Build Smart Applications with Raspberry Pi, Arduino, and ESP32
Discover how easy and exciting mobile app development can be with MIT App Inventor. This hands-on guide takes you from basic concepts to building real-world mobile applications using a simple visual programming approach—no prior coding experience required. You will create IoT and AI-powered apps for Android devices and explore how App Inventor can also be used with iPhones and iPads.
Connect your applications to platforms such as Arduino UNO R4 WiFi, ESP32, Raspberry Pi Pico (2)W and Raspberry Pi 5, enabling you to build smart, connected systems.
Inside the book, you will learn how to:
Build interactive apps using buttons, images, sound, and multimedia
Create text-to-speech and speech-recognition applications
Develop camera-based and location-aware (GPS) apps
Design useful tools such as calculators and educational apps
Work with smartphone sensors like accelerometers and light sensors
Build AI-powered applications, including voice assistants and image-generation features
Send and receive messages, and create communication-based apps
Connect mobile apps to hardware using Wi-Fi and Bluetooth
Control real devices such as LEDs, motors, and sensors
Designed for beginners, students, and hobbyists, this book focuses on learning by doing. By the end, you will have the skills and confidence to create your own innovative applications that interact with both the digital and physical worlds.
Start building and turning your ideas into reality.
In 35 Projects with the Raspberry Pi and Arduino
The Internet of Things (IoT) is a trend with a strong technological impulse. At home, we want to do everything on our tablets, from browsing Facebook to watching TV, from operating lights to keeping an eye on the temperature.
In 35 fun projects, this book will show you how to build your own Internet of Things system. We'll cover the hardware (primarily the Raspberry Pi and Arduino) and the software that makes control via Internet possible. We employ Wi-Fi and radio links so no requirement any longer to install cabling crisscross through your home.
Assuming the projects in the book are finished, you have a complete Internet of Things system that allows you to control and view of everything in your home. For example, if there's something in the mail box or the car is securely in the garage. Also, you can switch on the lights and the alarm from your couch. The crisp explanations allow the projects to be customized with ease, for example, to turn on your coffee machine or TV remotely. The index gives easy access to creative projects that can serve as an example, enabling you to do all the connecting to the IoT independently. All project software can be downloaded free of charge from the Elektor website.
In this unique book, Raspberry Pi, Arduino and HTML webpages with stylesheets and JavaScript come together in clearly-described, easy-to-build projects. This special book is an essential part of your collection!
Open-Source-Code mit Arduino IDE und PlatformIO
Autonomes Fahren: GPS, Accelerometer, Gyroskop
PS3-Controller
Mikrocontroller wie der Arduino und Einplatinenrechner 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 konventioneller Prägung mit einem Atmel-AVR-Mikrocontroller erst mit weiterer Hardware möglich sind. Prominentes Beispiel sind hier die WiFi- und Bluetooth-Funktionalitäten. Gegenüber einem Raspberry Pi zeichnen sie sich durch einen deutlich geringeren Preis aus.
Allgemeine Informationen für die Realisierung eines Roboterauto-Projekts mit dem ESP32 sind leicht zu finden. Dabei handelt es sich aber oft nur um Ausführungen zu einem Teilaspekt, ohne inhaltliche oder funktionale Abstimmung. So ist nicht nur die Beschaffung der benötigten Informationen mühselig und zeitaufwändig, sie kann auch außerordentlich fehlerträchtig sein.
Ansatzpunkt dieses Buches ist, diese Lücke zu schließen. Es geht auf verschiedene Möglichkeiten eines Chassis ein, vermittelt nötige Kenntnisse und führt schrittweise von 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 bei der Darstellung von grundlegenden Informationen – über die Lösung einfacher Aufgaben zu etwas anspruchsvolleren Techniken zu führen.
Der Mikrocontroller ESP32
Die Software erstellen
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
Accelerometer / 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.
