Arduino

Das perfekte Arduino-Kompendium zum Lernen, Nachschlagen, MitmachenDer Arduino ist eine pfiffige Plattform für Maker-Ideen und obendrein ein günstiges und einfaches Tool, mit dem Sie für das Internet of Things (IoT) entwickeln können. In diesem Buch erfahren Sie auf über 850 Seiten, wie Sie den Mikrocontroller für Ihre eigenen Projekte nutzen. Sie lernen den Arduino in allen Details kennen, machen sich mit der Programmierung in C++ vertraut und erhalten Einblick in die Vielfalt an Zubehör, Shields, Sensoren, Aktoren und Komponenten, die es für den Arduino gibt. Kurz: Dieses Buch ist ein Muss für alle, die mit dem Arduino basteln. Sind Sie sich vielleicht noch nicht sicher, welcher Arduino für Ihr Projekt am besten passt? Welches Starter-Kit eignet sich am besten für den Einstieg? Dieses Buch stellt Ihnen die Vielzahl der Arduino-Modelle und Klone von unterschiedlichen Herstellern mit ihren individuellen Eigenschaften ausführlich vor. Tauchen Sie ein in die Elektrotechnik und profitieren Sie von den klaren Fritzing-Schaltskizzen im Buch, an denen Sie sich ganz genau die Versuchs- und Projektaufbauten anschauen können. Der Code für Ihre Programme ist in übersichtlichen Listings aufbereitet und auch für Einsteiger gut lesbar und verständlich erklärt. Damit nicht genug: Von der Temperaturmessung bis zum maschinellen Lernen und der anspruchsvollen Auswertung von Daten bietet das Buch Elektronikbastlern Beispiele und Erklärungen zu allen Fragen rund um den Arduino. Mehr Arduino als in diesem Buch geht nicht! Arduino-Grundlagen von der Leiterplatte bis zum fertigen SketchElektronik verstehen, Programme schreiben, Projekte umsetzenSchnittstellen, Sensoren, Aktoren, Stromversorgung, ShieldsFür alle Arduino-Modelle und kompatible Controller Aus dem Inhalt:Modellübersicht: Mikrocontroller für MakerBreadboards, Löten, StromversorgungEntwicklungsumgebung und ProgrammierungSchaltungsdesign mit Fritzing und EagleSensoren: Temperatur, Feuchtigkeit, Bewegung, Ultraschall, Luftqualität u. v. m. Displays: LED, LCD, OLED, TouchscreensRelais, Motoren, SchaltaktorenSpeicher: EEPROM, FRAMWLAN, Bluetooth, BLE, GSM, LoRa, LoRaWAN, LTE-M, NB-IoTUART, SPI, I²C, 1-WireIoT-Anwendungen in der Cloud: WQTT, Thingspeak, Pushover, Dweet. ioProjektideen für Maker: von der Messung des Raumklimas und Radioaktivität bis zum Einsatz von Kameras

0. Materialien zum Buch . . . 15
0. Geleitwort . . . 17
1. Arduino -- was ist das? . . . 19

1. 1 . . . Arduino -- etwas Hintergrund . . . 19
1. 2 . . . Open Source: Die Lizenzen des Arduino-Projekts . . . 20
1. 3 . . . Maker und die Arduino-Community . . . 23
1. 4 . . . Arduino Uno Rev3 -- der Standard . . . 25
1. 5 . . . Details zum Mikrocontroller . . . 30

2. Die Arduino-Hardware . . . 59

2. 1 . . . Die Produktfamilie Arduino . . . 59
2. 2 . . . Arduino-kompatible Boards . . . 100
2. 3 . . . Arduino-Shields . . . 141
2. 4 . . . Expansionsboards . . . 150

3. Das Experimentierumfeld . . . 155

3. 1 . . . Elektronische Bauteile . . . 155
3. 2 . . . Grundlagen zur Schaltungstechnik . . . 173
3. 3 . . . Breadboards und Zubehör . . . 178
3. 4 . . . Qwiic, Grove und mikroBUS Connection . . . 183
3. 5 . . . Spannungsversorgung . . . 187
3. 6 . . . Messtechnik . . . 201
3. 7 . . . CAD-Software . . . 211

4. Arduino-Software . . . 217

4. 1 . . . Schritte bei der Programmerstellung . . . 217
4. 2 . . . Die Arduino-Entwicklungsumgebung . . . 218
4. 3 . . . Die Arduino-Create-Plattform . . . 223
4. 4 . . . Arduino Create vs. Arduino IDE . . . 227
4. 5 . . . Programmieren in C++ . . . 228
4. 6 . . . Den Arduino programmieren . . . 258
4. 7 . . . Arduino-Boards in Betrieb nehmen . . . 285
4. 8 . . . Arduino-Debugging . . . 305
4. 9 . . . MicroPython mit Arduino . . . 319
4. 10 . . . Grafische Programmierung mit ArduBlock . . . 322
4. 11 . . . Simulation mit Wokwi . . . 326

