: Variablenfelder r Programmsteuerung und Kontrollstrukturen Zeitsteuerung Mathematische und trigonometrische Funktionen Zufallszahlen Erweiterte Möglichkeiten: Einfügen von Bibliotheken Elektronische Bauelemente und Low Cost Freeduinos Breadboards Einfach und effektiv ohne Löten Lochraster Dauerhafte Aufbauten ohne Chemie Low Cost Freeduinos Arduino und seine Helfer: Die wichtigsten elektronischen Bauelemente USB-Kabel Widerstände Kondensatoren Potentiometer LEDs

7 INHALT RGB-LEDs Drucktaster Siliziumdioden Transistoren Hello World Lauflichter in allen Varianten Es geht auch heller: Ansteuerung von Power-LEDs POVino: Persistence of Vision-Display Displays und Anzeigetechniken Bargraph-Anzeigen die Klassiker für Meßanwendungen Einfach und preisgünstig: Sieben-Segmentdisplays stellige Siebensegment-Displays: Basis für Messgeräte und Uhren LED-Matrix Minimonitor für Zeichen und Graphik Das Dot-Matrix-Display als zweistellige Digitalanzeige Der Mikrocontroller lernt schreiben: Alphanumerisches Display LCD-Anzeigen Messtechnik und Sensoren Flexibel und schnell ablesbar: LED-Voltmeter Volt- und Amperemeter präzise Messgeräte für das Hobbylabor Kiloohmmeter für individuelle Anwendungen Nie mehr Ärger mit defekten Elkos Kondensator-Tester Elkodino picofaradino: Messung kleiner Kapazitäten Transistortester Transistino Ein einfaches NTC-Thermometer r Heiß oder kalt? Temperaturmessung mit dem AD Fernthermometer r Thermodino präzises Thermometer mit Siebensegment-Display Wann fühlt man sich am wohlsten? Hygrometer Akkudino das Kapazitätsmessgerät für Akkus Optosensoren nicht nur beim Photographieren wichtig! Reflexlicht für Geo-Caching Für Profi-Photographen: Digital-Luxmeter Radarstation für zu Hause: Distanzmessung mit Ultraschall Timer, Uhren und Interrupts Für Spaß am Morgen und am Abend: Formel-I-Zahnputzuhr Präzise und praktisch: Digitaluhr mit LED-Anzeige Wer ist schneller? Ein Reaktionszeitmesser Timerino ein Universal-Timer mit Siebensegment-Display Steckdosen-Timer erleichtern das tägliche Leben Mit atomarer Präzision: DCF77-Funkuhr

8 INHALT 8.7 Ausgabe von Zeit und Datum auf die serielle Schnittstelle DCF77-Funkuhr mit LC-Display als Stand-alone-Gerät Schnittstellen Universell und einfach: Die I2C-Schnittstelle Wenn die Pins mal knapp werden: Port-Erweiterung Mega-Lauflicht mit 24 LEDs Hex-Debugger mit 2-stelliger Siebensegment-Anzeige LC-Display-Steuerung via I2C und PCF Diesmal voll digital: LM75-Temperaturmessung Stromsparend: Realtime-Clock mit Datumsanzeige Drahtlos praktisch gut: Die IR-Schnittstelle Lampino, die IR gesteuerte RGB-Lampe Luxus pur Digitaluhr mit IR-Fernbedienung Optimal für Mikrocontroller: die PS/2-Schnittstelle Tastatur und Maus als universelle Eingabemedien Ein kompletter Mikrocomputer mit LCD-Monitor und Tastatur Sound und Synthesizer Schallwandler und Verstärker r Einfache Töne Schnelle PWM macht s möglich: nicht nur Töne sondern Klänge Theremin Die berührungslose Sound-Maschine Audio-Processing VCO: Durchstimmbare Sinusquelle Digitales Signal-Processing Klangwolken: Digitaler Synthesizer Digitale Regelungstechnik Reglertypen Der P-Regler Der I-Regler Der PI-Regler Der PD-Regler Der PID-Regler Optimale Arbeitsplatzbeleuchtung: Digitaler Helligkeitsregler Klassiker der Regelungstechnik: Der Gravitationskompensator Physical Computing Servos steuern die Welt Photino, der 2-D-Kamera Schwenker Kranino: Kransteuerung mit Maus Processing Arduino & Processing ein erfolgreiches Duo Interaktion mit Processing Datenlogger, Trendkurven und Co Modulares Großprojekt Wohnzimmerbox Immer nützlich: die Uhr

9 14.2 Bedienung aus der Ferne: IR-Schnittstelle V-Steuerung für HiFi, TV oder Lampen etc Timer und Sensoren als Basis für die Heimautomatisierung Thermometer für Innen und Außen Nie mehr zu trockene Luft: Hygrometer r Die Hardware Das Beispielprogramm zur Wohnzimmerbox Anhang Literatur Bezugsquellen Programme, Informationen und Updates Verzeichnis der Beispielsketche und -programme Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Stichwortverzeichnis