Projekte mit Arduino, ESPHome, Home Assistant und Raspberry Pi & Co
Dieses E-Book enthält verschiedene Projektbeispiele und beginnt mit einer Einführung in die Elektronik. Es erklärt unter anderem, wie man Home Assistant auf einem Raspberry Pi installiert, wie man Raumklimasensoren für Temperatur und Luftfeuchtigkeit nutzt, das MQTT-Protokoll sowie weitere Schnittstellen einsetzt und ESPHome verwendet, um Sensoren und Aktoren in Home Assistant zu integrieren. Zahlreiche Video-Tutorials ergänzen das Buch.
Grundlagen der Elektrotechnik
Das Buch beginnt mit einer Einführung in die Elektrotechnik. Ihr lernt die Grundlagen von Spannung, Strom, Widerständen, Dioden und Transistoren.
Arduino und Mikrocontroller
Ein kompletter Abschnitt widmet sich dem Arduino Uno. Ihr lernt den Aufbau kennen, schreibt erste Programme und erarbeitet praktische Beispiele.
Home Assistant und Automatisierung
Ihr erfahrt, wie Home Assistant auf einem Raspberry Pi eingerichtet wird, und lernt den Umgang mit Automatisierungen, Szenen und Geräten. Zusätzlich wird auf Zigbee, MQTT und ESP-NOW eingegangen – wichtige Technologien für die Heimautomation.
ESP8266, ESP32 und ESP32-CAM
Die beliebten ESP-Mikrocontroller werden ausführlich behandelt. Nach einer theoretischen Einführung folgen praktische Projekte, die euch zeigen, wie ihr das Beste aus diesen Geräten herausholen könnt.
Sensoren und Aktoren
Das Buch erklärt die Funktionsweise und Anwendung zahlreicher Sensoren wie Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensoren, Bewegungsmelder und RFID-Reader. Bei den Aktoren werden Schrittmotoren, e-ink Displays, Servo-Motoren und vieles mehr beleuchtet. Zu allen Geräten gibt es praxisnahe Anwendungsbeispiele.
ESPHome
Dieses Kapitel zeigt euch, wie ihr Sensoren und Aktoren ohne Programmieraufwand in Home Assistant integriert. Ihr werdet Schritt für Schritt durch die Einrichtung mit ESPHome geführt.
LEDs und Lichttechnik
In diesem Kapitel lernt ihr verschiedene LED-Typen und deren Einsatzmöglichkeiten kennen. Grundlagen der Lichttechnik werden ebenfalls erklärt.
Node-RED
Ein eigenes Kapitel ist Node-RED gewidmet. Ihr erlernt die Grundlagen dieses leistungsstarken Tools und werdet Schritt für Schritt durch die Einrichtung und Nutzung geführt.
Integrierte Schaltkreise (ICs)
In der Elektronik gibt es zahlreiche ICs, die uns das Leben erleichtern. Ihr lernt die wichtigsten kennen und wendet das Wissen in praktischen Projekten an.
Programmieren für Profis
Fortgeschrittene Themen wie die korrekte Verwendung von Tastern, der Einsatz von Interrupts und die Nutzung eines NTP-Servers für Zeit-Synchronisation werden in diesem Kapitel detailliert behandelt.
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Projects with Arduino, ESPHome, Home Assistant, and Raspberry Pi & Co.
This e-book contains various example projects, beginning with an introduction to electronics. It also explains how to install Home Assistant on a Raspberry Pi, how to use indoor climate sensors for temperature and humidity, how to implement the MQTT protocol and other interfaces, and how to use ESPHome to integrate sensors and actuators into Home Assistant. Numerous video tutorials complement the book.
Fundamentals of electrical engineering
The book begins with an introduction to electrical engineering. You will learn the basics of voltage, current, resistors, diodes and transistors.
Arduino and microcontrollers
A complete section is dedicated to the Arduino Uno. You will get to know the structure, write your first programs and work on practical examples.
