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.
Der ideale Start für alle, die in die Welt der Elektronik und Mikrocontroller eintauchen möchten!
Dieses Sonderheft vermittelt auf verständliche und praxisnahe Weise die Grundlagen der Elektronik – kombiniert mit spannenden Projekten rund um den beliebten Arduino.
Statt trockener Theorie bietet dieses Heft viele leicht nachvollziehbare Experimente, die auf einem Steckboard und mit einem Arduino Uno umgesetzt werden können. So lernen Sie Schritt für Schritt, wie elektronische Bauteile funktionieren und wie Sie sie gezielt einsetzen, um eigene Projekte zu entwickeln.
Enthaltene Projekte
Strom & Spannung: Wie alles begann
Arduino-Hardware
Arduino-Programmierung
Der Stromkreis
Mit dem Multimeter messen
Schaltpläne und Experimentier boards
Schaltpläne erstellen
Breadboard ansichten mit Fritzing
Schaltungen online simulieren
Unverzichtbar: Widerstände (Teil 1)
Praxis mit Widerständen (Teil 2)
Veränderliche Widerstände
Dioden: Einbahnstraße für den Strom
Der Transistor-Schalter
Elektromagnetismus
Relais und Motoren
OpAmps: Operationsverstärker
Kondensatoren
Timer NE555
PWM und analoge Werte mit Arduino
7-Segment Temperatur anzeige
Einführung ins Löten und LCDs
USB-Logikanalysatoren am PC mit Arduino, Raspberry Pi und Co
Schritt-für-Schritt-Anleitungen führen Sie in die Analyse moderner Protokolle von I²C, SPI, UART, RS-232, NeoPixel, WS28xx, HD44780 und 1-Wire ein. Anhand zahlreicher Experimentierschaltungen mit dem Raspberry Pi Pico, Arduino Uno und dem Bus Pirate üben Sie die praxisnahe Anwendung gängiger USB-Logikanalysatoren ein.
Alle in diesem Buch vorgestellten Experimentierschaltungen wurden gründlich getestet und sind funktionsfähig. Die notwendigen Programmlistings sind enthalten, es sind keine besonderen Programmier- oder Elektronikkenntnisse für diese Schaltungen notwendig. Es werden die Programmiersprachen MicroPython und C mit den Entwicklungsumgebungen Thonny und Arduino IDE eingesetzt.
Dieses Buch verwendet mehrere Modelle flexibler und weit verbreiteter USB-Logikanalysatoren und zeigt die Stärken und Schwächen jeder Preisklasse. Sie werden herausfinden, welche Kriterien für Ihre Arbeit wichtig sind und in der Lage sein, das passende Gerät für Sie zu finden.
Egal ob Arduino, Raspberry Pi oder Raspberry Pi Pico: Die abgebildeten Beispielschaltungen ermöglichen einen schnellen Einstieg in die Protokollanalyse und können auch als Grundlage für eigene weitere Experimente dienen.
Sie werden alle wichtigen Begriffe und Zusammenhänge kennenlernen, eigene Experimente durchführen, selbstständig Protokolle analysieren und nach der Lektüre dieses Buches – im Bereich der digitalen Signale und Protokolle – ein umfassendes Wissen aufgebaut haben.
Der SDRplay RSP1B ist eine verbesserte Version des beliebten RSP1A – ein leistungsstarker, breitbandiger und voll ausgestatteter 14-Bit-SDR, der das HF-Spektrum von 1 kHz bis 2 GHz abdeckt. Der RSP1B ist in einem robusten, schwarz lackierten Stahlgehäuse untergebracht und bietet eine deutlich verbesserte Rauschleistung.
Für die hervorragende Empfangsfunktionalität benötigen Sie lediglich einen Computer und eine Antenne. Im Lieferumfang enthalten sind SDRuno für Windows und die plattformübergreifende Software SDRconnect für Windows, macOS und Linux (kostenlos von SDRplay bereitgestellt). Sie können bis zu 10 MHz Spektrum gleichzeitig überwachen.