10 1 Einführung Für den großen Erfolg des Arduinos lassen sich zwei Ursachen finden. Zum einen wird durch das fertige Prozessorboard der Einstieg in die Hardware enorm erleichtert. Die typischen Anfängerprobleme wie Quarze, die aufgrund falscher Lastkapazitäten nicht anschwingen, falsche Spannungsversorgungen oder Probleme mit den Einstellungen der Konfigurationsparameter ( Fuse-Bits ) sind beim Arduino unbekannt. Das Board wird einfach mit der USB-Schnittstelle des PCs oder Laptops verbunden und los geht s. Auch Jugendliche oder Angehörige der älteren Generationen, die noch niemals mit Elektronik in Berührung gekommen sind, haben hier keinerlei Probleme. Der zweite Erfolgsfaktor, ist die zugehörige Programmieroberfläche. Diese wird zum einen kostenlos als Open-Source-Version zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus ist sie ohne Installation sofort einsetzbar. Einfache Einstiegsbeispiele sorgen für den schnellen Erfolg. Eine komplizierte Auswahl von Parametern, wie etwa Prozessorversion oder Schnittstelleneinstellungen sind nicht erforderlich. Die ersten Beispielprogramme können innerhalb weniger Minuten auf den Arduino geladen und getestet werden. Weiterhin wird der Arduino-Anwender durch eine Fülle von Software-Bibliotheken unterstützt. Die praktisch täglich wachsende Flut von Libraries stellt dann aber oft den Einsteiger vor erste Probleme. Nach einfachen Einführungsbeispielen ist der weitere Weg nicht mehr klar erkennbar. Hier fehlen oft detaillierte Beschreibungen und Erläuterungen. Die Vielzahl, der im Internet mehr oder weniger gut beschriebenen Projekte, führt eher zur Verwirrung. Ein klar erkennbarer roter Faden fehlt, da die Anwendungen natürlich von einer Vielzahl verschiedener Personen erstellt wurden, die alle jeweils ein spezielles Ziel vor Augen hatten. Hier setzt das vorliegende Buch an. Systematisch werden Projekte vorgestellt, die in verschiedene Themengebiete einführen. Dabei wird neben den erforderlichen theoretischen Grundlagen stets größter Wert auf eine praxisorientierte Ausrichtung gelegt. So werden wichtige Techniken wie AD-Wandlung, Timer oder Interrupts stets in Praxisprojekte eingebettet. Es entstehen Lauflichteffekte, voll funktionsfähige Voltmeter, präzise Digitalthermometer, Uhren in allen Variationen, Reaktionszeitmesser oder mausgesteuerte Roboterarme und ganz nebenbei hat der Leser die Basics der zugehörigen Controllertechnik verstanden und im wahrsten Sinne des Wortes begriffen. Die vorgestellten Praxisprojekte bleiben dabei aber nicht im Status eines Laborprototyps stehen. Durch entsprechende Tipps und Hinweise entstehen vielmehr praxistaug- 9

11 1 EINFÜHRUNG liche Geräte, die in Haushalt, Hobby und Beruf eingesetzt werden können. Die Projekte lassen sich dabei stets kostengünstig mit gängigen Komponenten realisieren. Auf den Einsatz teurer und schwer zu beschaffender Spezialteile wurde vollständig verzichtet. Im Abschlusskapitel wird schließlich eine Arduino-basierte Wohnzimmerbox vorgestellt. Diese ist modular aufgebaut und kann an die individuellen Bedürfnisse angepasst werden. Hier kann das erlernte Wissen noch einmal praktisch umgesetzt werden und es entsteht ein alltagstaugliches, aber dennoch nicht alltägliches Gerät. 1.1 Das Arduino-Projekt Die Idee Arduino wurde am Institut für Interaktives Design in Ivrea, Italien im Jahre 2005 geboren. Die Suche nach einem kostengünstigen Mikrocontrollersystem für Design- Studenten führte zu einer handlichen Leiterplatte mit allen erforderlichen elektronischen Bauelementen. Das Hauptziel war die Entwicklung eines preisgünstigen Controllerboards das auch von Kunst- und Designstudenten ohne Vorkenntnisse in den Bereichen Elektronik und Programmierung schnell und unkompliziert eingesetzt werden kann. Die erste Version des Arduinos bestand aus einem Hardware-Bausatz, der einfach und schnell zusammen gelötet werden konnte. Dieser erste Bausatz war innerhalb kürzester Zeit ausverkauft und rasch folgten weitere Auflagen. Designer und Künstler aus anderen Regionen nahmen die Idee auf und das Arduino-Prinzip verbreitete sich zunächst in Italien, dann in Europa und schließlich weltweit Schnell wuchs das Interesse auch bei anderen Anwendergruppen, außerhalb von Kunstakademien und Designerschulen. Das Konzept einer einfachen und kostengünstigen Hardware-Plattform zusammen mit einer frei verfügbaren, leicht zu erlernenden Programmiersprache, wurde bald auch von Hobbyanwendern honoriert. Schließlich erkannten auch Schulen und Hochschulen im wissenschaftlichen und technischen Bereich das enorme Potential der Arduino-Idee. Es entstanden neue Hardware-Versionen und sogenannte Shields, also aufsteckbare Erweiterungsplatinen und die Einsatzgebiete des Arduinos waren nur noch durch die Phantasie des Anwenders begrenzt. Inzwischen haben die Verkaufszahlen aller Arduino-Versionen zusammen die Stück-Grenze bei weitem überschritten. Wenn man auch noch Eigen- und Nachbauten in Betracht zieht, so dürfte mittlerweile sogar die 1-Millionen-Grenze übertroffen sein. Es ist somit sicherlich nicht übertrieben, wenn behauptet wird, dass der Arduino das erfolgreichste Mikrocontroller-Board aller Zeiten ist. 1.2 Aufbau und Zielgruppe des Buches Das vorliegende Buch wendet sich an alle, die bereits einige grundlegende Erfahrungen auf dem Gebiet der Elektronik gesammelt haben. Allerdings sind bereits klassische Schulkenntnisse vom Stromkreis, Ohmschen Gesetz etc. vollkommen ausreichend. Zudem werden in Kapitel 4 die prinzipiellen Funktionen und Eigenschaften der wichtigsten Bauelemente erläutert. Im weiteren Verlauf werden aber auch sehr anspruchsvolle Pro- 10

