031-9.book Seite I Dienstag, 17. März 2015 1:57 13 Rechts Faszinierende Elektronik-Projekte mit Scratch, Raspberry Pi und Arduino Max. Linie Max. Linie 031-9.book Seite II Dienstag, 17. März 2015 1:57 13 Links Max. Linie Max. Linie 031-9.book Seite III Dienstag, 17. März 2015 1:57 13 Rechts Faszinierende Elektronik-Projekte mit Scratch, Raspberry Pi und Arduino Erik Bartmann Max. Linie Max. Linie Beijing · Cambridge · Farnham · Köln · Sebastopol · Tokyo 031-9.book Seite IV Dienstag, 17. März 2015 1:57 13 Links Die Informationen in diesem Buch wurden mit größter Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag, Autoren und Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für eventuell verbliebene Fehler und deren Folgen. Alle Warennamen werden ohne Gewährleistung der freien Verwendbarkeit benutzt und sind möglicherweise eingetragene Warenzeichen. Der Verlag richtet sich im wesentlichen nach den Schreibweisen der Hersteller. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte vorbehalten einschließlich der Vervielfältigung, Übersetzung, Mikroverfilmung sowie Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Kommentare und Fragen können Sie gerne an uns richten: O’Reilly Verlag Balthasarstr. 81 50670 Köln E-Mail: [email protected] Copyright: © 2015 by O’Reilly Verlag GmbH & Co. KG 1. Auflage 2015 Bibliografische Information Der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Lektorat: Volker Bombien, Köln Korrektorat: Dr. Dorothée Leidig, Freiburg Umschlaggestaltung: Michael Oreal, Köln Produktion: Karin Driesen, Köln Satz: III-satz, www.drei-satz.de Belichtung, Druck und buchbinderische Verarbeitung: Mediaprint, Paderborn ISBN 978-3-95875-031-9 Dieses Buch ist auf 100% chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Max. Linie Max. Linie 031-9.book Seite V Dienstag, 17. März 2015 1:57 13 Rechts Inhalt Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX Es muss nicht unbedingt Code sein. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Was macht die Faszination von Scratch aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Interessante Links zu Projekten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Was nicht fehlen darf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vielen Dank für die großzügige Unterstützung . . . . . . . . . . . . . . . . . X XIV XIV XV XVI Was ist Scratch? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Programmiersprache Scratch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Scratch-2-Oberfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ein erstes Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S4A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Installation von S4A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Prinzip von S4A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S4A und die Ports des Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MBlock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Installation von MBlock. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Prinzip von MBlock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Ports des Baseboards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Riskiere einen Blick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 6 11 12 16 19 52 54 57 58 66 Für den Einstieg: Arduino und Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die zentrale Recheneinheit (CPU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Daten-Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Speicherbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Ein- bzw. Ausgabeports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Interrupt-Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Arduino im Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Raspberry Pi im Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 69 69 69 70 71 71 72 74 1 2 Max. Linie Inhalt 1 67 | V Max. Linie 031-9.book Seite VI Dienstag, 17. März 2015 1:57 13 Links 3 4 5 Max. Linie VI | Was wird benötigt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Steckbrett (Breadboard) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flexible Steckbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ein digitales Multimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eine Widerstandsbiegelehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Starter-Robot-Kit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die elektronischen Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 75 79 79 80 81 82 Projekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Projekt 4-1: Das Blinken einer LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Projekt 4-2: Mit Bauteilen experimentieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Projekt 4-3: Eine Ampelschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Projekt 4-4: Der elektronische Würfel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Projekt 4-5: Wir steuern einen Roboter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Projekt 4-6: Simple-Pong. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Projekt 4-7: Analog-Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Projekt 4-8: Der Robot-Tank. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Projekt 4-9: Sound-Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Projekt 4-10: Asteroids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 95 113 121 131 153 163 169 191 199 Was ist Elektronik? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Die Elektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Elektronenfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Strom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der allgemeine Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Ohmsche Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der geschlossene Stromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Unterschied zwischen passiven und aktiven Bauelementen . . . . Der Festwiderstand. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der veränderliche Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der temperaturempfindliche Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Kondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Transistor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Leuchtdiode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weitere interessante Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Taster. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Schrittmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 225 226 227 229 230 231 233 234 234 237 240 242 247 251 255 257 257 258 259 261 Inhalt Max. Linie 031-9.book Seite VII Dienstag, 17. März 2015 1:57 13 Rechts Der Servo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Piezo-Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 266 Scratch und Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die GPIO-Schnittstelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ansteuerung der GPIO-Schnittstelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Benötigte Bauteile: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Scratch-Skript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Riskiere einen Blick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 271 275 277 279 Das PicoBoard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Was kann das PicoBoard? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Benötigte Software. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Starten von Scratch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Was sagt der Raspberry Pi dazu?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erste Schritte mit dem PicoBoard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Salzwasser-Experiment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Fluglage-Sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Benötigte Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Scratch-Skript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Riskiere einen Blick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 283 284 285 289 290 293 293 298 300 Wo bekomme ich was? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bezugsquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wo bekomme ich was? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . In eigener Sache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 301 301 302 302 302 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 6 7 8 269 281 301 Max. Linie Max. Linie Inhalt | VII
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