Elektronik-Hacks

Ein Do-It-Yourself-Guide für Einsteiger

• Zahlreiche Projekte mit Sensoren, Fernsteuerungen, Motoren und Arduino
• Setzen Sie Ihre Elektronik-Ideen direkt in die Tat um
• Verschiedene Projekte mit dem Arduino-Mikrocontroller

Alle Projekte sind mit zahlreichen farbigen Abbildungen, Fotos und Diagrammen illustriert.

Wer braucht schon einen Abschluss als Elektroingenieur, um mit elektronischen Geräten zu basteln, sie umzubauen oder zu modifizieren? In verständlichen Anleitungen und ohne unnötigen theoretischen Ballast wird in diesem grundlegenden und praxisnahen Buch erläutert, wie Sie schnell und einfach elektronische Geräte auseinandernehmen, neu verdrahten, umbauen, oder für andere Zwecke nutzen.

Sie finden in diesem Buch zahlreiche leicht nachvollziehbare und spannende Projekte. Dabei kommen Sensoren, Beschleunigungsmesser, Fernsteuerungen, Ultraschallentfernungsmesser, Motoren, Audiogeräte, Mikrofone und UKW-Sender zum Einsatz. Ein ausführliches Kapitel zeigt außerdem verschiedene Projekte mit dem Arduino-Mikrocontroller. Das abschließende Kapitel beschreibt den korrekten Umgang mit den Werkzeugen des Elektronikers und preiswerte oder kostenlose Elektronik-Software.

• Einführung ins Verlöten von Drähten und Bauteilen
• Erklärung elektronischer Bauteile und Lesen von Schaltplänen
• Grundlagen zu Strom, Widerstand und Spannung
• Verwendung von Transistoren, LEDs und Laserdioden-Modulen
• Stromversorgung durch Netzteile, Batterien, Akkus oder Solarzellen
• Einsatz des Arduino-Mikrocontrollers und vorgefertigter Module
• Verwendung von Sensoren zum Messen von Beschleunigung, Helligkeit usw.
• Audioverstärker, Mikrofone und UKW-Sender bauen oder modifizieren
• Reparatur und Ausschlachten elektronischer Geräte

Projekte aus dem Buch:

• Detektor für Methangas
• Ein via Internet gesteuertes elektronisches Spielzeug
• Farbmessgerät
• Ultraschallentfernungsmesser
• Ein ferngesteuertes Roboterfahrzeug
• »Eierlaufen« auf Beschleunigungsmessung beruhend
• Ein 1-Watt-Audioverstärker
• Abhörwanze, gebaut aus einem gehackten MP3-UKW-Minisender
• Bremslichter und Scheinwerfer für Modellautos

Simon Monk ist seit dem Jugendalter begeisterter Hobbyelektroniker. Er hat zahlreiche Bücher zu Elektronik-Themen verfasst und ist Spezialist für Hardware-Plattformen, insbesondere Arduino und Raspberry Pi. Er verfügt über Abschlüsse in Informatik und Regelungstechnik und einen Doktortitel im Bereich Softwareentwicklung.

