With the availability of free and open source C/C++ compilers today, you might wonder why someone would be interested in assembler language. What is so compelling about the RISC-V Instruction Set Architecture (ISA)? How does RISC-V differ from existing architectures? And most importantly, how do we gain experience with the RISC-V without a major investment? Is there affordable hardware available?
The availability of the Espressif ESP32-C3 chip provides a way to get hands-on experience with RISC-V. The open sourced QEMU emulator adds a 64-bit experience in RISC-V under Linux. These are just two ways for the student and enthusiast alike to explore RISC-V in this book.
The projects in this book are boiled down to the barest essentials to keep the assembly language concepts clear and simple. In this manner you will have “aha!” moments rather than puzzling about something difficult. The focus in this book is about learning how to write RISC-V assembly language code without getting bogged down. As you work your way through this tutorial, you’ll build up small demonstration programs to be run and tested. Often the result is some simple printed messages to prove a concept. Once you’ve mastered these basic concepts, you will be well equipped to apply assembly language in larger projects.
Affordable solutions with the ESP8266 and 3D printing
If you are looking for a small yet powerful IoT device, you are likely to come across the ESP8266 and compatible products on the market today. One of these, the Wemos/Lolin D1 Mini Pro board strikes a remarkable balance between cost and performance. A small and very affordable prototype board, the D1 Mini Pro stands out with its WiFi functionality and a 16-Mbytes flash memory for easy creation of a flash file system. In addition, there are sufficient input and output pins (only one analog input though) to support PWM, I²C, and One-Wire systems to mention but a few. The book describes the operation, modding, construction, and programming of home appliances including a colorful smart home accessory, a refrigerator/greenhouse controller, an AC powerline monitor, a door lock monitor, and an IKEA Trådfri controller.
As a benefit, all firmware developed for these DIY, "IoT-ized" devices can be updated over-the-air (OTA).
For most of the designs in the book, a small printed circuit board (PCB) and an enclosure are presented so readers can have a finished and attractive-looking product. Readers having – or with access to! – a 3D printer can "print" the suggested enclosures at home or in a shop.
Some of the constructions benefit from a Raspberry Pi configured as a gateway or cms server. This is also described in detail with all the necessary configuring.
You don’t need to be an expert but the prerequisites to successful replication of the projects include basic skills with PC software including the ability to surf the Internet. In terms of hardware, you should be comfortable with soldering and generally assembling the PCBs presented in the book.
All custom software written for the IoT devices, the PCB layouts, and 3D print files described in the book are available for free downloading.
Die Programmierung von eingebetteten Systemen ist aufgrund von Ressourcenbeschränkungen und begrenzten Debugging-Möglichkeiten schwierig. Warum sollten Sie Ihr eigenes Echtzeitbetriebssystem (RTOS) und Ihre Anwendung entwickeln, wenn die bewährte FreeRTOS-Software frei verfügbar ist? Warum nicht mit einer validierten Grundlage beginnen?
Jeder Softwareentwickler weiß, dass man ein schwieriges Problem in kleinere Probleme aufteilen muss, um es zu bewältigen. Durch den Einsatz von separaten präemptiven Tasks und FreeRTOS-Kommunikationsmechanismen wird eine saubere Funktionstrennung innerhalb der gesamten Anwendung erreicht. Das führt zu einem sicheren und wartbaren Design.
Praktizierende Ingenieure und Studenten können dieses Buch und die ESP32-Arduino-Umgebung gleichermaßen nutzen, um sich in FreeRTOS-Konzepte in einem angenehmen Tempo einzuarbeiten. Der gut organisierte Text ermöglicht es Ihnen, jedes Konzept zu beherrschen, bevor Sie das nächste Kapitel beginnen. Praktische Breadboard-Experimente und Schaltpläne sind enthalten, um die Lektionen zu verdeutlichen. Erfahrung ist der beste Lehrer.
Jedes Kapitel enthält Übungen, um Ihr Wissen zu testen. Die FreeRTOS Application Programming Interface (API) wird vollständig für die ESP32 Arduino Umgebung behandelt. Sie können das Gelernte auf andere FreeRTOS-Umgebungen anwenden, einschließlich Espressifs ESP-IDF. Der Quellcode ist auf GitHub verfügbar. All diese Ressourcen versetzen Sie in die Lage, Ihr nächstes supercooles ESP32-Projekt zu entwickeln.