12 AUFBAU UND ZIELGRUPPE DES BUCHES 1.2 jekte besprochen, so dass dort durchaus auch Studenten oder Dozenten technischer Fächer neue Herausforderungen finden werden. Die Projekte sind einzelnen Themengruppen zugeordnet. Allerdings wurde darauf geachtet, dass die technisch weniger anspruchsvollen Themen am Anfang des Buches behandelt werden. Für Einsteiger ist es also sicher sinnvoll, die Kapitel des Buches der Reihe nach durchzugehen, auch wenn nicht jedes einzelne Projekt aufgebaut wird. 11

13 2 Aufbau und Funktion der Hardware Das Arduino-Board war in seiner ursprünglichen Form mit einem ATmega8-Mikrocontroller und einem einfachen RS232-Pegelumsetzer bestückt. Damit konnte es direkt über die serielle Schnittstelle eines PCs oder Laptops programmiert werden. Im Laufe der Zeit haben sich aus diesem Urtyp eine Vielzahl von Updates und Varianten entwickelt. Da immer weniger PCs mit seriellen Schnittstellen ausgestattet wurden und Laptops dieses sogenannte Legacy -Interface so gut wie gar nicht mehr aufwiesen, war einer der ersten Fortschritte in der Arduino-Entwicklung der Einsatz eines USB zu RS232- Konverters. Hierfür wurde zunächst ein spezieller FTDI-Chip eingesetzt. Im Arduino UNO wurde dieser verhältnismäßig teure Chip durch einen ATmega8U2 ersetzt. Dieser kann mittels einer speziellen Firmware ebenfalls USB-Signale in das RS232-Protokoll umsetzen. Bild 2.1: Arduino Uno Auch der ursprünglich als Hautprozessor eingesetzte ATmega8 wurde durch die leistungsfähigeren Typen ATmega168 und ATmega328 ersetzt. Parallel zu den Hauptentwicklungslinien sind im Laufe der Jahre viele mehr oder weniger kompatible Ableger entstanden. So gibt es etwa sogenannte Rugged Versionen, bei welchen alle Ports 13

14 3 Entwicklungsumgebung und Programmiergrundlagen Das Arduino-Board wird über eine spezielle, anfängerfreundliche Programmierober fläche (IDE = Integrated Design Environment = Integrierte Entwicklungsoberfläche) programmiert. Der große Vorteil im Vergleich zu einer klassischen Tool-Chain liegt darin, dass sie sehr intuitiv bedient werden kann. Neben dem Arduino-Board selbst, ist diese spezielle Entwicklungsumgebung sicher einer der Hauptfaktoren für den großen Erfolg des Arduino-Konzeptes. 3.1 Die Integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) Die IDE erfordert keine langwierige Installation. Die ersten Programme können direkt nach dem Start der IDE auf den Mikrocontroller geladen werden. Die aktuelle Version der IDE kann kostenlos unter heruntergeladen werden. Es stehen verschiedene Versionen für die gebräuchlichsten Betriebssysteme (Windows, MAC OS und Linux) zur Verfügung. Die vollständigen Programmpakete liegen als komprimierte ZIP-Archive vor und können in ein beliebiges Verzeichnis extrahiert werden. Hinweis: Die aktuelle Version der IDE ist Arduino 1.x. Die Vorgängerversionen wurden alle mit vierstelligen Ziffern (0001 bis 0023) bezeichnet. Unglücklicherweise wurden beim Übergang zur Version 1.0 verschiedene Änderungen implementiert, welche die Kompatibilität mit älteren Sketchen und Bibliotheken deutlich einschränken. 21

15 4 Elektronische Bauelemente und Low Cost Freeduinos Vom Standpunkt der Betriebssicherheit ist eine gut gelötete Leiterplatte kaum zu übertreffen. Desh alb werden so gut wie alle elektronischen Schaltungen im industriellen Bereich als bestückte Platinen ausgeliefert. Auch das Arduino-Board selbst besteht aus einer solchen industriell gefertigten Leiterplatte. Im Umfeld der Schaltungsentwicklung haben solche Leiterplatten aber einen gravierenden Nachteil: Wenn sie einmal fertig entwickelt sind, kann die Schaltung praktisch nicht mehr verändert werden. Selbst kleine Anpassungen oder Erweiterungen erfordern eine komplette Überarbeitung (ein sogenanntes Re-Design ). Für Laborzwecke gibt es deshalb Lochrasterplatinen. Hier werden die Bauteile auf ein Standardraster aus Lötpunkten oder Leiterbahnen gesetzt und gegebenenfalls zusätzlich mit Schaltdraht verbunden. Im nachfolgenden Kapitel sind hierzu weitere Informationen zu finden. 4.1 Breadboards Einfach und effektiv ohne Löten Noch einen Schritt weiter gehen die sogenannten Steckplatinen, auch unter der Bezeichnung Breadboards bekannt. Hier können Schaltungen ganz ohne Löten aufgebaut werden. Steckfedern aus Metall im inneren dieser Boards sorgen für elektrisch leitende Verbindungen zwischen den elektronischen Bauelementen. In der Abbildung sind diese Verbindungen durch schwarze Linien angedeutet. Bild 4.1 zeigt ein solches Breadboard. Natürlich erreichen diese Steckplatinen nicht die Zuverlässigkeit von gelöteten Leiterplatten. Tro tzdem könn en sorgfältig aufgebaute Breadboard-Schaltungen über Jahre hinweg zuverlässig funktionieren. Diese Aufbautechnik ist also nicht nur auf kurzlebige Experimentieraufbauten beschränkt. Bei normalen Umgebungsbedingungen, d. h. nicht zu großen Temperaturschwankungen oder übermäßig hohen Luftfeuchtigkeiten, können Geräte auf Breadboard-Basis durchaus mit professioneller Elektronik konkurrieren. Bei anspruchsvollen Anwendungen, wie beispielsweise in mobilen Geräten oder im Fahrzeugeinsatz ist eine Breadboard-Schaltung natürlich ungeeignet. Aufgrund der hier auftretenden Vibrationen kann man in diesen Bereichen nicht mit einer allzu hohen Zuverlässigkeit rechnen und muss auf Lochrasterplatinen oder besser noch auf geätzte Platinen ausweichen. 47