Home Assistant and automation
You will learn how to set up Home Assistant on a Raspberry Pi and how to use automations, scenes and devices. In addition, Zigbee, MQTT and ESP-NOW – important technologies for home automation – will be discussed.
ESP8266, ESP32 and ESP32-CAM
The popular ESP microcontrollers are covered in detail. A theoretical introduction is followed by practical projects that show you how to get the most out of these devices.
Sensors and actuators
The book explains the functionality and application of numerous sensors such as temperature and humidity sensors, motion detectors and RFID readers. For actuators, stepper motors, e-ink displays, servo motors and much more are covered. There are practical application examples for all devices.
ESPHome
This chapter shows you how to integrate sensors and actuators into Home Assistant without any programming effort. You will be guided step by step through the setup with ESPHome.
LEDs and lighting technology
In this chapter, you will learn about different types of LEDs and how they can be used. The basics of lighting technology are also explained.
Node-RED
A whole chapter is dedicated to Node-RED. You will learn the basics of this powerful tool and be guided step by step through its setup and use.
Integrated Circuits (ICs)
In electronics, there are numerous ICs that make our lives easier. You will get to know the most important ones and apply your knowledge in practical projects.
Professional programming
Advanced topics such as the correct use of buttons, the use of interrupts and the use of an NTP server for time synchronisation are covered in detail in this chapter.
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Het boek “Sensoren aan de Raspberry Pi” richt zich tot iedereen die zich wil verdiepen in een Raspberry Pi in combinatie met Windows 10 IoT Core. Dit besturingssysteem biedt samen met een RPi weliswaar veel rekenkracht, maar voor de communicatie met de buitenwereld zijn nog externe modules en sensoren nodig. Daartoe wordt in dit boek gebruik gemaakt van een sensor-kit met 35 modules die nog geen 60 euro kost.
Auteur Florian Schäffer begint zijn boek met de introductie van de Raspberry Pi en hij beschrijft welke hardware u nodig hebt om met de RPi te kunnen werken. Dan volgt een eerste kennismaking met Windows 10 IoT Core. Daarna wordt dieper ingegaan op het gebruik van Visual Studio 2015 en worden de eerste programmeervoorbeelden beschreven. Ook wordt uitgelegd hoe een MySQL-databank kan worden aangestuurd via een app en hoe de als webserver kan worden ingezet.
In het tweede deel worden de sensoren stuk voor stuk beschreven met hun eigenschappen en worden er veel toepassingsvoorbeelden gegeven. De source-codes van de programma’s zijn als download bij het boek beschikbaar. Tot slot wordt nog aandacht besteed aan het gebruik van druktoetsen en schakelaars, en het werken met digitale uitgangen en analoge ingangen.
Der Elektor Audio DSP FX Processor kombiniert einen ESP32-Mikrocontroller und einen ADAU1701 Audio DSP von Analog Devices. Neben einem vom Benutzer programmierbaren DSP-Kern verfügt der ADAU1701 über hochwertige integrierte Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandler und verfügt über einen I²S-Port. Dadurch eignet es sich als hochwertiges Audio-Interface für den ESP32.
Programme für den ESP32 können mit Arduino, Platform IO, CMake oder durch die Verwendung des Espressif IDF auf andere Weise erstellt werden. Programme für die Audio-DSPs ADAU7101 werden mit dem kostenlosen visuellen Programmiertool SigmaStudio durch Ziehen und Ablegen vordefinierter Algorithmusblöcke auf einer Leinwand erstellt.
Anwendungen
Bluetooth/Wi-Fi-Audiosink (z. B. Lautsprecher) & Quelle
Gitarreneffektpedal (Stomp-Box)
Musiksynthesizer
Sound-/Funktionsgenerator
Programmierbarer Crossover-Filter für Lautsprecher
Erweiterter Audioeffektprozessor (Hall, Chorus, Pitch-Shifting usw.)
