Arduino in der Praxis

Die wichtigsten Anleitungen zur Arduino-Programmierung

Harold Timmis

• Publisher: Franzis Verlag
• Year: 2012
• eBook ISBN: 9783645270106
• Topic: Computer Science
• Subtopic: Hardware
• Index: Computer Science

Mit Arduino in der Praxis setzen Sie Ihre Ideen in die Realität um. Lernen Sie, solide technische Grundsätze auf all Ihre Arduino-Projekte anzuwenden - egal, ob Sie nur zum Spaß Geräte bauen oder sie verkaufen oder den Code veröffentlichen wollen. Harold Timmis zeigt Ihnen, wie Sie einen einwandfreien Entwurf für Ihr Arduino-Projekt erstellen und gründliche Tests durchführen, bevor Sie sich auf einen speziellen Prototyp festlegen.

1 Der Engineering-Prozess

In diesem Kapitel geht es um den eigentlichen Entwicklungsprozess und die Möglichkeiten der Prototypoptimierung. Vorrang hat vor allem die Vermeidung von Hard- und Software-Problemen sowie die Einhaltung eines festen Zeitplans. Die Realisierung der Projekte in diesem Buch erfolgt nach einem vorgegebenen Ablauf, der im Folgenden als Engineering-Prozess bezeichnet wird. Dieser setzt sich folgendermaßen zusammen:

• Zusammenstellen der Anforderungen
• Anlegen einer Checkliste
• Hardware
• Konfigurieren der Hardware
• Schreiben der Software
• Debuggen der Arduino-Software
• Hardware-Fehlerbehebung
• Fertiger Prototyp

Aus dieser Zusammenfassung lässt sich die Effektivität dieser Vorgehensweise für die Prototyperstellung bereits erahnen. Deshalb wird der Prozess für alle Arduino-Projekte in diesem Buch konsequent eingehalten.

Arduino ist ein frei konfigurierbarer Mikrocontroller und Open Source, d. h., der Quellcode ist frei verfügbar und die integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) zum Schreiben der Software kostenlos. Das gilt auch für einen Großteil der verfügbaren Ressourcen. Lediglich der Arduino-Mikrocontroller selbst muss käuflich erworben werden. Für den Arduino-Mikrocontroller finden Sie zahlreiche Ressourcen im Web und in Büchern, z. B. Tutorials zu einzelnen Problemstellungen. Für den Einstieg sind die Seiten www.arduino.cc und http://tronixstuff.wordpress.com/tutorials/ einen Besuch wert. Dieses Buch ist wesentlich mehr als nur eine Sammlung von Tutorials. Hier lernen Sie, den Engineering-Prozess konsequent anzuwenden, um Ihre Projekte übersichtlicher, effizienter und zuverlässiger zu gestalten.

1.1 Zusammenstellen der Hardware

Zunächst gilt es, sich mit den wichtigsten Einzelkomponenten und Materialien vertraut zu machen. Für den erfolgreichen Abschluss aller Projekte in diesem Buch benötigen Sie folgende Hardware-Komponenten:

• Arduino Duemilanove oder UNO : Beide Modelle verfügen über mehrere E/A-Ports für Sensoren und Motoren. Über diese E/As erfolgt die Steuerung und Programmablaufprotokollierung der verschiedenen Projekte in diesem Buch.
  

  Bild 1.1 Arduino UNO (links) und Duemilanove (rechts)
• ArduinoBT oder Bluetooth Mate Silver : Es empfiehlt sich, hier das Bluetooth-Mate-Silver-Modul zu verwenden. So können Sie aus Ihrem Arduino Duemilanove oder UNO ein ArduinoBT machen – und das zum halben Preis. Außerdem fehlt dem ArduinoBT ein 3,3-V-Ausgang, d. h., Sie müssten für einen 3,3-V-Ausgang dem Arduino-Board weitere Schaltungen hinzufügen. Einen solchen Ausgang benötigen Sie für Kapitel 6 (Home-Engineering) in diesem Buch.
  

  Bild 1.2 ArduinoBT (links) und Bluetooth-Mate-Silver-Modul (rechts)
• Lötfreie Steckplatine : Eine weitere wichtige Hardware-Komponente ist die lötfreie Steckplatine zur Umsetzung Ihrer Schaltungen. Für dieses Buch benötigen Sie eine mittelgroße lötfreie Steckplatine, die sowohl in der Entwurfs- als auch in der Fehlerbehebungsphase zum Einsatz kommt.
  

