Arduino - Das umfassende Handbuch

Das perfekte Arduino-Kompendium zum Lernen, Nachschlagen, Mitmachen

Der 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 Sketch
• Elektronik verstehen, Programme schreiben, Projekte umsetzen
• Schnittstellen, Sensoren, Aktoren, Stromversorgung, Shields
• Für alle Arduino-Modelle und kompatible Controller

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