5. Sensoren . . . 329

5. 1 . . . Der Thermistor als Temperatursensor . . . 329
5. 2 . . . Der Temperatursensor TMP36 . . . 332
5. 3 . . . Der Temperatur- und Feuchtigkeitssensor DHTxx/AM23xx . . . 336
5. 4 . . . Der Temperatur- und Feuchtigkeitssensor Si7021 . . . 342
5. 5 . . . Der Temperatursensor DS18B20 . . . 345
5. 6 . . . Die barometrischen Drucksensoren BMP180, BMP280 und BME280 . . . 349
5. 7 . . . Sensoren zur Messung der Luftqualität . . . 354
5. 8 . . . Der Grove-Feinstaubsensor PPD42NS . . . 363
5. 9 . . . Der Umweltsensor SEN55 . . . 367
5. 10 . . . Der Lichtstärkesensor GY-30 (BH1750FVI) . . . 368
5. 11 . . . Das Farbsensormodul GY-TCS3200D . . . 372
5. 12 . . . Ultraschall-Entfernungsmessung . . . 377
5. 13 . . . ToF-Entfernungsmessung . . . 382
5. 14 . . . Bewegungsdetektion mit PIR-Sensoren . . . 385
5. 15 . . . Wetterdaten . . . 388

6. Eingabeelemente . . . 395

6. 1 . . . Taster und Schalter . . . 395
6. 2 . . . Keypads . . . 397
6. 3 . . . Joysticks . . . 404
6. 4 . . . Drehgeber . . . 407
6. 5 . . . Touch-Sensoren . . . 411
6. 6 . . . Touch-Panels . . . 412
6. 7 . . . RFID . . . 416
6. 8 . . . NFC . . . 425

7. Anzeigeelemente . . . 439

7. 1 . . . LEDs und RGB-LEDs . . . 439
7. 2 . . . Sieben-Segment-Anzeigen . . . 445
7. 3 . . . LED-Dot-Matrix-Anzeigen . . . 448
7. 4 . . . Seriell gesteuerte RGB-LEDs . . . 452
7. 5 . . . LCDs . . . 463
7. 6 . . . OLED-Displays . . . 480
7. 7 . . . ePaper . . . 490
7. 8 . . . M5Stack-Displays . . . 491
7. 9 . . . Touchscreens . . . 492

8. Aktoren . . . 533

8. 1 . . . Relais . . . 533
8. 2 . . . Motoren . . . 538

9. Externe Speicher . . . 571

9. 1 . . . Internes EEPROM . . . 571
9. 2 . . . Externes EEPROM . . . 574
9. 3 . . . FRAM . . . 577

10. Kommunikation . . . 581

10. 1 . . . Serielles Interface UART, der interne Monitor . . . 581
10. 2 . . . SPI . . . 587
10. 3 . . . Der I2C-Bus . . . 593
10. 4 . . . Der 1-Wire-Bus . . . 596
10. 5 . . . CAN . . . 602
10. 6 . . . Bluetooth und BLE . . . 610
10. 7 . . . Der Arduino im Netzwerk . . . 624
10. 8 . . . LoRa bzw. LoRaWAN . . . 642
10. 9 . . . GSM . . . 669
10. 10 . . . LTE . . . 675
10. 11 . . . 3GPP LPWAN . . . 680

11. Mikrocontroller-Netzwerke . . . 711

11. 1 . . . nRF24L01-Netzwerke . . . 712
11. 2 . . . nRF24L01-Mesh . . . 735
11. 3 . . . Meshtastic . . . 735
11. 4 . . . ZigBee . . . 751

12. Datenformate und Kommunikationsprotokolle . . . 767

12. 1 . . . JSON . . . 767
12. 2 . . . MQTT . . . 770

13. Projektideen für den Arduino . . . 777

13. 1 . . . Tragbare Elektronik (Wearables) . . . 777
13. 2 . . . Überwachung des Raumklimas . . . 780
13. 3 . . . OpenWeatherMap: Open Data aus dem Internet . . . 798
13. 4 . . . Pushover-Statusmeldungen . . . 804
13. 5 . . . Überwachung von Pflanzen . . . 811
13. 6 . . . Messung von radioaktiver Strahlung . . . 816
13. 7 . . . M5StickC . . . 824
13. 8 . . . Kameraanwendungen . . . 829
13. 9 . . . Batteriebetriebener und solargepufferter IoT-Knoten . . . 839
13. 10 . . . Low-Power-IoT-Knoten mit Display . . . 847
13. 11 . . . Approximation nichtlinearer Sensorkennlinien . . . 855
13. 12 . . . Maschinelles Lernen . . . 859

Anhang . . . 863

A. 1 . . . Arduino-Distributoren . . . 863
A. 2 . . . Internationale Beschaffung . . . 863
A. 3 . . . Technische Daten im Vergleich . . . 864
A. 4 . . . Spezifikation von Widerständen . . . 868

Index . . . 873