Was Sie lernen werden:
Wie präemptives Scheduling in FreeRTOS funktioniert
Der Arduino-Startup "loopTask"
Nachrichten-Warteschlangen
FreeRTOS-Zeitgeber und der IDLE-Task
Semaphore, Mutex und ihre Unterschiede
Die Mailbox und ihre Anwendung
Echtzeit-Task-Prioritäten und ihre Auswirkungen
Interrupt-Interaktion und Verwendung mit FreeRTOS
Warteschlangen-Sets
Benachrichtigung von Tasks mit Ereignissen
Ereignis-Gruppen
Kritische Abschnitte
Lokale Speicherung von Aufgaben
Die Gatekeeper-Aufgabe
59 Experimente mit Arduino IDE und Python
Das Hauptziel dieses Buches besteht darin, die Programmiersprachen Arduino IDE und MicroPython in ESP32-basierten Projekten zu lehren, wobei das sehr beliebte ESP32 DevKitC-Entwicklungsboard zum Einsatz kommt. Das Buch enthält viele einfache, grundlegende und mittelschwere Projekte, die die Arduino IDE mit ESP32 DevKitC verwenden. Alle Projekte wurden getestet und funktionieren. Blockdiagramme, Schaltpläne und vollständige Programmlisten aller Projekte werden mit Erklärungen bereitgestellt. Darüber hinaus werden mehrere Projekte zur Programmierung des ESP32 DevKitC mit MicroPython bereitgestellt. Die in diesem Buch enthaltenen Projekte sollen die folgenden Funktionen des ESP32-Prozessors lehren:
GPIOs
Berührungssensoren
Externe Interrupts
Timer-Unterbrechungen
I²C und I²S
SPI
PWM
ADC
DAC
UART Hallsensor
Temperatursensor
Infrarot-Controller
Lesen und Schreiben auf SD-Karte
Lesen und Schreiben in den Flash-Speicher
RTC-Timer
Chip-ID
Sicherheit und Verschlüsselung
WLAN und Netzwerkprogrammierung
Bluetooth BLE-Programmierung
Kommunikation mit mobilen Geräten
Niedrigenergiedesign
ESP-IDF-Programmierung
Die Projekte sind nach steigendem Schwierigkeitsgrad organisiert. Die Leser werden ermutigt, die Projekte in der angegebenen Reihenfolge anzugehen. Ein speziell vorbereiteter Hardwarebausatz ist bei Elektor erhältlich. Mithilfe dieser Hardware sollte es einfach und unterhaltsam sein, die Projekte in diesem Buch zu bauen.
Entwickeln Sie Ihre eigenen benutzerdefinierten Heimautomatisierungsgeräte
Die Mikrocontroller ESP8266 und ESP32 von Espressif haben die Heimautomatisierung für die breite Masse zugänglich gemacht. Allerdings beherrscht nicht jeder die Programmierung dieser Mikrocontroller mit dem C/C++ SDK von Espressif, dem Arduino-Kern oder MicroPython. Hier kommt ESPHome ins Spiel: Bei diesem Projekt programmieren Sie Ihren Mikrocontroller nicht, sondern konfigurieren ihn. Dieses Buch zeigt, wie Sie mit ESPHome auf einer ESP32-Mikrocontrollerplatine Ihre eigenen Heimautomatisierungsgeräte erstellen. Sie lernen, wie Sie alle Arten elektronischer Komponenten kombinieren und komplexe Verhaltensweisen automatisieren. Ihre Geräte können völlig autonom arbeiten und über WLAN eine Verbindung zu Ihren Heimautomatisierungs-Gateways wie Home Assistant oder MQTT-Broker herstellen.
Am Ende dieses Buches können Sie Ihre eigenen Heimautomatisierungsgeräte nach Ihren Wünschen erstellen. Dank ESPHome und ESP32 ist dies für jeden machbar.
Richten Sie eine ESPHome-Entwicklungsumgebung ein und erstellen Sie wartbare Konfigurationen
Verwenden Sie Tasten und LEDs
Einen Summer ertönen lassen und Melodien spielen
Lesen Sie Messungen von verschiedenen Sensortypen
Kommunizieren Sie über kurze Distanzen mit NFC, Infrarotlicht und Bluetooth Low Energy
Informationen auf verschiedenen Displaytypen anzeigen
Laden Sie die Software herunter und sehen Sie sich die Errata für das Buch auf GitHub an.
https://github.com/koenvervloesem/Getting-Started-with-ESPHome
Über 50 Android-Apps mit Raspberry Pi, ESP32 und Arduino In diesem Buch geht es um die Entwicklung von Apps für Android-kompatible Mobilgeräte mithilfe der Online-Entwicklungsumgebung MIT App Inventor. MIT App Inventor-Projekte können entweder im Standalone-Modus ausgeführt werden oder einen externen Prozessor verwenden. Im Standalone-Modus läuft die entwickelte Anwendung nur auf dem Mobilgerät (z. B. Android). Bei Anwendungen auf Basis externer Prozessoren kommuniziert das Mobilgerät mit einem externen mikrocontrollerbasierten Prozessor wie Raspberry Pi, Arduino, ESP8266, ESP32 usw.