16 5 Hello World Eine der einfachsten Mikrocontroller-Anwendungen ist das Schalten von LEDs. Diese sind für den Betrieb mit Mikrocontrollern bestens geeignet. Klassische Versionen benötigen einen Strom von ca. 20 ma. Dieser kann ohne weiteres von einem Mikrocontroller- Pin zur Verfügung gestellt werden. Sogenannte Low-Current-Typen kommen bereits mit 2 ma aus. In diesem ersten größeren Projekt werden 10 LEDs angesteuert. Bild 5.1 zeigt den Aufbau der Schaltung. Geradezu ideal sind die bereits im Abschnitt angesprochenen 5-V-LEDs. Diese können direkt an die Ausgänge des Arduinos geschaltet werden. Die in Bild 5.1 dargestellten strombegrenzenden Vorwiderstände sind dann nicht erforderlich, da diese ja bereits in die LED integriert sind. 5.1 Lauflichter in allen Varianten Werden mehrere LEDs eingesetzt, dann lassen sich problemlos Lau flichteffekte z. B. für case modding oder Modelleisenbahnen realisieren. Im Programm werden zunächst die LED-Pins als Array definiert. Die Var iable direction legt die Laufrichtung des Lichtpunktes fest, die Variable LED enthält die Portnummer der jeweils aktuell aktivierten Leuchtdiode. Im setup werden zunächst alle beschalteten Ports als Ausgänge definiert und auf LOW-Potential gelegt. In der Hauptschleife wird dann die erste LED mit digitalwrite(ledpin[led], HIGH); eingeschaltet. Nach einer kurzen Wartepause von 50 ms wird genau diese LED wieder ausgeschaltet und anschließend die Variable LED um den Wert direction erhöht. Wenn also direction = 1 gilt, dann wandert der Lichtpunkt in Richtung höhere Portnummern, also z. B. nach rechts. Für direction = -1 wandert der leuchtende Punkt in die entgegengesetzte Richtung. Durch zwei if-abfragen wird das Ende der Lichterkette bei LED Nr. 0 der LED Nr. 9 erkannt und die Laufrichtung umgedreht. 55

17 6 Displays und Anzeigetechniken Displays sind die wichtigsten Schnittstellen zwischen dem Menschen und der Maschine. In den letzten Jahren hat es gerade in diesem Bereich enorme Fortschritte gegeben. Bis Ende der 90er-Jahre dominierten im Computer-Bereich Röhrenmonitore mit oftmals flimmernden Bildern, geringer Auflösung und mit enormem Energieverbrauch. Mit dem Aufkommen der Flachbildschirme hat sich die Situation grundlegend verbessert. Nun stehen Monitore mit Bildschirmdiagonalen von über einem Meter und in voller HD-Auflösung zur Verfügung. Aber auch den Bereich der mobilen Geräte hat die Displaytechnik revolutioniert. Ohne brillante, ultraflache und robuste Displays wären Geräte wie IPod, IPad, Digitalkameras oder Smartphones aller Varianten undenkbar. Prinzipiell sind natürlich auch hochauflösende Farbdisplays mit einem Mikrocontroller ansteuerbar. Allerdings ist ein Arduino hier doch etwas überfordert. Dennoch stehen auch für kleinere Controller verschiedene attraktive Displays zur Verfügung. Angefangen von einfachen Bargraph-Anzeigen, über Siebensegment-Displays, LED-Punktmatrizen bis hin zu LC-Textanzeigen, lässt die Technik hier kaum Wünsche offen. Natürlich steht im Mikrocontrollerbereich die Anzeige und Visualisierung von Messwerten und Daten im Vordergrund, hochauflösende Graphiken und schnelle Videospiele bleiben vorerst noch leistungsstärkeren Prozessoren vorbehalten. 6.1 Bargraph-Anzeigen die Klassiker für Meßanwendungen Eine einfache Display-Version wurde schon beim POV-Projekt eingesetzt: die LED-Bargraph-Anzei ge. Diese besteht aus Einzeldioden in rechteckiger Bauform, die in einem gemeinsamen Gehäuse aneinander gereiht werden. Neben POV-Applikationen lassen sich damit auch sehr einfach optische Effekte, wie variable Leuchtbänder oder Lauflichter erzeugen. Achten Sie beim Einsatz von LED-Bargraph-Anzeigen immer auf geeignete Vorwiderstände. Wird immer nur jeweils ein einzelnes LED-Element aktiviert, so genügt ein einziger Widerstand in der für alle Elemente gemeinsamen Zuleitung. Wenn mehrere LEDs gleichzeitig leuchten sollen, hat die Verwendung eines gemeinsamen Vorwiderstandes den Nachteil, dass die einzelnen Segmente immer dunkler werden, je mehr LEDs gleichzeitig leuchten. Dieses Verhalten ergibt sich, da mit steigendem Strom der Spannungs- 61