Eine dokumentierte API ermöglicht es Entwicklern, neue Demodulatoren oder Anwendungen für die Plattform zu erstellen.
Features
Deckt alle Frequenzen von 1 kHz über VLF, LF, MW, HF, VHF, UHF und L-Band bis 2 GHz lückenlos ab
Empfang, Überwachung und Aufzeichnung von bis zu 10 MHz Spektrum auf einmal
Kostenlose Nutzung der Windows-basierten SDRuno-Software, die eine ständig wachsende Anzahl von Funktionen bietet.
Starkes und wachsendes Software-Support-Netzwerk
Kalibrierte S-Meter/HF-Leistungs- und SNR-Messung mit SDRuno (einschließlich Datenprotokollierung in CSV-Dateien)
Dokumentierte API für die Entwicklung von Demodulatoren und Anwendungen auf verschiedenen Plattformen
Ausgezeichneter Dynamikbereich für schwierige Empfangsbedingungen
Funktioniert mit gängiger SDR-Software von Drittanbietern (einschließlich HDSDR, SDR Console und Cubic SDR)
ExtIO-basiertes Plugin verfügbar
Software upgradefähig für zukünftige Standards
Starkes und wachsendes Software-Support-Netzwerk
API für die Entwicklung von Demodulatoren und Anwendungen
Multiplattform-Treiber und API-Unterstützung, einschließlich Windows, Linux, Mac, Android und Raspberry Pi
Bis zu 16 individuelle Empfänger in jedem 10-MHz-Spektrumbereich mit SDRuno
Kalibrierte S-Meter und Leistungsmessungen mit SDRuno
Eigenständige Windows-basierte Spektrumanalysator-Software verfügbar (mit Sweep-, Sample- und Hold-Funktionen)
Ideal für die Überwachung von ISM/ IoT/ Telemetrie-Bändern <2 GHz
Ideal für den portablen Betrieb
Technische Daten
Frequenzbereich
1 kHz – 2 GHz
Antennenanschluss
SMA
Antennenimpedanz
50 Ohm
Stromverbrauch (typisch)
185 mA (ohne Bias-T)
USB-Anschluss
USB Typ B
Maximale Eingangsleistung
+0 dBm kontinuierlich+10 dBm kurzzeitig
ADC Abtastraten
2-10,66 MSPS
ADC Anzahl der Bits
14 bit 2-6,048 MSPS12 bit 6,048-8,064 MSPS10 bit 8,064-9,216 MSPS8 bit >9,216 MSPS
Bias-T
4,7 V100 mA garantiert
Referenz
0,5ppm 24 MHz TCXO.Frequenzfehler auf 0,01ppm im Feld trimmbar.
Betriebstemperatur
-10˚C bis +60˚C
Abmessungen
98 x 88 x 34 mm
Gewicht
110 g
Downloads
Datasheet
Software
RSP1B vs RSPdx vs RSPduo
RSP1B
RSPdx
RSPduo
Kontinuierlicher Bereich von 1 kHz bis 2 GHz
✓
✓
✓
Bis zu 10 Mhz sichtbare Bandbreite
✓
✓
✓
14-Bit-ADC-Siliziumtechnologie plus mehrere Hochleistungs-Eingangsfilter
✓
✓
✓
Per Software wählbare AM/FM- und DAB-Rundfunkband-Sperrfilter
✓
✓
✓
4,7 V Bias-T für die Versorgung eines externen Antennenverstärkers
✓
✓
✓
Stromversorgung über das USB-Kabel mit einer einfachen Typ-B-Buchse
✓
✓
✓
50Ω SMA-Antenneneingang(e) für 1 kHz bis 2 GHz Betrieb (per Software wählbar)
1
2
2
Zusätzlicher per Software wählbarer Hi-Z-Eingang für bis zu 30 Mhz-Betrieb
✓
Zusätzlicher per Software wählbarer 50-Ω-BNC-Eingang für den Betrieb mit bis zu 200 MHz
✓
Zusätzlicher LF/VLF-Filter für unter 500 kHz
✓
24 MHz Referenztakt-Eingang (+ Ausgang auf RSPduo)
✓
✓
Duale Tuner ermöglichen den Empfang auf 2 völlig unabhängigen 2-MHz-Bereichen
✓
