1 Elektrischer Strom – was muss ich alles wissen?

11

1.1 Strom? Spannung? Was ist das?

11

1.2 Der elektrische Widerstand – das Verhältnis zwischen Spannung und Strom

14

1.3 Ein elektrischer Stromkreis in der Praxis – Anwendung des ohmschen Gesetzes

18

1.3.1 Die Reihenschaltung von Widerständen

19

1.3.2 Die Parallelschaltung von Widerständen

23

1.3.3 Veränderliche Widerstände

27

1.4 Die elektrische Leistung als Produkt von Spannung und Strom

34

1.5 Fehlersuche in der Schaltung – richtig messen mit verschiedenen Messgeräten

38

1.5.1 Das Multimeter als Universalwerkzeug

39

1.5.2 Das Oszilloskop – den Verlauf von Spannungen verfolgen

44

1.5.3 Der Logikanalysator – die Datenübertragung zwischen verschiedenen Chips verfolgen

45

1.6 Was ist eine Spannungsquelle und wie funktioniert sie?

46

1.6.1 Die reale Spannungsquelle

46

1.6.2 Spannungsquellen zusammenschalten

50

1.6.3 Kapazität von Batterien und Akkus – was ist das?

52

1.7 Was benötige ich alles?

54

1.7.1 Ein Raspberry Pi inklusive Zubehör

54

1.7.2 Ein Multimeter

54

1.7.3 Externe Spannungsversorgung

55

1.7.4 Messleitungen

56

1.7.5 Seitenschneider

57

1.7.6 Steckbrett und Drahtbrücken

57

1.7.7 Raspberry-Pi-Adapter für ein Steckbrett

59

1.7.8 Lötkolben und Zubehör

59

2 Einrichtung

61

2.1 Installation

61

2.1.1 Einrichtung per raspi-config

62

2.2 Eine WLAN-Verbindung zum Heimnetzwerk herstellen

65

2.3 SSH-Verbindung herstellen und Dateien übertragen

67

2.4 Erste Schritte in Linux

70

2.4.1 Root-Rechte

70

2.4.2 Software-Verwaltung

71

2.4.3 Firmware- und Kernel-Updates

72

2.4.4 Navigation und Dateioperationen im Terminal

73

3 I/O-Grundlagen – die Ein- und Ausgänge des Raspberry Pi im Detail

75

3.1 J8-Header – die GPIO-Pins im Überblick

75

3.1.1 Nummerierungssysteme bzw. Pin-Namen

76

3.2 Eingänge, Ausgänge, Sonderfunktionen

77

3.2.1 Eingänge

78

3.2.2 Pull-up, Pull-down und Floating

78

3.2.3 Ausgänge

80

3.2.4 Sonderfunktionen

81

3.3 GPIO-Verbindungen herstellen

82

3.4 Vorsichtsmaßnahmen und ESD-Schutz

83

3.5 GPIO-Pin als Ausgang – LED ein- und ausschalten

84

3.5.1 Wissenswertes zur LED

85

3.5.2 Verdrahtung

89

3.5.3 Das Python-Programm

90

3.5.4 LED-Blinklicht

92

3.6 Transistoren

93

3.6.1 Transistoren im Praxiseinsatz

94

3.6.2 PWM: LEDs dimmen

97

3.7 Der GPIO-Pin als Eingang: der Taster

106

3.7.1 Prellen

111

3.7.2 Der erste Sensor

112

4 Motoren

119

4.1 Der Gleichstrommotor

119

4.1.1 Die Funktionsweise

121

4.1.2 Die H-Brückenschaltung

122

4.1.3 Der Motortreiber L298

123

4.2 Servomotoren

135

4.3 Schrittmotoren

139

5 Die UART-Schnittstelle kennenlernen

149

5.1 Kurzer Exkurs: Wie werden Daten in einem Computer gespeichert?

150

5.1.1 Rechenbeispiele

155

5.2 Was ist die UART-Schnittstelle und wie funktioniert sie?

156

5.2.1 Die erste Inbetriebnahme des Moduls

162

5.3 Erweitern Sie Ihren Raspberry Pi um ein kleines Display

168

5.4 RFID – ein einfaches Zugangssystem per Karte

181

5.4.1 Was ist RFID?

181

5.5 Kombination von LCD und RFID – die Zugangskontrolle mit einem LCD erweitern

192

5.6 Jetzt funkt's – XBee-Funkmodule als Alternative für ein Kabel

194

6 Der Inter-Integrated Circuit (I²C)

201

6.1 I²C – Was ist das?

203

6.2 Ein Computer erzeugt eine Spannung – eine beliebige Spannung erzeugen

209

6.2.1 Was ist ein Digital/Analog-Wandler, und was macht er?

209

6.2.2 Den Raspberry Pi mit einem Digital/Analog-Wandler versehen

211

6.2.3 Den Digital/Analog-Wandler mit dem Raspberry Pi verbinden

216

6.2.4 Den I²C-Bus mit Python verwenden

218

6.3 Analoge Spannungen für einen Computer aufbereiten

229

6.3.1 Was ist ein Analog/Digital-Wandler?

229

6.3.2 Ein Python-Script für den ADS1015-Analog/Digital-Wandler erstellen

234

6.3.3 Den ADC konfigurieren

236

6.3.4 Der ADC in der Praxis

242

6.4 Eine PWM mit einem PWM-Controller erzeugen

249

6.4.1 Eine PWM erzeugen, um eine LED zu dimmen

249

6.4.2 Eine PWM erzeugen, um einen Servomotor anzusteuern

265

7 Das Serial Peripheral Interface (SPI)

273

7.1 Das SPI – ein weiterer Bus am Raspberry Pi

274

7.2 Die GPIO-Pins des Raspberry Pi mit einem Port Expander erweitern

279

7.2.1 Konfiguration des Port Expanders

282

7.2.2 Die I/Os des Port Expanders als zusätzliche Ausgänge

288

7.2.3 Die I/Os des Port Expanders als Eingänge

295

7.3 Aktuelle Wetterdaten mit dem Raspberry Pi erfassen – Bestimmung von Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und der Temperatur

303

7.3.1 Konfiguration des Sensors

305

7.3.2 Den Sensor kalibrieren – wie lese ich die Kalibrierwerte aus?

317

7.3.3 Los geht's mit dem Auslesen der Temperaturdaten

321

7.3.4 Der Sensor im Einsatz als Datenlogger

330

7.4 Die Ansteuerung eines WS2801-LED-Streifens – so erzeugen Sie ein buntes Farbspiel

334

8 Zusätzliche Stromversorgung für Projekte mit dem Raspberry Pi und ein Ausblick auf weitere Projekte

345

8.1 Das Labornetzteil

346

8.2 Batteriefächer

347

8.3 Externe Netzteile

348

8.4 Ausgediente Netzteile

350

8.5 Spannungsregler

350

8.5.1 Der Linearregler

351

8.5.2 Der Schaltregler

351

8.6 Wie geht es nun weiter?

352

8.7 Alles hat ein Ende – eine kurze Zusammenfassung

355