Projekte mit Arduino, ESPHome, Home Assistant und Raspberry Pi & Co
Dieses E-Book enthält verschiedene Projektbeispiele und beginnt mit einer Einführung in die Elektronik. Es erklärt unter anderem, wie man Home Assistant auf einem Raspberry Pi installiert, wie man Raumklimasensoren für Temperatur und Luftfeuchtigkeit nutzt, das MQTT-Protokoll sowie weitere Schnittstellen einsetzt und ESPHome verwendet, um Sensoren und Aktoren in Home Assistant zu integrieren. Zahlreiche Video-Tutorials ergänzen das Buch.
Grundlagen der Elektrotechnik
Das Buch beginnt mit einer Einführung in die Elektrotechnik. Ihr lernt die Grundlagen von Spannung, Strom, Widerständen, Dioden und Transistoren.
Arduino und Mikrocontroller
Ein kompletter Abschnitt widmet sich dem Arduino Uno. Ihr lernt den Aufbau kennen, schreibt erste Programme und erarbeitet praktische Beispiele.
Home Assistant und Automatisierung
Ihr erfahrt, wie Home Assistant auf einem Raspberry Pi eingerichtet wird, und lernt den Umgang mit Automatisierungen, Szenen und Geräten. Zusätzlich wird auf Zigbee, MQTT und ESP-NOW eingegangen – wichtige Technologien für die Heimautomation.
ESP8266, ESP32 und ESP32-CAM
Die beliebten ESP-Mikrocontroller werden ausführlich behandelt. Nach einer theoretischen Einführung folgen praktische Projekte, die euch zeigen, wie ihr das Beste aus diesen Geräten herausholen könnt.
Sensoren und Aktoren
Das Buch erklärt die Funktionsweise und Anwendung zahlreicher Sensoren wie Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensoren, Bewegungsmelder und RFID-Reader. Bei den Aktoren werden Schrittmotoren, e-ink Displays, Servo-Motoren und vieles mehr beleuchtet. Zu allen Geräten gibt es praxisnahe Anwendungsbeispiele.
ESPHome
Dieses Kapitel zeigt euch, wie ihr Sensoren und Aktoren ohne Programmieraufwand in Home Assistant integriert. Ihr werdet Schritt für Schritt durch die Einrichtung mit ESPHome geführt.
LEDs und Lichttechnik
In diesem Kapitel lernt ihr verschiedene LED-Typen und deren Einsatzmöglichkeiten kennen. Grundlagen der Lichttechnik werden ebenfalls erklärt.
Node-RED
Ein eigenes Kapitel ist Node-RED gewidmet. Ihr erlernt die Grundlagen dieses leistungsstarken Tools und werdet Schritt für Schritt durch die Einrichtung und Nutzung geführt.
Integrierte Schaltkreise (ICs)
In der Elektronik gibt es zahlreiche ICs, die uns das Leben erleichtern. Ihr lernt die wichtigsten kennen und wendet das Wissen in praktischen Projekten an.
Programmieren für Profis
Fortgeschrittene Themen wie die korrekte Verwendung von Tastern, der Einsatz von Interrupts und die Nutzung eines NTP-Servers für Zeit-Synchronisation werden in diesem Kapitel detailliert behandelt.
Downloads
GitHub
Projects with Thonny-IDE, uPyCraft-IDE, and ESP32
The 'Python' programming language has enjoyed an enormous upswing in recent years. Not least, various single-board systems such as the Raspberry Pi have contributed to its popularity. But Python has also found widespread use in other fields, such as artificial intelligence (AI) or machine learning (ML). It is obvious, therefore, to use Python or the 'MicroPython' variant for use in SoCs (Systems on Chip) as well.
Powerful controllers such as the ESP32 from Espressif Systems offer excellent performance as well as Wi-Fi and Bluetooth functionality at an affordable price. With these features, the Maker scene has been taken by storm. Compared to other controllers, the ESP32 has a significantly larger flash and SRAM memory, as well as a much higher CPU speed. Due to these characteristics, the chip is not only suitable for classic C applications, but also for programming with MicroPython.
This book introduces the application of modern one-chip systems. In addition to the technical background, the focus is on MicroPython itself. After the introduction to the language, the programming skills learned are immediately put into practice. The individual projects are suitable for use in the laboratory as well as for everyday applications. So, in addition to the actual learning effect, the focus is also on the joy of building complete and useful devices. By using laboratory breadboards, circuits of all kinds can be realized with little effort, turning the testing and debugging of the 100% homebrew projects into an instructive pleasure.
The various applications, such as weather stations, digital voltmeters, ultrasound range finders, RFID card readers or function generators, make the projects presented ideally suited for practical courses or subject and study work in the natural sciences, or in science and technology classes.
