Arduino - Das umfassende Handbuch

✍ Scribed by Claus Kühnel

• Year: 2023
• Tongue: German
• Leaves: 1963
• Edition: 2
• Category: Library

✦ Table of Contents

Aus dem Lektorat
Inhaltsverzeichnis
Materialien zum Buch
Geleitwort
1 Arduino – was ist das?
1.1 Arduino – etwas Hintergrund
1.2 Open Source: Die Lizenzen des Arduino-Projekts
1.3 Maker und die Arduino-Community
1.4 Arduino Uno Rev3 – der Standard
1.4.1 Ein- und Ausgangspins
1.4.2 Serielle Schnittstellen
1.4.3 Spannungsversorgung
1.4.4 Mikrocontroller ATmega328P
1.4.5 Warum eigentlich die Bezeichnung »Uno«?
1.5 Details zum Mikrocontroller
1.5.1 Mikrocontroller-Kern
1.5.2 Mikrocontroller-Peripherie
2 Arduino-Hardware
2.1 Die Produktfamilie Arduino
2.1.1 Klassische Arduino-Boards
2.1.2 Kompakte Arduino-Boards
2.1.3 Arduino-MKR-Serie
2.1.4 Arduino-Pro-Familie
2.1.5 Arduino Yún
2.2 Arduino-kompatible Boards
2.2.1 Seeeduino v4.2
2.2.2 LilyPad Arduino
2.2.3 Maduino GPRS A6
2.2.4 BBC micro:bit bzw. Calliope mini
2.2.5 SparkFun Pro nRF52840 Mini
2.2.6 STM32 Nucleo
2.2.7 Teensy 4.x
2.2.8 ESP8266
2.2.9 ESP32
2.2.10 M5Stack, M5StickC/M5StickC Plus, M5ATOM und M5Stamp
2.2.11 Raspberry Pi Pico
2.2.12 Seeed XIAO und Wio Terminal
2.2.13 Adafruit Feather und SparkFun Thing Plus
2.2.14 Maixduino
2.3 Arduino-Shields
2.3.1 Arduino-Standard-Shields
2.3.2 Arduino-MKR-Shields
2.4 Expansionsboards
2.4.1 Arduino Portenta H7
2.4.2 Seeeduino XIAO
2.4.3 Raspberry Pi Pico
3 Das Experimentierumfeld
3.1 Elektronische Bauteile
3.1.1 Widerstand, Kondensator und Spule
3.1.2 Taster, Schalter und Relais
3.1.3 Dioden
3.1.4 Transistoren und FETs als Schalter
3.1.5 Operationsverstärker
3.2 Grundlagen zur Schaltungstechnik
3.2.1 Ohmsches Gesetz
3.2.2 Kirchhoffsche Regeln
3.2.3 Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen
3.3 Breadboards und Zubehör
3.3.1 Breadboards
3.3.2 Breadboard Holder
3.3.3 Breadboard Power
3.4 Qwiic, Grove und mikroBUS Connection
3.4.1 Qwiic Connection
3.4.2 Grove-System
3.4.3 mikroBUS System
3.5 Spannungsversorgung
3.5.1 USB-Anschluss
3.5.2 USB-Hub mit Schnellladeanschluss
3.5.3 Steckernetzteil
3.5.4 Labornetzgerät
3.5.5 Lithium-Polymer-Akku
3.5.6 Spannungsversorgung mit Solarzellen
3.5.7 Reduzierung des Strombedarfs für Batteriebetrieb
3.6 Messtechnik
3.6.1 Multimeter
3.6.2 Funktionsgenerator
3.6.3 Oszilloskop
3.6.4 BitScope Micro
3.6.5 Saleae Logic Analyzer
3.7 CAD-Software
3.7.1 Fritzing
3.7.2 KiCAD
3.7.3 EAGLE
3.7.4 EasyEDA Standard
3.7.5 Welches Tool soll ich verwenden?