18 7 Me sstechnik und Sensoren Was die Sinne für den Menschen sind, sind Sensoren für die Technik. Nahezu alle menschlichen und tierischen Sinne können mit technischen Mitteln nachgebildet werden. Kameras, oder in einfachen Fällen Photodioden, können als technische Augen betrachtet werden. Mikrophone oder andere Schallwandler erfassen Geräusche mit ähnlicher Empfindlichkeit wie menschliche Ohren. Aber auch Temperatur- und Tastsinn können durch Sensoren ersetzt werden. Daneben weist die Elektronik aber auch noch weitergehende Möglichkeiten auf. So sind Größen, für die der Mensch kein direktes Sinnesorgan besitzt, wie etwa elektrische Ströme und Spannungen oder aber auch radioaktive Strahlung, technisch leicht erfassbar. 7.1 Flexibel und schnell ablesbar: LED-Voltmeter Der Arduino erlaubt es, mit sehr geringem Aufwand, an zusätzlichen Bauelementen ein recht praxistaugliches Spannungsmessgerät aufzubauen. Mit lediglich ein paar 5-V-LEDs kann ein sogenanntes Bargraph-Voltmeterr realisiert werden. Bekannt ist diese Anzei- geart von den Pegelmessinstrumenten an hochwertigen HiFi-Anlagen. Aber auch in der Automobiltechnik, etwa bei digitalen Tachometern, wird diese Art der Messwertanzeige häufig eingesetzt, da sie ein schnelles Erfassen einer sich rasch ändernden Größe ermöglicht. So kann die Länge eines Leuchtbalkens deutlich schneller erkannt werden als eine konventionelle Ziffernanzeige, insbesondere auch dann, wenn die Ziffern infolge sich schnell ändernder Werte rasch durchlaufen. Die Schaltung zu einer Bargraph-Anzeige zeigt Bild 7.1. Beachten Sie, dass in dieser Variante jedes LED-Element seinen eigenen Vorwiderstand (220 Ω) benötigt. Für Testzwecke kann man auch nur einen einzelnen Vorwiderstand verwenden, so wie bei der POV-Schaltung. Man erkennt dann sehr schön, wie bei zunehmender Anzahl aktiver Elemente, die einzelnen LEDs immer dunkler werden. Im Programm werden zunächst die verwendeten Arduino-Ports in einem Array zusammengefasst. Auf diese Weise können alle Ports sehr einfach innerhalb einer for-schleife angesprochen werden. Im Setup werden die Ports genau auf diese Weise alle als Ausgänge definiert. In der Variablen value wird der ADC-Wert erfasst. Der Wert in delta definiert die Schrittweite der Anzeige. Für delta = 50 ergibt sich eine Spannung von U delta = (delta/1023)*u ref = (50 /1023)*5 V = 0,24 f 85

19 8 Timer, Uhren und Interrupts Da auf dem Arduino-Board bereits ein Quarz integriert ist, eignet es sich auch besten s zum Bau von präzisen Uhren und Timern. Mit einer Quarzzeitbasis können Präzisionen im ppm-bereich (parts per million) erreicht werden. Das bedeutet, dass Frequenzabweichungen nicht größer als 1: sind. In Zeiten umgerechnet heißt das, dass eine Uhr innerhalb eines Monats nur um wenige Sekunden vor oder nach geht. Noch höhere Präzision ist mit einem DCF-77-Funkmodul erzielbar. Dieses empfängt die Zeitsignale eines Senders bei Frankfurt. Damit wird die maximale Zeitabweichung auf weniger als eine Sekunde in Jahren reduziert. Das sollte für alltägliche Erfordernisse mehr als ausreichend sein. Aber nicht immer geht es nur um die maximal erreichbare Präzision. Vielmehr kann der Arduino auch dazu benutzt werden, um kleine nützliche oder auch witzige Helfer für den Alltag aufzubauen. Das Projekt im folgenden Kapitel ist ein Beispiel dafür. 8.1 Für Spaß am Morgen und am Abend: Formel-I-Zahnputzuhr Zähneputzen ist eine alltägliche Routineaufgabe. Die in diesem Kapitel vorgestellte Zahnputzuhr kann mehr Spannung in diese tägliche Aufgabe zu bringen. Besonders für Kinder kann mit solchen Gadgets die Motivation für die tägliche Mundhygiene deutlich verbessert werden. Als Display kommt die LED-Matrix zum Einsatz. Dabei wird hier von der Tatsache Gebrauch gemacht, dass ein Matrix-Display nicht nur Ziffern und Zahlen darstellen kann, sondern eben auch einfache Graphiken. Die nachfolgenden Abbildungen zeigen die Symbole zum Putzen der linken und der rechten oberen Zahnreihe. Analoge Symbole werden für den Unterkiefer dargestellt. Abschließend symbolisiert ein Smiley den Abschluss der Mundhygiene. Auf der Hardwareseite wird das Matrix-Display standardmäßig (s. Kapitel 6.4) an den Arduino angeschlossen. Zusätzlich kommt noch ein piezoelektrischer Schallwandler zwischen Pin 13 und GND zum Einsatz. Damit wird ein akustisches Signal erzeugt, wenn der nächste Zahnquadrant an der Reihe ist. 129

20 9 Schnittstellen In digitalen Geräten müssen häufig Daten zwischen verschiedenen Bausteinen ausgetauscht werden. Hierfür wurden verschiedene Bus-Systeme entwickelt. Jedes dieser Systeme weist spezifische Vor- und Nachteile auf. Einige Busse sind besonders robust gegenüber Störeinstrahlungen, andere erlauben das Überbrücken größerer Distanzen. Im Bereich der Mikrocontrolertechnik hat sich ein Bussystem besonders durchgesetzt: Der sogenannte I2C-Bus (oft als I quadrat C-Bus ausgeprochen). 9.1 Universell und einfach: Die I2C-Schnittstelle Der I2C-Bus zeichnet sich dadurch aus, dass er mit geringstem Hardware-Aufwand auskommt. Die Bezeichnung I2C steht dabei für IIC oder Inter-IC bzw. Inter-Integrated- Circuit-Bus. Entwickelt und spezifiziert wurde der Bus von der Firma Philips. Er ist deshalb, insbesondere auch in vielen Geräten der Unterhaltungselektronik, zu finden. Der I2C-Bus ermöglicht eine synchrone serielle Zweidrahtverbindung zwischen einem Master und mehreren Slaves. Auf einer Leitung (SCL = Serial Clock) wird der Takt gesendet, auf der zweiten Leitung (SDA = Serial Data) werden die Daten übertragen. Daten können sowohl vom Controller (Master) zum Slave, als auch vom Slave zum Master gesendet werden. Die Takterzeugung wird dagegen immer vom Master übernommen. Prinzipiell ist es auch möglich, an einem Bus mehrere Master zu betreiben. Man spricht dann vom sogenannten Multi-Master-Bus. In diesem Fall muss sichergestellt werden, dass es nicht zu Buskollisionen kommt, d. h. ein Master darf den Bus nur dann übernehmen, wenn der Bus gerade nicht von einem anderen Master belegt ist. Diese Betriebsart ist jedoch vergleichsweise selten anzutreffen und wird hier nicht näher beschrieben. Der I2C-Bus verfügt über vier Geschwindigkeitsstufen: 100 khz Takt: Standard-Mode 400 khz-takt: Fast-Mode 1,0 MHz-Takt: Fast-Mode Plus 3,4 MHz-Takt: High Speed Mode Meist werden inzwischen Taktraten bis zu 1MHz unterstützt. Den prinzipiellen Aufbau eins I2C-Bussystems zeigt Bild

