Arduino - Das umfassende Handbuch

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