1;Cover;1 2;Titel;3 3;Impressum;4 4;Inhaltsverzeichnis;7 5;Danksagungen;17 6;Einführung;19 7;Kapitel 1: Erste Schritte;23 7.1;1.1 Bezugsquellen;23 7.1.1;1.1.1 Beschaffung von Bauteilen;23 7.1.2;1.1.2 Geräte zum Hacken;24 7.1.3;1.1.3 Die wichtigsten Werkzeuge;25 7.2;1.2 Abisolieren eines Kabels;27 7.2.1;1.2.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;27 7.3;1.3 Kabelverbindung durch Verdrillen;30 7.3.1;1.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;30 7.4;1.4 Kabelverbindung durch Löten;31 7.4.1;1.4.1 Schutzvorkehrungen;31 7.4.2;1.4.2 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;32 7.4.3;1.4.3 Löten;32 7.4.4;1.4.4 Kabel verbinden;33 7.5;1.5 Durchgangsprüfung;34 7.5.1;1.5.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;34 7.6;1.6 Computerlüfter als Lötrauchabsauger;36 7.6.1;1.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;37 7.6.2;1.6.2 Aufbau;37 7.7;1.7 Zusammenfassung;41 8;Kapitel 2: Theorie und Praxis;43 8.1;2.1 Zusammenstellen einer Ausrüstung für Einsteiger;43 8.1.1;2.1.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;43 8.2;2.2 Identifizieren elektronischer Bauteile;44 8.2.1;2.2.1 Widerstände;44 8.2.2;2.2.2 Kondensatoren;46 8.2.3;2.2.3 Dioden;48 8.2.4;2.2.4 LEDs;48 8.2.5;2.2.5 Transistoren;50 8.2.6;2.2.6 Integrierte Schaltkreise (ICs);50 8.2.7;2.2.7 Sonstiges;51 8.2.8;2.2.8 SMD-Bauteile;51 8.3;2.3 Strom, Widerstand und Spannung;52 8.3.1;2.3.1 Strom;52 8.3.2;2.3.2 Widerstand;53 8.3.3;2.3.3 Spannung;54 8.3.4;2.3.4 Das ohmsche Gesetz;54 8.4;2.4 Leistung;55 8.5;2.5 Lesen eines Schaltplans;57 8.5.1;2.5.1 Erste Regel für Schaltpläne: Positive Spannungen gehören nach oben;58 8.5.2;2.5.2 Zweite Regel für Schaltpläne: Ablauf von links nach rechts;58 8.5.3;2.5.3 Bezeichnungen und Werte;58 8.5.4;2.5.4 Schaltzeichen;59 8.6;2.6 Zusammenfassung;60 9;Kapitel 3: Einfache Hacks;61 9.1;3.1 Erhitzen eines Widerstands;61 9.1.1;3.1.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;61 9.1.2;3.1.2 Das Experiment;61 9.2;3.2 Verwenden von Widerständen zur Spannungsteilung;63 9.2.1;3.2.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;63 9.3;3.3 Umwa
ndeln eines Widerstandswerts in eine Spannung (und Bau eines Belichtungsmessers);66 9.3.1;3.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;66 9.4;3.4 Mobile Kleinleuchte mit Dämmerungsschalter;68 9.4.1;3.4.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;69 9.4.2;3.4.2 Steckplatine;70 9.4.3;3.4.3 Schaltungsaufbau;72 9.5;3.5 Auswahl eines Bipolartransistors;76 9.5.1;3.5.1 Datenblätter;76 9.5.2;3.5.2 MOSFETs;78 9.5.3;3.5.3 PNP- und N-Kanal-Transistoren;78 9.5.4;3.5.4 Gebräuchliche Transistoren;79 9.6;3.6 Steuern eines Motors per Leistungs-MOSFET;80 9.6.1;3.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;80 9.6.2;3.6.2 Steckplatine;81 9.7;3.7 Auswahl eines geeigneten Schalters;82 9.7.1;3.7.1 Taster;83 9.7.2;3.7.2 Mikroschalter;84 9.7.3;3.7.3 Wechselschalter;85 9.8;3.8 Zusammenfassung;86 10;Kapitel 4: LEDs;87 10.1;4.1 LEDs vor dem Durchbrennen schützen;87 10.1.1;4.1.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;88 10.1.2;4.1.2 Dioden;88 10.1.3;4.1.3 LEDs;88 10.1.4;4.1.4 Testen;90 10.2;4.2 Auswahl einer geeigneten LED;91 10.2.1;4.2.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;92 10.2.2;4.2.2 Helligkeit und Öffnungswinkel;92 10.2.3;4.2.3 Mehrfarbige LEDs;92 10.2.4;4.2.4 Infrarot- und Ultraviolett-LEDs;94 10.2.5;4.2.5 LEDs zur Beleuchtung verwenden;95 10.3;4.3 Konstantstromquelle mit dem LM317;95 10.3.1;4.