21 10 Sound und Synthesizer Neben der optischen Informationsausgabe über LEDs, LC-Displays oder Ziffernanzeigen eignen sich Mikrocontroller auch bestens zur Erzeugung von akustischen Signalen. Die bekanntesten Beispiele hierfür sind die Ausgabe kurzer Töne als Warnsignale. Einfache Akustische Signale lassen sich mit Mikrocontrollern sehr einfach erzeugen, da Frequenzen im Hörbereich zwischen 16 Hz und 16 khz liegen und entsprechende Signale für Controller keine Herausforderung darstellen. Darüber hinaus ist aber auch die Ausgabe komplexer Klangstrukturen möglich, welche ganz erstaunliche akustische Eindrücke liefern. Das Spektrum reicht hier von simplen elektronischen Orgelklängen bis hin zu ausgefeilten Synthesizern. Prinzipiell ist sogar eine rudimentäre synthetische Spracherzeugung mit der Rechenleistung des Arduinos möglich. Allerdings sind die Ergebnisse hier naturgemäß noch nicht ganz zufriedenstellend. Man kann aber davon ausgehen, dass sich hier in Zukunft noch einiges tun wird Schallwandler und Verstärker Die einfachste Möglichkeit, die Signale eines Mikrocontrollers hörbar zu machen, besteht im direkten Anschluss eines piezoelektrischen Schallwandlers an einen Prozessor-Pin. Allerdings liefert ein Piezo zum einen nur eine relativ geringe Lautstärke, zum anderen ist die erzielbare Klangqualität sehr bescheiden. Piezos werden daher meist nur zur Widergabe sehr einfacher Signaltöne eingesetzt. Eine deutlich bessere Klangqualität lässt sich mit einem sogenannten dynamischen Lautsprecher erzielen. Dieser weist jedoch typischerweise eine Impedanz von nur wenigen Ohm auf. Er kann daher nicht direkt an einen Prozessor-Pin angeschlossen werden, da der Pin sonst überlastet werden könnte. Hier ist also ein Verstärker r erforderlich. Mit dem LM386 steht ein für diese Anwendung hervorragend geeigneter Baustein zur Verfügung. Für den Aufbau eines vollständigen Verstärkers sind nur wenige externe Bausteine erforderlich. Das zugehörige Schaltbild ist in Bild 10.1 dargestellt. Neben dem eigentlichen Verstärker kommt noch ein Audio-Filter zum Einsatz. Der 2,2-μF- Kondensator sorgt einerseits für eine gleichspannungsmässige Entkopplung des Verstärkers und andererseits für eine gewisse Hochpasswirkung. Der 1μF-Kondensator dagegen hat einen Tiefpasseffekt. Dieser ist insbesondere dann erwünscht, wenn 193

22 11 Digitale Regelungstechnik Die Grundprinzipien der Regelung sind nicht nur in der Technik weit verbreitet. Sie sind auch in praktisch allen Bereichen der belebten und der unbelebten Natur zu finden. Ohne Regelungen wäre Leben praktisch unmöglich. So müssen in vielen biologischen Prozessen ganz bestimmte Bedingungen und Werte in engen Toleranzbereichen eingehalten werden. Einer der bekanntesten Regelkreise in diesem Bereich ist die Konstanthaltung der Körpertemperatur. Ein weiterer sehr wichtiger Regelkreis sorgt für einen weitgehend konstanten Zuckerspiegel im Blut. Biologische Glucosesensoren erfassen die Blutzuckerkonzentration und die Bauchspeicheldrüse schüttet Insulin aus, sobald sich der Blutzuckerspiegel über den Normalwert erhöht. Das Insulin sorgt für eine erhöhte Aufnahme von Glucose durch die Körperzellen und der Zuckerspiegel wird wieder reduziert. Weitere Beispiele für biologische Regelkreise sind der aufrechte Gang, Blutdruck und Herzfrequenz, Pupillengröße und Umgebungshelligkeit usw. In der Technik wird allgemein der Fliehkraftregler von James Watt, als erster bedeutender Schritt hin zur Regelungstechnik, angesehen. Der Engländer regelte damit die Drehzahl seiner ersten Dampfmaschine. Seit dieser Zeit hat die Regelungstechnik in allen Gebieten des modernen Lebens Einzug gehalten. Temperaturregler in Heizungsanlagen, Gefrier- und Kühlschränken, Belichtungsautomatismen in Fotoapparaten, ABS-und ESP- Systeme in Fahrzeugen oder die Frequenzregelung im Stromversorgungsnetz sind hier nur einige wenige Beispiele. Umgangssprachlich wird oft nicht zwischen Regelungen und Steuerungen unterschieden. In der Technik sind diese beiden Begriffe allerdings sehr wohl zu trennen. Unter Steuern versteht man einen Prozess ohne jegliche Rückkopplung. Die Ausgangsgröße wird dabei nicht überwacht und kann sich durch Störungen von außen verändern. Beispiele hierfür sind die Helligkeitssteuerung einer Glühlampe durch einen Dimmer oder die Geschwindigkeitssteuerung eines Motors mit einer einstellbaren Gleichspannung. Im zweiten Fall können beispielsweise Lastschwankungen die Drehzahl des Motors beeinflussen, so dass die ursprünglich gewünschte Drehzahl nicht erreicht wird. Genau hier setzt nun die Regelungstheorie an. Soll etwa eine Drehzahl konstant gehalten werden, ist eine Rückkopplung erforderlich, um die steuernde Spannung anzupassen. Genau diese Rückkopplung kennzeichnet einen Regelkreis. 215