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.
Program and build RPi Pico-based ham station utilities, tools, and instruments
Although much classical HF and mobile equipment is still in use by large numbers of amateurs, the use of computers and digital techniques has now become very popular among amateur radio operators. Nowadays, anyone can purchase a €5 Raspberry Pi Pico microcontroller board and develop many amateur radio projects using the “Pico” and some external components. This book is aimed at amateur radio enthusiasts, Electronic Engineering students, and anyone interested in learning to use the Raspberry Pi Pico to shape their electronic projects. The book is suitable for beginners in electronics as well as for those with wide experience.
Step-by-step installation of the MicroPython programming environment is described. Some knowledge of the Python programming language is helpful to be able to comprehend and modify the projects given in the book. The book introduces the Raspberry Pi Pico and gives examples of many general-purpose, software-only projects that familiarize the reader with the Python programming language. In addition to the software-only projects tailored to the amateur radio operator, Chapter 6 in particular presents over 36 hardware-based projects for “hams”, including:
Station mains power on/off control
Radio station clock
GPS based station geographical coordinates
Radio station temperature and humidity
Various waveform generation methods using software and hardware (DDS)
Frequency counter
Voltmeter / ammeter / ohmmeter / capacitance meter
RF meter and RF attenuators
Morse code exercisers
RadioStation Click board
Raspberry Pi Pico based FM radio
Using Bluetooth and Wi-Fi with Raspberry Pi Pico
Radio station security with RFID
Audio amplifier module with rotary encoder volume control
Morse decoder
Using the FS1000A TX-RX modules to communicate with Arduino
Die Programmiersprache „Python“ hat in den letzten Jahren einen enormen Aufschwung erlebt. Nicht zuletzt haben verschiedene Einplatinensysteme wie der Raspberry Pi zu deren Bekanntheitsgrad beigetragen. Aber auch in anderen Gebieten, wie der Künstlichen Intelligenz oder dem Machine Learning, hat Python weite Verbreitung gefunden. Es ist daher naheliegend, Python bzw. die Variante „MicroPython“ auch für den Einsatz in SoCs (Systems on Chip) zu verwenden.
Leistungsfähige Controller wie der ESP32 der Firma Espressif Systems bieten eine hervorragende Performance sowie Wi-Fi- und Bluetooth-Funktionalität zu einem günstigen Preis. Mit diesen Eigenschaften wurde die Maker-Szene im Sturm erobert. Im Vergleich zu anderen Controllern weist der ESP32 einen deutlich größeren Flash und SRAM-Speicher, sowie eine wesentlich höhere CPU-Geschwindigkeit auf. Aufgrund dieser Leistungsmerkmale eignet sich der Chip nicht nur für klassische C-Anwendungen, sondern insbesondere auch für die Programmierung mit MicroPython.
Das vorliegende Buch führt in die Anwendung der modernen Ein-Chip-Systeme ein. Neben den technischen Hintergründen steht vor allem MicroPython selbst im Vordergrund. Nach der Einführung in die Sprache werden die erlernten Programmierkenntnisse umgehend in die Praxis umgesetzt. Die einzelnen Projekte sind sowohl für den Einsatz im Labor als auch für Alltagsanwendungen geeignet. Neben dem eigentlichen Lerneffekt steht also auch die Freude am Aufbau kompletter und nützlicher Geräte im Vordergrund. Durch die Verwendung von Laborsteckboards können Schaltungen aller Art mit geringem Aufwand realisiert werden, sodass das Austesten der selbstgebauten Geräte zum lehrreichen Vergnügen wird.
Durch die verschiedenen Anwendungen wie Wetterstationen, Digitalvoltmeter, Ultraschall-Entfernungsmesser, RFID-Kartenleser oder Funktionsgeneratoren sind die vorgestellten Projekte auch für Praktika oder Fach- und Studienarbeiten in den Naturwissenschaften bzw. im Natur- und Technikunterricht bestens geeignet.
Program, build, and master 60+ projects with the Wireless RP2040
The Raspberry Pi Pico and Pico W are based on the fast, efficient, and low-cost dual-core ARM Cortex M0+ RP2040 microcontroller chip running at up to 133 MHz and sporting 264 KB of SRAM and 2 MB of Flash memory. Besides spacious memory, the Pico and Pico W offer many GPIO pins, and popular peripheral interface modules like ADC, SPI, I²C, UART, PWM, timing modules, a hardware debug interface, and an internal temperature sensor.
The Raspberry Pi Pico W additionally includes an on-board Infineon CYW43439 Bluetooth and Wi-Fi chipset. At the time of writing this book, the Bluetooth firmware was not yet available. Wi-Fi is however fully supported at 2.4 GHz using the 802.11b/g/n protocols.