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;96 10.3.2;4.3.2 Schaltungsentwurf;96 10.3.3;4.3.3 Steckplatine;97 10.3.4;4.3.4 Schaltungsaufbau;99 10.4;4.4 Flussspannung einer LED messen;100 10.4.1;4.4.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;101 10.5;4.5 Verwenden vieler LEDs;101 10.6;4.6 LEDs blinken lassen;103 10.6.1;4.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;103 10.6.2;4.6.2 Steckplatine;103 10.7;4.7 Verwenden einer Lötstreifenrasterplatine zum Aufbau des LED-Blinkers;105 10.7.1;4.7.1 Entwurf des Schaltungsaufbaus;106 10.7.2;4.7.2 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;108 10.7.3;4.7.3 Schaltungsaufbau;108 10.7.4;4.7.4 Fehlerbehebung;113 10.8;4.8 Verwendung eines Laserdioden-Moduls;113 10.9;4.9 Hacken eines Spielz
eugautos;114 10.9.1;4.9.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;114 10.9.2;4.9.2 Ladung eines Kondensators;115 10.9.3;4.9.3 Schaltungsentwurf;116 10.9.4;4.9.4 Schaltungsaufbau;117 10.9.5;4.9.5 Testen;118 10.10;4.10 Zusammenfassung;118 11;Kapitel 5: Batterien und Stromversorgung;119 11.1;5.1 Auswahl einer geeigneten Batterie;119 11.1.1;5.1.1 Speicherkapazität;119 11.1.2;5.1.2 Maximale Entladungsrate;120 11.1.3;5.1.3 Einwegbatterien;120 11.1.4;5.1.4 Akkus;123 11.2;5.2 Laden von Batterien und Akkus;125 11.2.1;5.2.1 C;125 11.2.2;5.2.2 Überladung;125 11.2.3;5.2.3 Tiefentladung;126 11.2.4;5.2.4 Lebensdauer;126 11.3;5.3 Laden eines NiMH-Akkus;126 11.3.1;5.3.1 Normales Laden;126 11.3.2;5.3.2 Schnelles Laden;127 11.4;5.4 Laden eines verschlossenen Bleiakkus;128 11.4.1;5.4.1 Laden mit regelbarem Labornetzgerät;128 11.5;5.5 Laden eines LiPo-Akkus;129 11.6;5.6 Hacken eines Mobiltelefonakkus;130 11.7;5.7 Spannungsregelung;131 11.7.1;5.7.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;133 11.7.2;5.7.2 Steckplatine;133 11.8;5.8 Spannungsverstärkung;134 11.9;5.9 Berechnung der Laufzeit;135 11.10;5.10 Notstromversorgung;136 11.10.1;5.10.1 Dioden;136 11.10.2;5.10.2 Ladungserhaltung;138 11.11;5.11 Solarzellen;139 11.11.1;5.11.1 Überprüfen eines Solar-Moduls;140 11.11.2;5.11.2 Ladungserhaltung via Solar-Modul;141 11.11.3;5.11.3 Minimierung des Energieverbrauchs;142 11.12;5.12 Zusammenfassung;142 12;Kapitel 6: Arduino-Hacks;143 12.1;6.1 Anschluss des Arduinos und eine blinkende LED;144 12.1.1;6.1.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;144 12.1.2;6.1.2 Arduino anschließen;144 12.1.3;6.1.3 Sketch zum Blinken der LED ändern;148 12.2;6.2 Relaissteuerung per Arduino;150 12.2.1;6.2.1 Relais;150 12.2.2;6.2.2 Arduino-Ausgänge;151 12.2.3;6.2.3 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;152 12.2.4;6.2.4 Schaltungsaufbau;153 12.2.5;6.2.5 Software;154 12.3;6.3 Umbau eines elektronischen Spielzeugs;155 12.3.1;6.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;155 12.3.2;6.3.2 Schaltungsaufbau;156 12.3.3;6.3.3 Der serielle
Monitor;158 12.3.4;6.3.4 Software;158 12.4;6.4 Spannungsmessung mit dem Arduino;159 12.4.1;6.4.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;160 12.4.2;6.4.2 Schaltungsaufbau;160 12.4.3;6.4.3 Software;161 12.5;6.5 LED-Ansteuerung per Arduino;162 12.5.1;6.5.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;163 12.5.2;6.5.2 Schaltungsaufbau;163 12.5.3;6.5.3 Software (Blinken);164 12.5.4;6.5.4 Software (Helligkeit);166 12.6;6.6 Tonwiedergabe mit dem Arduino;166 12.6.1;6.