Sensoren - messen und experimentieren mit Arduino und Raspberry Pi

Kimmo Karvinen, Tero Karvinen, Ville Valtokari

• Verlag: dpunkt.verlag
• Jahr: 2014
• eBook-ISBN: 9783864916021
• Thema: Informatik
• Thema: Hardware

Sensoren sind Ihre Augen, Ohren, Nasen und Fingerspitzen, wenn es darum geht, die physikalische Welt zu erforschen und zu vermessen. Zusammen mit den Minicomputern Arduino und Raspberry Pi ist es ganz einfach, programmgesteuert die Messwerte der Sensoren aufzunehmen, sie zu verarbeiten und Ergebnisse auszugeben oder Aktionen auszulösen. Mit diesem Buch lernen Sie, einfache Geräte zubauen, die alles Mögliche messen können - vom Nachweis verschiedener Gase über infrarotes Licht bis hin zu Beschleunigung von Objekten. Unter anderem werden folgende Themen und Projekte aus der physikalischen Welt behandelt: • Entfernungen messen mit Ultraschall und Infrarot • Gase und Rauch: Alkotest und Rauchmelder • Berührung und Druck: berührungsfreier Berührungssensor • Bewegung erkennen und steuern • Licht und Flammen: eine Chamäleonkuppel bauen • Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit: eine Roboterhand steuern • Identität feststellen: eine futuristische Schatztruhe bauen • Elektrizität und Magnetismus: Solarzellen per Web überwachen • Schall: Töne sichtbar machen • Wetter und Klima: Wettervorhersage auf E-Paper In mehr als 50 Projekten und Praxisexperimenten erfahren Sie, wie Sie die Sensoren sowohl mit dem Arduino als auch mit dem Raspberry Pi einsetzen können. Alle Experimente werden ausführlich und anschaulich erklärt, so dass sie zum Nachmachen anregen. Die entsprechenden Programme stehen zum Download bereit.

1 Raspberry Pi

Wir empfehlen Ihnen, mit dem Modell B des Raspberry Pi anzufangen, das einen kabelgebundenen Ethernet-Anschluss sowie ausreichend USB-Ports für eine Maus und eine Tastatur aufweist. Das macht den Einstieg viel einfacher.

Abb. 1–1 Peripherieanschlüsse am Raspberry Pi

Sofern Sie den Raspberry Pi nicht als Teil eines Komplettpakets gekauft haben, ist kein Gehäuse dabei. Es macht aber überhaupt nichts aus, einfach die nackte Platine auf den Tisch zu legen; dadurch wirken Sie noch mehr wie ein richtiger Elektronikfreak. Wenn Sie Zugang zu einem 3D-Drucker, CNC-Maschinen oder Laserschneidgeräten haben, können Sie auch selbst ein Gehäuse bauen. Viele Vorlagen dafür finden Sie auf http://www.thingiverse.com.

Eine SD-Speicherkarte mit 4 GB ist groß genug für das Betriebssystem. Bei einer größeren Karte kann die Abnutzung im Laufe der Zeit jedoch geringer sein (der Verschleiß kann über einen größeren Speicherplatz verteilt werden). Wenn Sie also über eine Speicherkarte von 8 GB oder mehr verfügen, ist das noch besser.

Der Raspberry Pi kann ein Full-HD-Display steuern, und über einen HDMI-Anschluss können Sie sogar Tonsignale senden. Daher eignet sich ein HD-Fernseher gut als Anzeige für einen Pi.

Eine Tastatur und eine Maus erleichtern den Einstieg. Das Modell B des Raspberry Pi verfügt über zwei USB-Anschlüsse, was gerade für Maus und Tastatur ausreicht.

Wenn Sie zusätzlich einen USB-WLAN-Adapter verwenden möchten, brauchen Sie einen USB-Hub mit eigener Stromversorgung. Eine Liste von WLAN-Adaptern, die mit dem Raspberry Pi kompatibel sind, finden Sie auf http://elinux.org/RPi_USB_Wi-Fi-Adapters. Um das WLAN auf dem Pi einzurichten, doppelklicken Sie nach der Installation des Betriebssystems und dem Start der grafischen Benutzeroberfläche auf das Symbol WIFI CONFIG auf dem Desktop.

Der teuerste 30-€-Computer?

Kabel, Tastatur, Maus und Anzeige kosten zusammen mehr als zwei Raspberry Pi. Wenn Sie all diese Teile nicht noch irgendwo als Staubfänger gelagert haben, kann das eine ziemlich große Ausgabe für einen so kleinen Computer sein. Trotzdem spart es Zeit (= Geld), wenn Sie sich eine komfortable Entwicklungsumgebung einrichten. Wenn Ihr Projekt funktioniert, können Sie das System später auf die absolut notwendigen Teile abspecken. Wie heißt es so schön? Der Raspberry Pi ist der einzige 30-€-Computer, der 100 € kostet.

Wenn Sie mit SSH oder VNC über das Netzwerk mit dem Raspberry Pi arbeiten wollen, müssen Sie nur für einen Netzwerk- und einen Stromanschluss sorgen. Dann brauchen Sie – außer für die Ersteinrichtung – keine Tastatur, keine Maus und keinen Monitor.

