Das Sensor-Buch

Mit Elektronik, Arduino und Raspberry Pi die Welt erfassen

Kimmo Karvinen, Tero Karvinen, Thomas Demmig

• Verlag: O'Reilly
• Jahr: 2014
• Auflage: 1
• eBook-ISBN:
  9783955619046
• Thema: Computer Science
• Thema: Microelectronics

Sensoren sind überall. Die Welt ist voll von ihnen: Infrarotsensoren in Bewegungsmeldern, CO2-Detektoren für das Haus - und in Ihrem Smartphone finden sich winzige Beschleunigungsmesser, GPS-Module und Kameras. Dank der großen Verbreitung von Mobilgeräten sind Sensoren erstaunlich erschwinglich geworden. Sie können günstige Sensoren und Mikrocontroller-Boards kombinieren, um eigene Devices zu bauen. Dieses umfangreiche und in Farbe illustrierte Buch zeigt Ihnen in einer Reihe von Projekten, wie Sie Sensoren anschließen und auslesen. Sie erfahren, wie Sie die populären Arduino- und Raspberry Pi-Boards einsetzen, um Daten in einfachen, selbst geschriebenen Programmen zu verarbeiten. Mit diesem Buch schreiben Sie Programme und bauen Geräte für das Messen von: Rotation mit einem Potentiometer, Abstand mit Ultraschall, Annäherung per Infrarot, Helligkeit mit einem Fotowiderstand, Temperatur mit einem Thermometer, Kraft mit einem Drucksensor. Sie werden mit Widerstandssensoren arbeiten, aber auch mit Schaltern, Messwandlern, Potentiometern, Summern, 555-Timern und Spannungsteilern. Es gibt so viele Sinneswahrnehmungen da draußen, die Sie erfassen und verarbeiten können. Wie fangen Sie diese ein?

Kapitel 1. Sensoren

Sensoren finden sich überall im Alltag. Die Welt ist voll von ihnen: von passiven Infrarotsensoren in Bewegungsmeldern über CO₂-Detektoren in der Klimaanlage, winzigen Beschleunigungssensoren, GPS‐Modulen und Kameras in Ihrem Smartphone und Tablet – überall Sensoren! Die Vielzahl von Sensor‐Anwendungen ist bemerkenswert.

Man kann durchaus davon ausgehen, dass ein »smartes« elektronisches Gerät mit Sensoren vollgepackt ist (Abbildung 1.1). In der Tat sind aufgrund der starken Verbreitung von Smart Devices – insbesondere von Mobiltelefonen – die Preise von Sensoren in erschwingliche Bereiche gefallen. Es ist dabei nicht nur ökonomisch vertretbar, Ihre Projekte mit aufwendigeren Sensoren zu ergänzen,es gibt jetzt einfach auch viel mehr Projekte, die sich sinnvoll umsetzen lassen.

Abbildung 1.1 Diverse Sensoren: Infrarot‐Abstandsmessung, Drehung, Helligkeit, Taster, Temperatur und Entfernung

Sie werden in diesem Buch mithilfe kleiner Projekte Sensoren kennenlernen und Erfahrungen sammeln. Es macht viel mehr Spaß, erst zu bauen und dann die Theorie zu behandeln, aber beides ist gleich wichtig. Vermeiden Sie daher den Drang, nur die Projekte nachzubauen und die theoretischeren Abschnitte einfach zu überspringen.

Der Einstieg in die Arbeit mit Sensoren ist einfach, und es gibt keine Grenzen. Die Arbeit mit Elektronik ist selbst für Genies manchmal eine Herausforderung, sorgt dann aber für Innovationen und Fortschritt. Andererseits kann selbst ein Kind (mit ein wenig Hilfe) Dinge ausprobieren und kennenlernen.

Wenn Sie sich noch nicht so sehr mit Sensoren auskennen, sollten Sie sich dieses Gefühl einprägen. Denn nachdem Sie ein paar Herausforderungen gemeistert und manche Gadgets gebaut haben, werden sich viele der mysteriösen Geheimnisse rund um die Sensoren für Sie ganz selbstverständlich in Luft aufgelöst haben.

Abbildung 1.2 Einfache UND‐Verbindung mit Tastern – entworfen und gebaut von einem Vierjährigen mit Unterstützung durch einen Erwachsenen

Dieses Buch ist für jeden geeignet, der sich für Sensoren interessiert (siehe Abbildung 1.2). Nachdem Sie die Gadgets gebaut und dieses Buch gelesen haben, können Sie sich Ideen für größere Projekte zum Beispiel aus Make: Arduino Bots and Gadgets holen. Oder Sie erfahren mehr über ausgefeiltere Sensoren in Make: Sensors. Mehr Grundlagen werden Ihnen in Arduino für Einsteiger von Massimo Banzi, Raspberry Pi für Einsteiger von Matt Richardson und Shawn Wallace oder Make: Elektronik von Charles Platt vermittelt.

Was sind Sensoren? Sensoren sind elektrische Komponenten, die als Eingangsquelle dienen. Nicht alle Eingangsquellen sind explizite Sensoren, aber so gut wie alle nutzen Sensoren! Denken Sie an Ihre Computermaus oder ein Trackpad, die Tastatur, ja selbst eine Webcam – es sind keine Sensoren, aber sie setzen definitiv welche ein. Abstrakter gesagt, können Sie einen Sensor als Komponente ansehen, die einen Stimulus misst, der von außerhalb des Systems kommt (also aus dessen Umgebung). Die Ausgabedaten basieren dann auf dieser Messung. Tippen Sie zum Beispiel auf einer Tastatur, basieren die Buchstaben, die auf Ihrem Bildschirm erscheinen (die Ausgabe), auf der Messung, welche Taste/welcher Taster auf der Tastatur gedrückt wurde. Wie viele Buchstaben auf dem Bildschirm erscheinen, basiert auf einer anderen Messung (wie lange die Taste gedrückt wurde).

Das erste Projekt verwendet einen Fotowiderstand, um Licht zu messen. Ohne den Fotowiderstand (oder einen ähnlichen Sensor) gibt es für eine Schaltung keine Möglichkeit herauszufinden, wie hell es in der Umgebung ist. Durch den Sensor weiß sie also etwas, was sie vorher nicht wusste.

Alle Projekte in diesem Buch werten einen bestimmten Stimulus der Umgebung aus. Keines davon wäre ohne Sensoren möglich. Lassen Sie uns also mit den Projekten beginnen, damit Sie herausfinden können, was die Sensoren messen und wie die entsprechenden Daten aussehen.

Projekt 1: Licht mit einem Fotowiderstand messen

Licht ist in einer Umgebung ziemlich informativ: Sie können anhand des Sonnenstandes ermitteln, wie spät es ist, ein Auto lässt sich nachts mit eingeschaltetem Licht sicher steuern und Leute, die bei ihrer täglichen Arbeit nicht ausreichend Licht bekommen, können eine Winterdepression bekommen. Licht beeinflusst also viele Aspekte des Lebens – und es macht Spaß, es zu messen.

Der einfachste Sensor für das Erkennen von Licht ist ein Fotowiderstand, der auch als Light‐Dependent‐Resistor (LDR) beze...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Das Sensor-Buch
• Inhaltsverzeichnis
• Vorwort
• 1. Sensoren
• 2. Einfache Sensoren
• 3. Sensoren und Arduino
• 4. Sensoren mit dem Raspberry Pi
• A. Tipps für die Fehlersuche
• B. Einrichten der Arduino-IDE
• C. Den Raspberry Pi einrichten
• D. Materialliste
• Index
• Colophon
• Impressum