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;167 12.6.2;6.6.2 Schaltungsaufbau;167 12.6.3;6.6.3 Software;168 12.7;6.7 Arduino-Shields;169 12.8;6.8 Relaissteuerung über eine Webseite;170 12.8.1;6.8.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;171 12.8.2;6.8.2 Schaltungsaufbau;171 12.8.3;6.8.3 Netzwerkkonfiguration;172 12.8.4;6.8.4 Testen;174 12.8.5;6.8.5 Software;174 12.9;6.9 Steuern eines LCD-Shields per Arduino;178 12.9.1;6.9.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;179 12.9.2;6.9.2 Schaltungsaufbau;179 12.9.3;6.9.3 Software;179 12.10;6.10 Steuern eines Servos mit dem Arduino;181 12.10.1;6.10.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;181 12.10.2;6.10.2 Schaltungsaufbau;182 12.10.3;6.10.3 Software;182 12.10.4;6.10.4 Charlieplexen von LEDs;183 12.10.5;6.10.5 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;185 12.10.6;6.10.6 Schaltungsaufbau;185 12.10.7;6.10.7 Software;186 12.11;6.11 Automatische Kennworteingabe;188 12.11.1;6.11.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;188 12.11.2;6.11.2 Schaltungsaufbau;189 12.11.3;6.11.3 Software;189 12.12;6.12 Zusammenfassung;190 13;Kapitel 7: Modul-Hacks;191 13.1;7.1 Bewegungsmelder;191 13.1.1;7.1.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge (PIR und LED);192 13.1.2;7.1.2 Steckplatine;192 13.1.3;7.1.3 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge (PIR und Arduino);194 13.1.4;7.1.4 Schaltungsaufbau;194 13.1.5;7.1.5 Software;195 13.2;7.2 Entfernungsmessung per Ultraschall;196 13.2.1;7.2.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge (PIR und Arduino);197 13.2.2;7.2.2 Der Entfernungsmesser HC-SR04;197 13.2.3;7.2.3 Der Entfernungsmesser Ma
xBotix LV-EZ1;200 13.3;7.3 Funkfernsteuerungen;202 13.3.1;7.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;203 13.3.2;7.3.2 Steckplatine;203 13.4;7.4 Funkfernsteuerung und Arduino;204 13.4.1;7.4.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;205 13.4.2;7.4.2 Software;205 13.5;7.5 Drehzahlregelung per Leistungs-MOSFET;206 13.5.1;7.5.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;207 13.5.2;7.5.2 Steckplatine;207 13.5.3;7.5.3 Software;209 13.6;7.6 Steuerung eines Gleichstrommotors mit einem H-Brücken-Modul;210 13.6.1;7.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;213 13.6.2;7.6.2 Steckplatine;214 13.7;7.7 Steuerung eines Schrittmotors mit einem H-Brücken-Modul;216 13.7.1;7.7.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;218 13.7.2;7.7.2 Schaltungsaufbau;219 13.7.3;7.7.3 Software;219 13.8;7.8 Ein einfaches Roboterfahrzeug;221 13.8.1;7.8.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;222 13.8.2;7.8.2 Schaltungsaufbau;223 13.8.3;7.8.3 Testen;225 13.8.4;7.8.4 Software;226 13.9;7.9 Siebensegmentanzeigen;227 13.9.1;7.9.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;229 13.9.2;7.9.2 Schaltungsaufbau;230 13.9.3;7.9.3 Software;231 13.10;7.10 Echtzeituhr;232 13.10.1;7.10.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;233 13.10.2;7.10.2 Schaltungsaufbau;234 13.10.3;7.10.3 Software;235 13.11;7.11 Zusammenfassung;236 14;Kapitel 8: Sensor-Hacks;237 14.1;8.1 Gasmelder;237 14.1.1;8.1.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;237 14.1.2;8.1.2 Der Komparator LM311;238 14.1.3;8.1.3 Steckplatine;240 14.1.4;8.1.4 Anschluss des Methangas-Sensors am Arduino;241 14.2;8.2 Farbmessung;242 14.2.1;8.2.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;243 14.2.2;8.2.2 Schaltungsaufbau;244 14.2.3;8.2.3 Software;245 14.3;8.3 Vibrationsmessung;247 14.3.1;8.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;248 14.3.2;8.3.2 Schaltungsaufbau;248 14.3.3;8.3.3 Software;248 14.4;8.4 Temperaturmessung;250 14.4.1;8.4.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;250 14.4.2;8.4.2 Schaltungsaufbau;250 14.4.3;8.4.3 Software;251 14.5;8.5 Beschleunigungsmessung;252 14.5.1;8.5.1 Erforderliche Baute
