Arduino

Die Arduino-Community stellt Makern eine ausgezeichnete Grundlage für eigene Projekte zur Verfügung. Die offene Mikrocontroller-Architektur und eine komfortable Entwicklungsumgebung machen den Arduino zum idealen Ausgangspunkt für die eigenen Bastelprojekte. Dass Sie mit dem Arduino aber noch viel mehr machen können als nur LEDs leuchten zu lassen, beweist dieses umfassende Handbuch: Von der Temperaturmessung bis zum maschinellen Lernen und der anspruchsvollen Auswertung von Daten finden Sie hier Beispiele und Erklärungen zu allen Fragen, die Elektronikbegeisterte interessieren.

Aus dem Inhalt:

• Modellübersicht: Mikrocontroller für Maker
• Breadboards, Löten, Stromversorgung
• Entwicklungsumgebung und Programmierung
• Schaltungsdesign mit Fritzing und Eagle
• Sensoren: Temperatur, Feuchtigkeit, Bewegung, Ultraschall, Luftqualität u. v. m.
• Displays: LED, LCD, OLED, Touchscreens
• Relais, Motoren, Schaltaktoren
• Speicher: EEPROM, FRAM
• WLAN, Bluetooth, BLE, GSM, LoRa, LoRaWAN, LTE-M, NB-IoT
• UART, SPI, I²C, 1-Wire
• IoT-Anwendungen in der Cloud: WQTT, Thingspeak, Pushover, Dweet. io
• Projektideen 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