23 12 Physical Computing Das noch relativ junge Fachgebiet des Physical Computing beschäftigt sich mit der Erfassung von Umweltdaten und der Steuerung und Regelung mechanischer Größen. Während Umweltdaten elektronisch sehr leicht mit verschiedenen Sensoren erfasst und quantitativ bestimmt werden können, ist die Steuerung mechanischer Größen meist mit etwas größerem Aufwand verbunden. Häufig wird die Bezeichnung Physical Computing auch für Projekte aus dem künstlerischen Bereich oder bei Designer-Applikationen verwendet. Auch das Gebiet der Robotik und der autonomen Maschinen zählt zum Physical Computing. Speziell im Umfeld des Physical Computing wurden mit Arduino-Unterstützung bereits ganz erstaunliche Projekte realisiert. Zu den bekanntesten zählen eine Laserlichtharfe, Arduino-basierte Steuerungen für Hochgeschwindigkeitsphotographie oder auf zwei Rädern balancierende Roboterfahrzeuge. Als Aktuatoren stehen verschiedene Systeme zur Verfügung. Eine der einfachsten Möglichkeiten, stellt die Ansteuerung eines Gleichstrommotors dar. Bei geringer Leistung kann dieser direkt an einen Controller-Pin angeschlossen werden. Bei höheren Motorleistungen ist eine Transistorstufe erforderlich (s. z. B. Bild 5.2). Zusätzlich sind spezielle Maßnahmen zur Unterdrückung von Induktionsspannungen, wie z. B. Abblockkondensatoren und Freilaufdioden notwendig. Mit Gleichstrommotoren lassen sich allerdings nur relativ einfache Anwendungen realisieren. Wenn höhere Präzision gefragt ist, dann empfiehlt sich der Einsatz von Schrittmotoren. Dieser Motortyp zeichnet sich dadurch aus, dass er bestimmte Positionen mit hoher Präzision anfahren kann. Allerdings sind auch für die Ansteuerung von Schrittmotoren, spezielle Treiber notwendig. Darüber hinaus können mit Schrittmotoren durch das Abzählen der Einzelschritte, nur Relativbewegungen gesteuert werden. Für absolute Positionierungen, sind wiederum Rückkopplungsmechanismen erforderlich. Wesentlich einfacher ist die Ansteuerung von Servomotoren. Hierbei handelt es sich um komplette Antriebssysteme inklusive einer Motorsteuerung und eines Positionierungssystems. Bei einfachen Servosystemen besteht das Positionierungssystem aus einem Getriebe und einem Potentiometer. Das als Spannungsteiler betriebene Potentiometer, ist über das Getriebe fest mit der Motorachse verbunden, so dass die Poti-Spannung ein direktes Maß für die genaue aktuelle Motorposition liefert. Über eine integrierte Regelschleife, kann ein Servo somit mittels eines einfachen digitalen Steuersignals sehr prä- 229

24 13 Processing Processing ist das Gegenstück zur Arduino-IDE für den PC. Oft wird sogar auch die Programmiersprache für den Arduino als Processing bezeichnet. In Bild 13.1 wird die nahe Verwandschaft der beiden Programme offensichtlich. Bild 13.1: Die Processing-Oberfläche Auch die Steuer-Icons haben die gleichen Bedeutungen w ie beim Arduino, natürlich mit dem Unterschied, dass mit dem run-symbol das aktuelle Programm nicht zum Arduino gesendet, sondern direkt vom PC ausgeführt wird. Das Programm kann kostenlos unter 241

25 14 Modulares Großprojekt Wohnzimmerbox Im letzten Kapitel soll ein etwas größeres Projekt vorgestellt werden. Es handelt sich dabei um eine Wohnzimmerbox, d. h. ein voll praxistaugliches Gerät, das ganz nach den Wünschen seines Besitzers gestaltet werden kann und durchaus nützliche Aufgaben übernimmt. Der modulare Aufbau der Box garantiert eine optimale Flexibilität bezüglich der Anpassung des Projekts an die Vorstellungen des Erbauers. Natürlich bilden auch die hier vorgeschlagenen Features nur einen kleinen Teil der denkbaren Anwendungen. Es steht jedem frei, bei Bedarf weitere Sensoren, Displays etc. hinzuzufügen. Mit dem, durch die Lektüre dieses Buches erworbenem Wissen, sollte dies keine Probleme mehr bereiten. Die Box erhält ein ca. 32 cm x 22 cm x 8 cm großes, formschönes Gehäuse, so dass auch die Frau im Hause keinen Einspruch gegen das Aufstellen der Eigenbauelektronik in der guten Stube erhebt. Alle Daten, welche die Box liefert, sollen auf einem LC-Display dargestellt werden. Um für Ergänzungen und Erweiterungen auch noch genügend Spielraum zu haben, ist ein 4x16- oder sogar ein 4x20-Zeichen-Typ empfehlenswert. Um eine Vielzahl von Anwendungen mit einem einzelnen Controller zu steuern, wird intensiv von den Möglichkeiten des I2C-Busses Gebrauch gemacht. Bild 14.1: Außenansicht der Wohnzimmerbox 251