In diesem Buch werden viele getestete und voll funktionsfähige Projekte sowohl im Standalone-Modus als auch mit einem externen Prozessor vorgestellt. Für alle Projekte werden vollständige Entwurfsschritte, Blockprogramme, Schaltpläne, QR-Codes und vollständige Programmlisten bereitgestellt.
Zu den in diesem Buch entwickelten Projekten gehören:
Verwenden der Text-to-Speech-Komponente
Eine empfangene SMS-Nachricht intonieren
Senden von SMS-Nachrichten
Telefonieren über eine Kontaktliste
Verwenden des GPS und genaues Bestimmen unseres Standorts auf einer Karte Spracherkennung und Sprachübersetzung in eine andere Sprache
Steuerung mehrerer Relais per Sprachbefehl
Projekte für Raspberry Pi, ESP32 und Arduino mit Bluetooth und WLAN
MIT APP Inventor und Node-RED-Projekte für den Raspberry Pi
Das Buch ist insofern einzigartig, als es derzeit das einzige Buch ist, das die Entwicklung von Projekten mit Wi-Fi und Node-RED mit MIT App Inventor lehrt. Das Buch richtet sich an Studenten, Bastler und alle, die an der Entwicklung von Apps für mobile Geräte interessiert sind.
Alle in diesem Buch vorgestellten Projekte wurden mit der visuellen Programmiersprache MIT App Inventor entwickelt. Es ist nicht erforderlich, textbasierte Programme zu schreiben. Alle Projekte sind mit Android-basierten Mobilgeräten kompatibel. Das Buch enthält vollständige Programmlisten für alle Projekte sowie detaillierte Programmbeschreibungen. Benutzer sollten die Projekte so verwenden können, wie sie präsentiert werden, und sie an ihre eigenen Bedürfnisse anpassen können.
Open-Source-Code mit Arduino IDE und PlatformIO
Autonomes Fahren: GPS, Beschleunigungsmesser, Gyroskop
PS3-Controller
Mikrocontroller wie der Arduino und Einplatinen-Rechner wie der Raspberry Pi haben sich zu beliebten Komponenten entwickelt. Dritter im Bunde ist der ESP32 der Firma Espressif. Mikrocontroller dieser Baureihe zeichnen sich durch eine Vielzahl implementierter Funktionen aus, die bei einem Arduino konstruktiven Prägung mit einem Atmel-AVR-Mikrocontroller erst mit weiterer Hardware möglich sind. Prominenteste Beispiele sind hier die WiFi- und Bluetooth-Funktionalitäten. Gegenüber einem Raspberry Pi zeichnen sie sich durch einen deutlich geringeren Preis aus.
Allgemeine Informationen zur Realisierung eines Roboterauto-Projekts mit dem ESP32 sind leicht zu finden. Dabei handelt es sich aber oft nur um Ausführungen zu einem Teilaspekt, ohne fundierte oder funktionale Abstimmung. So ist nicht nur die Beschaffung der benötigten Informationen mühsam und zeitaufwändig, sie kann auch außerordentlich fehlerträchtig sein.
Ansatzpunkt dieses Buches ist, diese Lücke zu schließen. Es geht um verschiedene Fähigkeiten eines Chassis, vermittelt mühevolle Fähigkeiten und führt zum Einsatz einer einfachen Motorsteuerung zu einem komplexen sensor- und sprachgesteuerten Roboterauto. Hacks rund um GPS und eine PlayStation 3 runden die Sache ab.
Inhalt
Bei der Reihenfolge der Kapitel wurde versucht – beginnend mit der Darstellung von grundlegenden Informationen – über die Lösung einfacher Aufgaben zu etwas anspruchsvolleren Techniken zu führen.
Der Mikrocontroller ESP32
Die Software
Die Stromversorgung
Rund um die Hardware
Das Chassis
Der Gleichstrommotor
Kabellose Steuerung über WiFi
Mit Sensoren Hindernisse erkennen
Eine eigene Roboterauto-App
Servo und Lichtsensor
GPS
Beschleunigungsmesser / Gyroskop
PS3-Controller
Roboterauto-App
Hinweis zur Software
Die Dateien haben das Suffix (.cpp). Grund ist die Entwicklung mit PlatformIO. Mit Copy & Paste sollten Sie auch in der Arduino-IDE verwendet werden können.
