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E-Book

Arduino-Kochbuch

Autor	Michael Margolis
Verlag	O'Reilly Verlag
Erscheinungsjahr	2012
Seitenanzahl	624 Seiten
ISBN	9783868993547
Format	PDF/ePUB
Kopierschutz	kein Kopierschutz/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	44,90 EUR

Mit dem Arduino-Kochbuch, das auf der Version Arduino 1.0 basiert, erhalten Sie ein Füllhorn an Ideen und praktischen Beispielen, was alles mit dem Mikrocontroller gezaubert werden kann. Sie lernen alles über die Arduino-Softwareumgebung, digitale und analoge In- und Outputs, Peripheriegeräte, Motorensteuerung und fortgeschrittenes Arduino-Coding. Egal ob es ein Spielzeug, ein Detektor, ein Roboter oder ein interaktives Kleidungsstück werden soll: Elektronikbegeisterte finden über 200 Rezepte, Projekte und Techniken, um mit dem Arduino zu starten oder bestehende Arduino-Projekt mit neuen Features aufzupimpen.

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Leseprobe

Chapter 1. Erste Schritte

1.1. Einführung

Die Arduino-Umgebung wurde entworfen, um von Anfängern einfach genutzt werden zu können, die mit Software oder Elektronik keine Erfahrung haben. Mit Arduino können Sie Objekte entwickeln, die auf Licht, Töne und Bewegung reagieren oder sie kontrollieren. Arduino wurde für den Bau einer Vielzahl faszinierender Dinge verwendet, darunter Musikinstrumente, Roboter, Lichtskulpturen, Spiele, interaktive Möbel und sogar interaktive Kleidung.

Note

Wenn Sie kein Einsteiger sind, können Sie gleich mit den Rezepten weitermachen, die Sie interessieren.

Arduino wird auf der ganzen Welt in vielen Bildungsprogrammen genutzt, insbesondere von Designern und Künstlern, die auf einfache Weise Prototypen herstellen wollen, ohne allzu tief in die technischen Details ihrer Schöpfungen einsteigen zu müssen. Da sie entworfen wurde, um von nicht technisch versierten Menschen genutzt zu werden, enthält die Software viele Codebeispiele, die demonstrieren, wie man die verschiedenen Fähigkeiten der Arduino-Boards nutzt.

Obwohl sie einfach zu nutzen ist, arbeitet die Arduino zugrunde liegende Hardware mit der gleichen »Perfektion«, die Ingenieure für den Aufbau eingebetteter Systeme nutzen. Für Leute, die bereits mit Mikrocontrollern gearbeitet haben, ist Arduino aufgrund der agilen Entwicklungsmöglichkeiten und der Möglichkeit zur schnellen Implementierung von Ideen ebenfalls interessant.

Arduino ist für seine Hardware bekannt, doch man benötigt auch Software, um diese Hardware programmieren zu können. Sowohl die Hardware als auch die Software wird »Arduino« genannt. Diese Kombination ermöglicht die Entwicklung von Projekten, die die physikalische Welt wahrnehmen und steuern können. Die Software ist frei, Open Source und plattformübergreifend. Die Boards kann man kostengünstig kaufen oder selbst zusammenbauen (die Hardware-Designs sind ebenfalls Open Source). Darüber hinaus gibt es eine aktive und unterstützende Arduino-Community, die weltweit über die Arduino-Foren und das Wiki (bekannt als Arduino Playground) zugänglich ist. Die Foren und das Wiki bieten Beispiele für Projekte und Problemlösungen. Sie bieten Hilfe und Inspiration, wenn Sie Ihr eigenes Projekt vorantreiben wollen.

Die Rezepte in diesem Kapitel ermöglichen Ihnen den Einstieg. Sie zeigen Ihnen, wie man die Entwicklungsumgebung einrichtet und wie man einen Beispiel-Sketch kompiliert und ausführt.

Note

Der Quellcode mit den Computer-Instruktionen zur Steuerung von Arduino-Funktionen wird in der Arduino-Community üblicherweise als Sketch bezeichnet. Das Wort Sketch wird im gesamten Buch für Arduino-Programmcode verwendet.

Der mit Arduino mitgelieferte Blink-Sketch ist ein Beispiel für die Rezepte in diesem Kapitel, auch wenn das letzte Rezept des Kapitels etwas weitergeht. Es lässt nicht nur die auf dem Board vorhandene LED blinken, sondern fügt noch Sound hinzu und liest Eingaben über zusätzliche Hardware ein. Chapter 2 zeigt, wie man einen Sketch für Arduino strukturiert und führt in die Programmierung ein.

Note

Wenn Sie mit den Arduino-Grundlagen bereits vertraut sind, können Sie mit den nachfolgenden Kapiteln weitermachen. Als Arduino-Einsteiger macht sich das Durcharbeiten dieser frühen Rezepte später mit besseren Ergebnissen bezahlt.

Arduino-Software

Software- Programme, sog. Sketches, werden auf einem Computer mit Hilfe der Arduino- Entwicklungsumgebung (Integrated Development Environment, kurz IDE) geschrieben. Die IDE ermöglicht es Ihnen, Code zu schreiben und zu bearbeiten und diesen Code dann in Instruktionen umzuwandeln, die die Arduino-Hardware versteht. Die IDE überträgt diese Instruktionen auch auf das Arduino-Board. Diesen Prozess bezeichnet man als Hochladen (engl. Uploading).