ile und Werkzeuge;254 14.5.2;8.5.2 Schaltungsaufbau;254 14.5.3;8.5.3 Software;255 14.6;8.6 Magnetfelder messen;257 14.6.1;8.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;257 14.6.2;8.6.2 Schaltungsaufbau;257 14.6.3;8.6.3 Software;258 14.7;8.7 Zusammenfassung;259 15;Kapitel 9: Audio-Hacks;261 15.1;9.1 Audiokabel;261 15.1.1;9.1.1 Allgemeines;262 15.1.2;9.1.2 Löten an Audiosteckern;262 15.1.3;9.1.3 Stereosignal zu Mono konvertieren;264 15.2;9.2 Mikrofon-Module;265 15.3;9.3 UKW-Abhörwanze;268 15.3.1;9.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;269 15.3.2;9.3.2 Schaltungsaufbau;269 15.3.3;9.3.3 Testen;271 15.4;9.4 Auswahl von Lautsprechern;272 15.5;9.5 1-Watt-Audioverstärker;273 15.5.1;9.5.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;275 15.5.2;9.5.2 Schaltungsaufbau;275 15.5.3;9.5.3 Testen;276 15.6;9.6 Tonerzeugung mit dem Timer-Baustein 555;277 15.6.1;9.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;278 15.6.2;9.6.2 Schaltungsaufbau;278 15.7;9.7 Steuerung elektronischer Musikinstrumente via USB;279 15.7.1;9.7.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;280 15.7.2;9.7.2 Schaltungsaufbau;280 15.7.3;9.7.3 Software;280 15.8;9.8 Aussteuerungsmessung per Software;282 15.8.1;9.8.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge;283 15.8.2;9.8.2 Schaltungsaufbau;283 15.8.3;9.8.3 Software;283 15.9;9.9 Zusammenfassung;284 16;Kapitel 10: Elektronische Geräte öffnen und reparieren;285 16.1;10.1 Vermeidung von Stromschlägen;285 16.2;10.2 Auseinandernehmen und Wiederzusammenbauen von Geräten;286 16.3;10.3 Überprüfen von Sicherungen;287 16.4;10.4 Überprüfen von Batterien;289 16.5;10.5 Überprüfen einer Heizspirale;289 16.6;10.6 Aufspüren und Ersetzen defekter Bauteile;290 16.6.1;10.6.1 Überprüfen von Bauteilen;290 16.6.2;10.6.2 Entlöten;290 16.6.3;10.6.3 Bauteile ersetzen;291 16.7;10.7 Ausbau noch brauchbarer Bauteile;292 16.8;10.8 Wiederverwendung eines Mobiltelefonladegeräts;293 16.9;10.9 Zusammenfassung;294 17;Kapitel 11: Werkzeuge;295 17.1;11.1 Verwendung eines Multimeters;295 17.1.1;11.1.1 Durchgangsprüfer und Dio
dentest;295 17.1.2;11.1.2 Widerstand;296 17.1.3;11.1.3 Kapazität;297 17.1.4;11.1.4 Temperatur;297 17.1.5;11.1.5 Wechselspannung;298 17.1.6;11.1.6 Gleichspannung;299 17.1.7;11.1.7 Gleichstrom;299 17.1.8;11.1.8 Wechselstrom;300 17.1.9;11.1.9 Frequenz;300 17.2;11.2 Überprüfen eines Transistors mit dem Multimeter;300 17.3;11.3 Regelbare Labornetzgeräte;301 17.4;11.4 Kurz vorgestellt: Das Oszilloskop;303 17.5;11.5 Software;304 17.5.1;11.5.1 Simulation;304 17.5.2;11.5.2 Fritzing;305 17.5.3;11.5.3 EAGLE;305 17.5.4;11.5.4 Online-Rechner;306 17.5.5;11.5.5 Widerstandsrechner;306 17.6;11.6 Zusammenfassung;307 18;Anhang A: Bauteile;309 18.1;A.1 Werkzeug;310 18.2;A.2 Elektronische Bauteile;311 18.3;A.3 Einsteigersortimente;311 18.4;A.4 Widerstände;311 18.5;A.5 Kondensatoren;312 18.6;A.6 Halbleiter-Bausteine;312 18.7;A.7 Sonstige Komponenten;313 18.8;A.8 Module;315 19;Anhang B: Über den Autor;317 20;Stichwortverzeichnis;319