Zeit kurzem hat die Entwicklung eines kleinen Chips mit der Bezeichnung ESP8266 die Möglichkeit eröffnet, quasi jeden Mikrocontroller mit einem WLAN-AP auszustatten. ESP8266 ist ein preiswerter, kleiner WLAN-Chip mit eingebautem TCP/IP-Stack auf der Basis eines 32-bit-Mikrocontrollers. Dieser Chip wird von Espressif System aus Shanghai gefertigt und ist WLAN-kompatibel nach IEEE 802.11 b/g/n. Er verfügt über On-Chip-Programm- und Datenspeicher sowie GPIO-Ports. Etliche Hersteller haben den ESP8266-Chip in eigene Hardware-Produkte (wie etwa ESP-xx, NodeMCU etc.) eingebunden und bieten ihre Produkte dann als Mittel zur Einbindung von Mikrocontrollersystemen wie Android, PIC-Mikrocontroller etc. in ein WLAN an. ESP8266 ist ein Low-Power-Chip und kostet nur wenige Euro.
ESP8266 and MicroPython – Coding Cool Stuff ist eine Einführung in die Technik des ESP8266 und beschreibt die Eigenschaften und Funktionen dieses Chips. Das Buch stellt diverse Programmiersprachen und Firmware vor, die wie etwa MicroPython direkt auf den Chip geladen werden können. Kern des Buchs ist die Vermittlung der Anwendung der Programmiersprache MicroPython mit auf ESP8266 basierender Hardware, im Speziellen NodeMCU.
Das Buch enthält mehrere interessante und nützliche Beispiele und Projekte. Es demonstriert damit die Benutzung von MicroPython bei NodeMCU-artiger ESP8266-Hardware:
Projekt „What shall I wear today?“: Beschrieben wird die Entwicklung eines Wetter-Informationssystems auf der Basis eines NodeMCU-Entwicklungsboards in Kombination mit einem Text-to-Speech-Prozessor-Modul.
Projekt „The Temperature and Humidity on the Cloud“: Hier geht es um die Entwicklung eines Systems, das die Daten eines Sensors für Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit erfasst und in der Cloud ablegt, sodass man sie später von überall abrufen kann.
Projekt „Remote Web Based Control”: Dieses System steuert zwei LEDs per HTTP-Web-Server-Applikation fern, die an ein NodeMCU-Entwicklungsboard angeschlossen sind.
Über 40 Projekte mit Arduino, Raspberry Pi und ESP32
In diesem Buch geht es um die Entwicklung von Projekten mit Sensormodulen mit den Mikrocontroller-Entwicklungssystemen Arduino Uno, Raspberry Pi und ESP32. In dem Buch werden in verschiedenen Projekten mehr als 40 verschiedene Sensortypen verwendet. Das Buch erklärt in einfachen Worten und mit getesteten und voll funktionsfähigen Beispielprojekten, wie Sie die Sensoren in Ihrem Projekt verwenden. Die im Buch enthaltenen Projekte umfassen Folgendes:
Ändern der LED-Helligkeit
RGB-LEDs
Erstellen von Regenbogenfarben
Zauberstab
Leiser Türalarm
Dunkelsensor mit Relais
Geheimer Schlüssel
Magische Lichttasse
Dekodierung handelsüblicher IR-Handsets
TV-Kanäle mit IT-Sensoren steuern
Zielschießdetektor
Messung der Schockzeitdauer
Rückwärtsparken mit Ultraschall
Licht durch Händeklatschen ein-/ausschalten
Melodie spielen
Messung der magnetischen Feldstärke
Joystick-Musikinstrument
Linienverfolgung
Temperatur anzeigen
Temperatur-Ein/Aus-Steuerung
Mobiltelefonbasierte Wi-Fi-Projekte
Mobiltelefonbasierte Bluetooth-Projekte
Senden von Daten an die Cloud
Die Projekte sind nach steigendem Schwierigkeitsgrad organisiert. Die Leser werden ermutigt, die Projekte in der angegebenen Reihenfolge anzugehen. Bei Elektor ist ein speziell vorbereiteter Sensorbausatz erhältlich. Mithilfe dieser Hardware sollte es einfach und unterhaltsam sein, die Projekte in diesem Buch zu bauen.