1.1 Raspberry Pi: Von null zum ersten Start

In diesem Kapitel erfahren Sie, wie Sie Ihren Raspberry Pi schnell arbeitsbereit machen. Als Erstes müssen Sie Linux auf dem Pi installieren. Dazu sind folgende Schritte erforderlich:

• Laden Sie den Installer herunter und entpacken Sie ihn auf einer formatierten SD-Karte.
• Legen Sie die Karte in den Raspberry Pi ein und schließen Sie eine Tastatur, eine Maus und einen Monitor an.
• Schalten Sie den Pi ein, wählen Sie aus, was installiert werden soll, und warten Sie.

Sobald alles fertig ist, müssen Sie den Pi mit der grafischen Linux-Oberfläche neu starten.

Sie benötigen dazu die folgenden Teile:

• Raspberry Pi Modell B
• Micro-USB-Kabel und USB-Ladegerät (oder Computer)
• 4-GB-SD-Karte
• Display mit HDMI-Anschluss
• HDMI-Kabel
• USB-Maus
• USB-Tastatur

1.1.1 NOOBS*.zip entpacken

Laden Sie NOOBS_vX_Y_Z.zip von http://raspberrypi.org/downloads herunter (während wir diese Zeilen schreiben, ist die Version NOOBS_v1_3_4.zip aktuell, aber wenn Sie dies lesen, kann der Dateiname durchaus schon wieder anders lauten).

Alle in diesem Buch erwähnten wichtigen Links sowie Kopien einiger Dateien finden Sie auf http://www.dpunkt.de/sensoren (oder http://botbook.com).

Legen Sie die SD-Karte in Ihren Computer ein. Die meisten SD-Karten sind bereits werkseitig mit FAT32 formatiert. Sofern Sie also keine SD-Karte verwenden, die Sie selbst formatiert haben, reicht es aus, die NOOBS-Zip-Datei auf der SD-Karte zu entpacken. Vergewissern Sie sich anschließend, dass sich die Datei bootcode.bin im Wurzelverzeichnis (oberste Ebene) der SD-Karte befindet.

Wenn Sie die SD-Karte formatieren müssen, verwenden Sie dazu das Formatierungsprogramm der SD Card Association.

In modernen Versionen von Linux, Windows und OS X können Sie einfach auf die NOOBS-Zip-Datei doppelklicken oder rechtsklicken, um sie zu entpacken. Bei älteren Versionen von Windows können Sie 7zip installieren und damit Zip-Dateien entpacken.

1.1.2 Kabel anschließen

Der Anschluss der Kabel ist einfach, da jedes Kabel nur in die dafür vorgesehene Buchse passt. Schließen Sie die Maus und die Tastatur an den USB-Ports des Raspberry Pi an. Wenn Sie einen HDMI-Monitor verwenden, verbinden Sie ihn und den Pi mit einem HDMI-Kabel. Bei einem PAL- oder NTSC-Bildschirm schließen Sie ein Composite-Video-Kabel an der gelben Buchse des Pi und am Monitor an.

Als Nächstes verbinden Sie den Raspberry Pi über das Micro-USB-Kabel mit der Stromversorgung. Dabei kann es sich entweder um den USB-Anschluss eines Computers oder um ein USB-Ladegerät mit mindestens 700 mA handeln.

1.1.3 Raspbian hochfahren und installieren

Sobald Sie den Stromanschluss hergestellt haben, fährt der Raspberry Pi hoch. Sie müssen ihn nicht eigens einschalten.

Wenn sich auf dem Bildschirm nichts tut, müssen Sie möglicherweise noch den richtigen Ausgabemodus für den Raspberry Pi wählen. Der standardmäßige Ausgabemodus ist HDMI, aber wenn Sie über HDMI verbunden sind und trotzdem nichts zu sehen ist, versuchen Sie, auf der an den Pi angeschlossenen Tastatur (2) zu drücken, um den sicheren HDMI-Modus auszuwählen. Erfolgt die Verbindung über den Composite-Video-Anschluss (gelb), drücken Sie (3) für einen PAL-Monitor oder -Fernseher bzw. (4) für ein NTSC-Gerät.

Zur Begrüßung sehen Sie ein Menü, das verschiedene Betriebssysteme, Sprachen und Tastaturtypen anbietet. Wählen Sie Raspbian [RECOMMENDED] (siehe Abb. 1–2), Ihre Sprache und den Typ der verwendeten Tastatur aus.

Abb. 1–2 Das Betriebssystem auswählen

Wenn Sie Debian, Mint oder Ubuntu kennen, w...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Titel
• Impressum
• Inhaltsverzeichnis
• Vorwort
• 1 Raspberry Pi
• 2 Arduino
• 3 Entfernung
• 4 Rauch und Gas
• 5 Berührung
• 6 Bewegung
• 7 Licht
• 8 Beschleunigung
• 9 Identität
• 10 Elektrizität und Magnetismus
• 11 Schall
• 12 Wetter und Klima
• A Linux-Befehle für den Raspberry Pi
• Index
• Fußnoten