Arduino-Hardware

Auf dem Arduino-Board wird der von Ihnen geschriebene Code ausgeführt. Das Board selbst kann nur auf Strom reagieren und ihn steuern, weshalb spezielle Komponenten angeschlossen sind, die die Interaktion mit der realen Welt ermöglichen. Diese Komponenten können Sensoren sein, die bestimmte Aspekte der physikalischen Welt in Strom umwandeln, die das Board verarbeiten kann. Es können aber auch sog. Aktuatoren sein, die Strom vom Board erhalten und ihn in etwas umwandeln, was die Welt verändert. Beispiele für Sensoren sind Schalter, Beschleunigungsmesser und Ultraschall-Abstandssensoren. Aktuatoren sind Dinge wie Lampen und LEDs, Lautsprecher, Motoren und Displays.

Es gibt eine Vielzahl offizieller Boards, die mit der Arduino-Software verwendet werden können, sowie ein breites Spektrum an Arduino-kompatiblen Boards, die von Mitgliedern der Community hergestellt werden.

Die beliebtesten Boards enthalten einen USB-Stecker, der die Stromversorgung übernimmt und die Upload-Verbindung für ihre Software herstellt. Figure 1-1 zeigt ein einfaches Board, mit dem viele Leute anfangen: das Arduino Uno.

Figure 1-1. Einfaches Board: das Arduino Uno. Photo mit freundlicher Genehmigung von todo.to.it.

Das Arduino Uno besitzt einen zweiten Mikrocontroller, der die gesamte USB-Kommunikation übernimmt. Der kleine SMD-Chip (ein ATmega8U2) ist nahe des USB-Steckers zu finden. Dieser Chip kann separat programmiert werden, so dass das Board unterschiedliche USB-Geräte emulieren kann (ein Beispiel finden Sie in ). Das Arduino Leonardo ersetzt die ATmega8U2- und ATmega328-Controller durch einen einzelnen ATmega32u4-Chip, der das USB-Protokoll softwaremäßig emuliert. Die Arduino-kompatiblen Teensy- und Teensy+-Boards von PJRC (http://www.pjrc.com/teensy/) können ebenfalls USB-Geräte emulieren. Ältere Boards (und die meisten Arduino-kompatiblen Boards) verwenden einen Chip von FTDI, der eine Hardware-USB-Lösung bietet, mit der man die Verbindung mit dem seriellen Port des Computers herstellen kann.

Sie können Boards kaufen, die so klein wie eine Briefmarke sind, etwa das Arduino Mini und das Pro Mini. Größere Boards (wie das Arduino Mega) bieten mehr Anschlüsse und leistungsfähigere Prozessoren. Es gibt auch Boards für spezielle Anwendungen, etwa das LilyPad, das man in Kleidung integrieren kann (»Wearable«-Anwendungen), das Fio für Wireless-Projekte, oder das Arduino Pro für Embedded-Anwendungen (eigenständige, häufig batteriebetriebene Projekte).

Jüngstes Mitglied ist das Arduino ADK, das über einen USB-Host-Sockel verfügt und mit dem Android Open Accessory Development Kit kompatibel ist (der offiziellen Methode, Hardware an Android-Geräte anzuschließen). Das Leonardo-Board verwendet einen Controller-Chip (den ATmega32u4), der unterschiedliche HID-Geräte repräsentieren kann. Das Ethernet-Board enthält eine Ethernet-Schnittstelle und eine Power-Over-Ethernet-Option, d.h., man kann das Board über ein einziges Kabel anbinden und mit Strom versorgen.

Es gibt noch weitere Arduino-kompatible Boards, einschließlich der folgenden:

Arduino Nano, ein kleines, USB-fähiges Board von Gravitech (http://store.gravitech.us/arna30wiatn.html)
Bare Bones Board, ein preiswertes Board mit oder ohne USB von Modern Device (http://www.moderndevice.com/products/bbb-kit)
Boarduino, ein preiswertes, für Steckbretter geeignetes Board von Adafruit Industries (http://www.adafruit.com/)
Seeeduino, eine flexible Variante des Standard-USB-Boards von Seeed Studio Bazaar (http://www.seeedstudio.com/)
Teensy und Teensy++, kleine, aber extrem vielseitige Boards von PJRC (http://www.pjrc.com/teensy/)

Eine Liste Arduino-kompatibler Boards finden Sie unter http://www.freeduino.org/.

Siehe auch

Übersicht der Arduino-Boards : http://www.arduino.cc/en/Main/Hardware.

Online-Leitfäden für den Arduino-Einstieg finden Sie unter http://arduino.cc/en/Guide/Windows für Windows, http://arduino.cc/en/Guide/MacOSX für Mac OS X und http://www.arduino.cc/playground/Learning/Linux für Linux.

Eine Liste von über einhundert Boards, die mit der Arduino-Entwicklungsumgebung genutzt werden können, finden Sie unter http://jmsarduino.blogspot.com/2009/03/comprehensive-arduino-compatible.html

1.2. Installation der integrierten Entwicklungsumgebung (IDE)

Problem

Sie möchten die Arduino-Entwicklungsumgebung auf Ihrem Computer installieren.

Lösung

Die Arduino-Software für Windows, Mac und Linux kann von http://arduino.cc/en/Main/Software heruntergeladen werden.

Der Windows-Download ist eine ZIP-Datei. Entpacken Sie die Datei in ein geeignetes Verzeichnis – Programme/Arduino ist eine gute Wahl.

Note

Ein freies Utility zum Entpacken von Dateien namens 7-Zip kann von http://www.7-zip.org/ heruntergeladen werden.

Das Entpacken der Datei erzeugt einen Ordner namens Arduino-00<nn> (dabei ist <nn> die Versionsnummer der heruntergeladenen Arduino-Release). Das Verzeichnis enthält neben verschiedenen...

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