Zwei Tuner ermöglichen Diversity-Empfang mit SDRuno
✓
Robustes und widerstandsfähiges Kunststoffgehäuse (mit interner RF-Abschirmungsschicht)
✓
Robustes schwarz lackiertes Stahlgehäuse
✓
✓
Gesamtleistung unter 2 MHz für MW und LF
+
++
+
Mehrere gleichzeitige Anwendungen
+
+
++
Leistung unter schwierigen Fading-Bedingungen (*mit Diversity-Abstimmung)
+
+
*++
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Hexadoku
Im vorliegenden Buch wird das weltweit verbreitete 0G-Netzwerk Sigfox zunächst detailliert vorgestellt. Danach wird auf der Basis eines leistungsfähigen Arduino-Sigfox-Boards eine universelle Sigfox-Test-, Mess- und Simulations-Plattform hardwaremäßig entwickelt und softwaremäßig betrieben. Diese Sigfox-Feldstation stellt dem Anwender eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verfügung: Sensoren, Aktoren und Displays inkl. GPS-Modul und Solargenerator.
Alle Schaltungsteile (inkl. den 3D-Plott-Vorlagen für ein passendes Stationsgehäuse) und sämtlichen Softwaremodule werden offen gelegt, so dass der Leser damit weitere Sigfox-Feldstationen nach seinen eigenen Vorstellungen und Bedürfnissen entwickeln und problemlos einsetzen kann.
Die Visualisierung, Auswertung und Speicherung der erfassten Felddaten wird anhand eines Freeware Dashboard Programms, mit Schnittstelle zu Google Maps, ausführlich beschrieben.
Themenauswahl:
Industrie 4.0, Internet of Things, 0G-Netzwerke
Das Sigfox-Netzwerk: Übertragungstechnik, Uplink/Downlink, das Monarch-Konzept, Geolokalisierung, Sigfox-Atlas-Konzept
Das Sigfox-Backend, die Callbacks und die REST-API
Aufbau der universellen Sigfox-Test-, Mess- und Simulations-Plattform auf der Basis des Arduino-Sigfox-Moduls MKR FOX1200
Die grundlegende Betriebssoftware für alle Komponenten
Die Arduino-Sigfox-Bibliothek und der Sigfox-Betrieb – Anmeldung bei der Sigfox-Cloud, Aussendung von Mess- und Zustandswerten
Die Sigfox-Callbacks – Der Datentransfer von der Sigfox-Cloud zum Anwender: E-Mails, Mess- und Zustandswerte, GeoLoc-Daten
Die individuelle Gestaltung von Anwender-Dashboards
Hardwareerweiterungen: HMI-Display, Thermoelementverstärker, Multichannel-Gassensor, Feinstaubsensor, GPS-Modul und vieles mehr
Kommerzielle Sigfox-Stationen
Elektor GREEN and GOLD members can download their digital edition here.
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Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Regelungstechnik mit Arduino und ESP32! Dieses Buch bietet Ihnen einen praxisnahen Einstieg in die klassischen und modernen Methoden der Regelung, darunter PID-Regler, Fuzzy-Logik und Sliding-Mode-Regler.
Im ersten Teil lernen Sie die Grundlagen der beliebten Arduino-Controller, wie den Arduino Uno und den ESP32, sowie die Integration von Sensoren für Temperatur- und pH-Messung (NTC, PT100, PT1000, pH-Sensor). Sie erfahren, wie diese Sensoren in verschiedenen Projekten eingesetzt werden und wie Sie Daten auf einem Nextion TFT-Display visualisieren.