  Bild 1.3 Lötfreie Steckplatine
• Draht : Für die Projekte in diesem Buch wird viel Draht benötigt. Drahtbrücken erhalten Sie in jedem gut sortierten Elektrofachgeschäft.
• Arduino-Shields : In diesem Buch werden verschiedene Shields, z. B. Motor-, GPS-, GSM- und LCD-Shields verwendet.
  

  Bild 1.4 Arduino-Shields-: GPS-Shield (links), Motor-Shield (rechts)
• Motor-Shield : Dieses Shield dient der Steuerung von Motoren bis 18 V. Das Motor-Shield ist mit einer oberflächenmontierten H-Bridge zur Verwendung von Motoren mit einer höheren Versorgungsspannung/zur Steuerung von zwei Motoren ausgestattet. Weitere Informationen über H-Brücken finden Sie in Kapitel 3.
• GPS-Shield : Mit diesem Shield können Sie GPS-Positionsdaten abrufen. Es verwendet den NMEA(National Marine Electronics Association)-Standard, über den sich eine Vielzahl von Daten abrufen lässt, z. B. Längengrad, Breitengrad, GPS-Fix-Verfügbarkeit, GPS-Fix-Typ, Zeitstempel und Signal-Rausch-Verhältnis. Weitere Informationen über GPS-Systeme finden Sie in Kapitel 5.
• GSM-Shield : Mit diesem Shield können Sie die Leistungsfähigkeit des GSM-Standards nutzen, um Textnachrichten über große Distanzen hinweg zu versenden und zu empfangen. Das Shield verwendet als Standardprotokoll das GSM-Protokoll.
• LCD-Shield : Mit diesem Shield erweitern wir unseren Roboter um ein bildgebendes Verfahren und hauchen ihm dadurch Leben ein. Mit dem LCD-Shield können Sie auch eine eigene Benutzerschnittstelle für Ihren Roboter oder für jedes beliebige andere Projekt erstellen.
• Sensoren : Sensoren machen Ihre Projekte »lebendig«. Beispiele sind Bewegungsmelder, Ultraschall- und Temperatursensoren.
  

  Bild 1.5 Bewegungsmelder (links) und Ultraschallsensor (rechts)
• Bewegungsmelder: Dieser Sensor eignet sich hervorragend für die Erkennung von Infrarotlicht- und Temperaturschwankungen, lässt sich aber auch gut für die Bewegungserkennung einsetzen.
• Ultraschallsensor: Ultraschallsensoren eignen sich für das Erkennen von Objekten in der unmittelbaren Umgebung. Der hier eingesetzte Ultraschallsensor ermittelt die Entfernung zu einem bestimmten Objekt über ein digitales Ping-Signal.
• Temperatursensor : Mit diesen Sensoren können Sie die Temperatur ermitteln. Dazu müssen Sie zuerst eine Zuordnung der Spannungs- und Temperaturwerte (Skalierung) vornehmen, die Sie aufzeichnen möchten. Weitere Informationen finden Sie in Kapitel 6.
• Servos und Motoren : Motoren und Servos bieten vielfältige Steuerungsmöglichkeiten.
  

  Bild 1.6 Auswahl von Motoren
• Diverse Bauelemente: gängigste Komponenten elektronischer Schaltungen wie Widerstände, Kondensatoren, LEDs, Dioden und Transistoren.
  

  Bild 1.7 Diverse Bauelemente (Reihenklemmen, Kondensatoren, Widerstände, LEDs und Schalter)

1.2 Zusammenstellen der Werkzeuge

Sie benötigen eine Reihe von Werkzeugen, die nachfolgend aufgeführt sind.

• Lötkolben : Hiermit lassen sich Schaltungen miteinander verbinden.
  

  Bild 1.8 Lötkolben mit Halter
• Lot: Lot (Metalllegierung) ist der Werkstoff zum Verbinden von Schaltkreisen mithilfe eines Lötkolbens. Lot hat einen sehr geringen ...

Table of contents

• Inhaltsübersicht
• Vorwort
• 1  Der Engineering-Prozess
• 2  Arduino-Software-Entwicklung
• 3  Roboterausstattung – Bewegungssteuerung
• 4  Arbeiten mit LCDs
• 5  Integration eines GPS-Moduls
• 6  Home-Engineering
• 7  Roboterwahrnehmung: Objekterkennung mit Arduino
• 8  Entwicklung eines Alarmsystems
• 9  Arduino und GSM: Fehlermeldungen und Befehle
• 10  Xbox-Controller-Integration mit LabVIEW
• 11  Arduino-Steuerung mit Bluetooth
• Stichwortverzeichnis
• Impressum