Mit dem Internet verbundenes Audiogerät
DSP-Experimentierplattform
Drahtloses MIDI
MIDI-zu-CV-Konverter
und viele mehr...
Technische Daten
ADAU1701 28-/56-Bit, 50-MIPS digitaler Audioprozessor, der Abtastraten von bis zu 192 kHz unterstützt
ESP32 32-Bit-Dual-Core-Mikrocontroller mit Wi-Fi 802.11b/g/n und Bluetooth 4.2 BR/EDR und BLE
2x 24-Bit-Audioeingänge (2 V RMS, 20 kΩ)
4x 24-Bit-Audioausgänge (0,9 V RMS, 600 Ω)
4x Steuerpotentiometer
MIDI Ein- und Ausgang
I²C-Erweiterungsport
Multi-Mode-Betrieb
Stromversorgung: 5 V DC USB oder 7,5-12 V DC (Hohlbuchse, mittlerer Pin ist GND)
Stromverbrauch (Durchschnitt): 200 mA
Lieferumfang
1x ESP32 Audio DSP FX Prozessor Board (montiert)
1x ESP32-PICO-KIT
2x Jumper
2x 18-Pin Header (female)
4x 10 KB Potentiometer
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Documentation
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Dieses Buch richtet sich an jeden, der seinen Raspberry Pi mit dem Windows 10 IoT Core betreiben will. Wie das geht, zeigt der Autor mit dem Entwicklungssystem Visual Studio und Visual Basic als Programmiersprache.
Inzwischen gibt es eine große Auswahl an kleinen Sensor-Modulen, die problemlos an den Raspberry Pi angeschlossen werden können – auch wenn sie mitunter für andere Systeme beworben werden, wie etwa für den Arduino. Nicht ohne Grund: Einplatinencomputer sind ohne zusätzliche Peripherie für Elektroniker ziemlich nutzlos. Sie stellen zwar die Rechenleistung und ein Betriebssystem bereit, können aber so gut wie gar nicht mit ihrer Umgebung kommunizieren. Damit ein Computer auch Einfluss auf seine Umwelt nehmen kann, sind Sensoren und Aktoren erforderlich, die von einer Software gesteuert werden, die man selber erstellen kann.
Als Einstieg in die Materie wird in diesem Buch auf das auch bei Elektor erhältliche 37 Module umfassende Sensor-Kit zurückgegriffen. In diesem populären Set sind die Sensoren auf einer kleinen Platine montiert und mit Steckverbindern ausgestattet, was den Anschluss via Breadboard oder Drahtbrücken vereinfacht. Mit den auch für Einsteiger einfach anzuwendenden Sensor-Modulen lassen sich schnell erste Erfolge erzielen, ohne dass man groß in die Materie der Elektronik einsteigen muss.
Die Funktionsweise und Beschaltung der einzelnen Sensoren wird ausführlich erklärt und ihre Verwendung durch die gut dokumentierten Visual Basic-Beispielprogramme leicht nachvollziehbar gemacht.
Nahezu alle Menschen werden zunehmend mit den Anwendungen der „Künstlichen Intelligenz“ (KI oder AI für engl. Artificial Intelligence) konfrontiert. Musik- oder Videoempfehlungen, Navigationssysteme, Einkaufsvorschläge etc. basieren auf Verfahren, die diesem Bereich zugeordnet werden können.
Der Begriff „Künstliche Intelligenz“ wurde 1956 auf einer internationalen Konferenz, dem Dartmouth Summer Research Project geprägt. Eine grundlegende Idee war dabei, die Funktionsweise des menschlichen Gehirns zu modellieren und darauf basierend fortschrittliche Computersysteme zu konstruieren. Bald sollte klar sein, wie der menschliche Verstand funktioniert. Die Übertragung auf eine Maschine wurde nur noch als ein kleiner Schritt angesehen. Diese Vorstellung erwies sich als etwas zu optimistisch. Dennoch sind die Fortschritte der modernen KI, beziehungsweise ihrem Teilgebiet dem sogenannten „Machine Learning“, nicht mehr zu übersehen.