4 Arduino-Software
4.1 Schritte bei der Programmerstellung
4.2 Die Arduino-Entwicklungsumgebung
4.2.1 Legacy IDE: Arduino 1.8
4.2.2 Die neue Arduino IDE 2
4.3 Die Arduino-Create-Plattform
4.3.1 Arduino Web Editor
4.3.2 Arduino IoT Cloud
4.3.3 Arduino Project Hub
4.4 Arduino Create vs. Arduino IDE
4.5 Programmieren in C++
4.5.1 Empfehlenswerte Online-Tutorials
4.5.2 Einführung in die Grundlagen von C++
4.6 Den Arduino programmieren
4.6.1 Programmstruktur
4.6.2 Arduino-Funktionen
4.6.3 Hello World
4.6.4 Arduino-Librarys
4.7 Arduino-Boards in Betrieb nehmen
4.7.1 Arduino Uno
4.7.2 Arduino Uno WiFi Rev2
4.7.3 Arduino Yún
4.7.4 ESP32
4.7.5 M5Stack bzw. M5StickC/C Plus
4.7.6 Teensy 4.x
4.7.7 Raspberry Pi Pico
4.8 Arduino-Debugging
4.8.1 Debugging mit digitalem Ausgang
4.8.2 printf()-Debugging
4.8.3 MicroDebug-Library
4.8.4 ArduinoTrace-Library
4.8.5 Arduino-Debugging mit SEGGER J-Link Debugger
5 Sensoren
5.1 Der Thermistor als Temperatursensor
5.2 Der Temperatursensor TMP36
5.3 Der Temperatur- und Feuchtigkeitssensor DHTxx/AM23xx
5.4 Der Temperatur- und Feuchtigkeitssensor Si7021
5.5 Der Temperatursensor DS18B20
5.6 Die barometrischen Drucksensoren BMP180, BMP280 und BME280
5.7 Der Luftqualitätssensor MQ135
5.8 Der Grove-Feinstaubsensor PPD42NS
5.9 Der Lichtstärkesensor GY-30 (BH1750FVI)
5.10 Der Farbsensor GY-TCS3200D
5.11 Ultraschall-Entfernungsmessung
5.12 ToF-Entfernungsmessung
5.13 Bewegungsdetektion mit PIR-Sensoren
5.14 Wetterdaten
6 Eingabeelemente
6.1 Taster und Schalter
6.2 Keypads
6.3 Joysticks
6.4 Drehgeber
6.5 Touch-Sensoren
6.6 Touch-Panels
6.7 RFID
6.8 NFC
7 Anzeigeelemente
7.1 LEDs und RGB-LEDs
7.2 Sieben-Segment-Anzeige
7.3 LED-Dot-Matrix-Anzeige
7.4 Seriell gesteuerte RGB-LEDs
7.4.1 NeoPixel
7.4.2 DotStar
7.4.3 NeoPixel vs. DotStar
7.4.4 FastLED
7.5 LCDs
7.5.1 Display mit HD44780
7.5.2 Grove-LCDs mit I2C
7.5.3 LCD Keypad Shield
7.5.4 Arduino-Shield mit EA DOGS102W-6 und EA PCBARDDOG1701
7.5.5 Nokia-5110-Grafik-LCD
7.6 OLED-Display
7.7 Touchscreen
7.7.1 Waveshare 2.8" Touch LCD Shield
7.7.2 Nextion 2.8" HMI LCD Touch Display
8 Aktoren
8.1 Relais
8.2 Motoren
8.2.1 Servo
8.2.2 DC-Motor
8.2.3 Schrittmotor
9 Externe Speicher
9.1 Internes EEPROM
9.2 Externes EEPROM
9.3 FRAM
10 Kommunikation
10.1 Serielles Interface UART, der interne Monitor
10.2 SPI
10.3 I2C-Bus
10.4 1-Wire-Bus
10.5 CAN
10.6 Bluetooth und BLE
10.6.1 Serielle Bluetooth-Module
10.6.2 Mikrocontroller mit BLE
10.7 Der Arduino im Netzwerk