26 STICHWORTVERZEICHNIS Stichwortverzeichnis 2-D Kameraschwenkarm 233 A Akkus 112 Analogkanäle 243 Arduino 9 arithmetische Operatoren 36 ATmega ATmega Audio-Prozessing 206 B Balkengrafik 243 Bandpassfilter 209 Bargraph-Anzeige 61 Bargraphvoltmeter 85 Bibliotheken 45 Breadboards 47 D Dämmerungsschalter 116 Datenlogger 247 DCF-77 Funkmodul 129 DCF77-Modul 150 Digitaluhr. 136 Dioden 53 Displays 61 Drucktaster 53 E Elektrolytkondensatoren 94 Elektromagnet 236 Elkos 94 externen Spannung 17 F Feuchtesensoren 110 Fototransistor 117 Fuse-Bits 9 G Geo-Caching 118 Gravitationskompensator 222 H Hallfedern 209 Hallplatten 209 Helligkeitsregler 218 HEX-Debugger 162 I I2C-Bus 155 IDE 21 Inter-Integrated-Circuit-Bus 155 IR-Empfänger 175 IR-Fernbedienung 182 IR-Schnittstellen 175 K Kalibrierung 90 Konstanten 39 Kranino 236 L Lauflichteffekte 55 LC-Displays 79 Leistungs-LEDs 57 Leiterplatte 47 lichtempfindliche Bauelemente 116 Lichtschranken 116 Lochrasterplatine 48 Logische Verknüpfungen 36 Luxmeter 120 M Magnet 225 Mikrocontroller 18 Minimal-Arduino 49 Mood-Lights 179 Multicolor-LEDs 53 N Nachhall 209 Netzrelais 146 Netzspannungsgeräte 146 NiMH-Akkumulatoren 112 NTCs

27 STICHWORTVERZEICHNIS P PCF PC-Tastaturen 185 PD-Regler 226 Photodioden 116 Physical Computing 229 Potentiometer 52 POV 58 Power-LED 220 Processing 241 PS/2-Mäuse 185 PS/2-Schnittstelle 185 Pulsweitenmodulation 197 Punktmatrix-Anzeigen 69 Q Quarz 129 R RC5 Code 175 Reaktionszeit 140 Regelkreis 215 Regelung 215 relativen Luftfeuchte 110 RGB-LED 179 Ringspeicher 209 RTC-Baustein 171 U UBUNTU 27 Ultraschallkapseln 122 Ultraschallmessgeräte 122 Upload 25 USB-Kabel 24 V Variablen 34 Variablenfelder 40 Variablentypen 35 VCO 207 Verify 25 Verstärker 193 W Warnblinker 29 Widerstände 50 Wohnraumhygrometer 110 Wohnzimmerbox 251 Z Zahnputzuhr 129 Zufallszahlen 44 S Schwebezustand 225 Sensoren 85 Shields 15 Shift-Operatoren 37 Sieben-Segmentanzeigen 62 Steckplatinen 47 Steuericons 241 Steuerungen 215 Stromversorgung 17 Strukturen 41 Synthesizer 193 T Temperatursensor 103 Theremin 204 Thermometer 101, 105 Timer 143 Transistorparameter

28 13,60 mm Günter Spanner Arduino Arduino Schaltungsprojekte für Profis Für den großen Erfolg der Arduino-Plattform lassen sich zwei Ursachen finden. Zum Einen wird durch das fertige Prozessor-Board der Einstieg in die Hardware enorm erleichtert. Der zweite Erfolgsfaktor ist die kostenlos verfügbare Programmieroberfläche (Open Source), die ohne Installationsprozeduren sofort einsetzbar ist. Einfache Einstiegsbeispiele sorgen für den schnellen Erfolg. Eine komplizierte Auswahl von Parametern, wie etwa Prozessorversion oder Schnittstelleneinstellungen sind nicht erforderlich. Erste Beispielprogramme können innerhalb weniger Minuten auf das Arduino-Board geladen und getestet werden. Arduino Schaltungsprojekte für Profis Günter Spanner Hier setzt dieses Buch an. Systematisch werden Projekte vorgestellt, die in verschiedene Themengebiete einführen. Dabei wird neben den erforderlichen theoretischen Grundlagen stets größter Wert auf eine praxisorientierte Ausrichtung gelegt. So werden wichtige Techniken wie AD-Wandlung, Timer oder Interrupts stets in Praxisprojekte eingebettet. Es entstehen Lauflichteffekte, ein Aufwachlicht, voll funktionsfähige Voltmeter, präzise Digitalthermometer, Uhren in allen Variationen, Reaktionszeitmesser oder mausgesteuerte Roboterarme. Und ganz nebenbei hat der Leser die Basics der zugehörigen Controllertechnik verstanden und im wahrsten Sinne des Wortes begriffen. Programmiergrundlagen Einfache Projekte für den Einstieg Schnittstellen- und Hardware-Erweiterungen Komplexe Anwendungen für Fortgeschrittene Günter Spanner Unterstützt wird der Arduino-Anwender durch eine Fülle von Software-Bibliotheken. Die täglich wachsende Flut von Libraries stellt den Einsteiger vor erste Probleme. Nach einfachen Einführungsbeispielen ist der weitere Weg nicht mehr klar erkennbar. Hier fehlen oft detaillierte Beschreibungen und die mehr oder weniger gut beschriebenen Projekte führen eher zu Verwirrung. Ein klar erkennbarer roter Faden fehlt, da die Anwendungen natürlich von einer Vielzahl verschiedener Personen erstellt wurden, die alle jeweils ein spezielles Ziel vor Augen hatten. Schaltungsprojekte für Profis ISBN Elektor-Verlag GmbH Aachen Cover_Arduino_rz_neu-2.indd :52