Um die Methoden des Machine Learnings näher kennenzulernen, sollen in diesem Buch mehrere verschiedene Systeme zum Einsatz kommen. Neben dem PC werden sowohl der Raspberry Pi als auch der „Maixduino“ in den einzelnen Projekten ihre Fähigkeiten beweisen. Zusätzlich zu Anwendungen wie Objekt- und Gesichtserkennung entstehen dabei auch praktisch einsetzbare Systeme wie etwa Flaschendetektoren, Personenzähler oder ein „Sprechendes Auge“.
Letzteres ist in der Lage, automatisch erkannte Objekte oder Gesichter akustisch zu beschreiben. Befindet sich beispielsweise ein Fahrzeug im Sichtfeld der angeschlossenen Kamera, so wird die Information „I see a car!“ über elektronisch erzeugte Sprache ausgegeben. Derartige Geräte sind hochinteressante Beispiele dafür, wie etwa auch blinde oder stark sehbehinderte Menschen von KI-Systemen profitieren können.
AI in Practice
Dive into the fascinating world of robotics and automation!
This Elektor Special shows you how to build your own robots with creativity, a little know-how, and affordable technology. From your first DIY project with Arduino or Raspberry Pi to intelligent systems with AI – this issue makes modern robotics understandable and accessible.
Discover practical instructions, inspiring projects, and exciting insights into the maker scene. Learn how experimentation, community, and openness give rise to true innovation – and why robotics is so much more than just a technical hobby.
Contents
Imagination turns into reality
Arduino-controlled Drawing Robot
GalaxyRVR Mars Rover Kit for Arduino
YDLIDAR X4Pro Lidar
xHuskyLens AI Camera
DOF Robot Arm with Raspberry Pi Pico
Manufacturing Robots with Fischertechnik
Pneumatic Industrial Robot
Why Do We Keep Building Robot Dogs?
Elektor Mini-Wheelie
Robot Vehicles and Autonomous Driving
This book is all about building your own DIY home control system. It presents two innovative ways to assemble such a system: By recycling old PC hardware – possibly extending the life of an old PC, or by using Raspberry Pi. In both cases, the main system outlined in this book will consist of a computer platform, a wireless mains outlet, a controller and a USB webcam – All linked together by Linux.
By using the Raspberry Pi in conjunction with Arduino (used as an advanced I/O system board), it is possible to construct a small, compact, embedded control system offering enhanced capacity for USB integration, webcams, thermal monitoring and communication with the outside world.
The experience required to undertake the projects within this book are minimal exposure to PC hardware and software, the ability to surf the internet, burn a CD-ROM and assemble a small PCB.
KI in der Praxis
Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Robotik und Automatisierung!
Dieses Elektor Special zeigt, wie Sie mit Kreativität, etwas Know-how und günstiger Technik eigene Roboter bauen können. Vom ersten DIY-Projekt mit Arduino oder Raspberry Pi bis hin zu intelligenten Systemen mit KI – dieses Heft macht moderne Robotik verständlich und greifbar.
Entdecken Sie praxisnahe Anleitungen, inspirierende Projekte und spannende Einblicke in die Maker-Szene. Lernen Sie, wie aus Experimentierfreude, Gemeinschaft und Offenheit echte Innovation entsteht – und warum Robotik weit mehr ist als nur ein technisches Hobby.
Inhalt
Phantasie wird Realität
Arduino-controlled Drawing Robot
GalaxyRVR Mars Rover Kit for Arduino
YDLIDAR X4Pro Lidar
xHuskyLens AI Camera
DOF Robot Arm mit Raspberry Pi Pico
Fertigungsroboter mit Fischertechnik
Pneumatischer Industrieroboter
Warum bauen wir immer wieder Roboterhunde?
Elektor Mini-Wheelie
Roboterfahrzeuge und autonomes Fahren