10.7.1 Ethernet
10.7.2 WiFi
10.7.3 Die Performance testen
10.8 LoRa bzw. LoRaWAN
10.8.1 LoRa/LoRaWAN – Begriffe
10.8.2 LoRa-Datenübertragung
10.8.3 The Things Network (TTN)
10.8.4 LoRaWAN-Knoten
10.9 GSM
10.9.1 Module und Provider
10.9.2 Arduino Uno mit SIM800 EVB
10.9.3 Maduino GPRS A6
10.10 3GPP LPWAN
10.10.1 NB-IoT
10.10.2 LTE-M
10.11 Netzwerkverbindungen mit nRF24L01
10.11.1 Transceiver nRF24L01
10.11.2 nRF24L01-Modul
10.11.3 nRF24L01 mit SMA-Antenne
10.11.4 nRF24L01-Reichweitenmessung
10.11.5 Die Netzwerkknoten in der Übersicht
10.11.6 Initialisierung des nRF24L01
10.11.7 Datenübertragung zwischen zwei Sensorknoten
10.11.8 Datenübertragung zwischen mehreren Sensorknoten
11 Datenformate und Kommunikationsprotokolle
11.1 JSON
11.2 MQTT
11.2.1 Grundlagen
11.2.2 MQTT-Broker
11.2.3 MQTT-Client
12 Arduino-Benchmarks
13 Projektideen für den Arduino
13.1 Tragbare Elektronik (Wearables)
13.2 Überwachung des Raumklimas
13.2.1 Sensirion SCD30
13.2.2 Sensirion SGP30 und Bosch BME280
13.2.3 Bosch BME680
13.2.4 Environmental Sensor AZ-Envy
13.3 Open Data aus dem Internet
13.3.1 OpenWeatherMap
13.3.2 Covid-19-Datenbank
13.4 Pushover-Statusmeldungen
13.4.1 Pushover-Server
13.4.2 Pushover-Android-Client
13.4.3 Pushover-Integration ins Arduino-Programm
13.5 Überwachung von Pflanzen
13.5.1 M5Stack ENV.II und EARTH Unit
13.5.2 Kapazitive Bodenfeuchtesensoren
13.5.3 LilyGO-T-HiGrow Kit
13.6 Messung von radioaktiver Strahlung
13.6.1 Messtechnische Voraussetzungen
13.6.2 Auswertung der GMZ-Impulse
13.7 Arduino Yún
13.7.1 Netzwerk-Performance
13.7.2 Zwei Welten verbinden
13.7.3 Erfassen von Messdaten
13.8 M5StickC
13.8.1 M5StickC-Hats
13.8.2 M5StickC-Thermometer
13.8.3 M5StickC – Messung der Wassertemperatur
13.9 Kameraanwendungen
13.9.1 Arducam Shield V2
13.9.2 ArduCAM_ESP32S_UNO_PSRAM Board
13.9.3 M5Stack Camera
13.10 Maschinelles Lernen
13.10.1 TensorFlow Lite
13.10.2 Edge Impulse
14 Gehäuse für den Arduino
14.1 ArduiBox Open – Hutschienengehäuse für den Arduino
14.2 RasPiBox Pico für Raspberry Pi Pico
14.3 AZ-Touch MKR/ESP/Feather
14.4 ESPGateway – ESP32 WiFi/ BLE Gateway
15 Der Arduino in industriellen Anwendungen
15.1 Prototyping mit dem Arduino
15.2 Industrieanwendungen
15.2.1 Controllino
15.2.2 Industrial Controller
15.2.3 Industruino
A Anhang
A.1 Arduino-Distributoren
A.2 Technische Daten im Vergleich
A.3 Spezifikation von Widerständen
A.3.1 Bedrahtete Widerstände
A.3.2 SMD-Widerstände
Stichwortverzeichnis
Rechtliche Hinweise
Über den Autor