Weiter geht es mit der Einführung in Stellglieder wie MOSFET-Schalter, H-Brücken und Solid-State-Relais, die zur Steuerung von Motoren und Aktoren verwendet werden. Sie lernen, Regelstrecken zu analysieren und zu modellieren, einschließlich PT1- und PT2-Regelungen.
Der Schwerpunkt des Buches liegt auf der Implementierung von Fuzzy- und PID-Reglern zur Regelung von Temperatur und DC-Motoren. Dabei werden sowohl der Arduino Uno als auch der ESP32 eingesetzt. Zudem wird der Sliding-Mode-Regler vorgestellt.
Im vorletzten Kapitel erkunden Sie die Grundlagen neuronaler Netze und lernen, wie maschinelles Lernen auf einem Arduino eingesetzt werden kann. Im letzten Kapitel gibt es noch ein praktisches Beispiel für einen Fuzzy-Regler zur Stromeinspeisung ins Hausnetz.
Dieses Buch ist die perfekte Wahl für Ingenieure, Studierende und Elektroniker, die ihre Projekte mit innovativen Regelungstechniken erweitern möchten.
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Einfache und kostengünstige digitale Signalverarbeitung
Ziel dieses Buches ist es, die Grundprinzipien der digitalen Signalverarbeitung (DSP) zu vermitteln und sie unter Verwendung eines Minimums an Mathematik aus praktischer Sicht einzuführen. Es wird nur das Grundniveau der Theorie zeitdiskreter Systeme vermittelt, das ausreicht, um DSP-Anwendungen in Echtzeit zu implementieren. Die praktischen Umsetzungen werden in Echtzeit mithilfe des beliebten Mikrocontroller-Entwicklungsboards ESP32 DevKitC beschrieben. Mit dem kostengünstigen und äußerst beliebten ESP32-Mikrocontroller sollten Sie in der Lage sein, grundlegende DSP-Projekte mit Abtastfrequenzen im Audiobereich zu entwerfen. Die gesamte Programmierung erfolgt mit der beliebten Arduino IDE in Verbindung mit dem C-Sprachcompiler.
Nachdem das Buch eine solide Grundlage der DSP-Theorie und relevante Diskussionen über die wichtigsten DSP-Softwaretools auf dem Markt gelegt hat, werden die folgenden audiobasierten Sound- und DSP-Projekte vorgestellt:
Verwendung eines I²S-basierten digitalen Mikrofons zur Audioaufnahme
Verwendung eines I²S-basierten Klasse-D-Audioverstärkers und Lautsprechers
Wiedergabe von auf einer SD-Karte gespeicherter MP3-Musik über einen I²S-basierten Verstärker und Lautsprecher
Wiedergabe von im ESP32-Flash-Speicher gespeicherten MP3-Musikdateien über einen I²S-basierten Verstärker und Lautsprecher
Mono- und Stereo-Internetradio mit I²S-basierten Verstärkern und Lautsprechern
Text-zu-Sprache-Ausgabe mit einem I²S-basierten Verstärker und Lautsprecher
Verwendung der Lautstärkeregelung in I²S-basierten Verstärker- und Lautsprechersystemen
Ein sprechender Veranstaltungszähler mit einem I²S-basierten Verstärker und Lautsprecher
Ein einstellbarer Sinusgenerator mit I²S-basiertem Verstärker und Lautsprecher
Verwendung des schnellen 24-Bit-ADC/DAC-Moduls Pmod I²S2
Digitales Tiefpass- und Bandpass-Echtzeit-FIR-Filterdesign mit externer und interner A/D- und D/A-Wandlung
Digitales Tiefpass- und Bandpass-Echtzeit-IIR-Filterdesign mit externer und interner A/D- und D/A-Wandlung
Schnelle Fourier-Transformationen (FFT)
Diese Ausgabe steht allen GOLD- und GREEN-Mitgliedern auf der ElektorMagazine-Website zum Download bereit!
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Kleine WärmebildkameraRealisiert mit einem Arduino UNO
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