This book is an introduction to using the Raspberry Pi Pico W in conjunction with the MicroPython programming language. The Thonny development environment (IDE) is used in all of the 60+ working and tested projects covering the following topics:
Installing the MicroPython on Raspberry Pi Pico using a Raspberry Pi or a PC
Timer interrupts and external interrupts
Analogue-to-digital converter (ADC) projects
Using the internal temperature sensor and external sensor chips
Using the internal temperature sensor and external temperature sensor chips
Datalogging projects
PWM, UART, I²C, and SPI projects
Using Bluetooth, WiFi, and apps to communicate with smartphones
Digital-to-analogue converter (DAC) projects
All projects are tried & tested. They can be implemented on both the Raspberry Pi Pico and Raspberry Pi Pico W, although the Wi-Fi-based subjects will run on the Pico W only. Basic programming and electronics experience are required to follow the projects. Brief descriptions, block diagrams, detailed circuit diagrams, and full MicroPython program listings are given for all projects.
Hebt u altijd al uw elektronicaproject willen aansturen vanuiteen kleurrijke app op een Android smartphone of tablet? Dat is mogelijk met het in dit boek beschreven Android I/O-board. Met de bijbehorende software-library kunt u in Android Studio eenvoudig zelf een app programmeren die dit mogelijk maakt.
Het Android I/O-board (los verkrijgbaar, wordt niet met boek meegeleverd!) bezit 22 pennen die u vanuit een app kunt aansturen als digitale I/O, ADC, PWM, touch-sensing en counter. Het Android I/O-board kan met de Android smartphone communiceren via Bluetooth, WiFi of USB. Het board is ook als datalogger te gebruiken. Kortom, dit is een veelzijdig board dat in ieder project past.
Dit boek beschrijft stap voor stap hoe u uw project tot een succes kunt maken. Het boek behandelt gestructureerd de volgende onderwerpen:
Een snelle handleiding hoe u uw Android I/O-board up and running krijgt.
Een uitleg van alle mogelijkheden van het Android I/Oboard, met uitgebreide voorbeelden bij de verschillende opties.
Een stap-voor-stap handleiding hoe u een app kunt programmeren in Android Studio.
Een beschrijving van de firmware op het Android I/O-board en hoe u dit zelf met MPLAB-X kunt aanpassen.
Voorbeeld-projecten om inspiratie op te doen hoe u uw eigen project kunt aansturen met het Android I/O-board.
Le téléchargement intégral de ce numéro est disponible pour nos membres GOLD et GREEN sur le site Elektor Magazine !
Pas encore membre ? Cliquez ici.
adaptateur de mesure USBTest du courant et des signaux des ports USB
sortie boucle de courant 4-20 mA pour Arduino UnoUne interface de boucle de courant fiable et insensible aux interférences électromagnétiques
commande automatique pour aspirateurGardez votre établi propre
générateur DDS avec ATtiny
testeur d'ampli-op V2Nouveau circuit imprimé – désormais compatible avec les CMS
amplificateur audio à tube 550 mWson chaleureux des tubes à vide
surveillance des fusiblesavec une LED clignotante
préamplificateur RIAA HQExploitez tout le potentiel sonore de vos disques vinyles !
Outil de réglage pour platines vinylesGénérateur de lumière stroboscopique 100–120 Hz basé sur Arduino
Elektor Classics : ampli vidéo
gradateur à télécommande infrarougeContrôlez votre éclairage avec confort et précision
comment utiliser switch…case avec des chaînes de caractères en C++/EDI Arduino
détecteur d’aimantsAvec un simple capteur à effet Hall
bouton de mise sous tension intelligent pour Raspberry PiUne solution pour Raspberry Pi jusqu’au modèle 4
astuces clés pour makersDes conseils pros pour vos projets
projets pratiques avec le timer 555Commande de moteur CC et jeux de rapidité
moniteur de charge CA simpleÉconomisez de l'énergie grâce à un appareil simple
batteries externes en parallèleTrois jours d’autonomie
VFO jusqu’à 15 MHzRéalisation avec un Raspberry Pi Pico
accordeur de violon avec ATtiny202
Elektor Classics : ampli vidéo pour TV N&B
capacimètre20 pF à 600 nF
horloge quasi analogique Mk IIDeux anneaux LED pour les heures et les minutes
concevez sans limites(grâce à l’écosystème complet d’Arduino)
dé à lampes néon
Elektor Classics : indicateur d'accord RTTY
solutions matérielles inspirantes pour vos projets ESP
Elektor Classics : alimentation 3 A
LED RGB avec circuit de commande intégréLumière de précision : les ICLED établissent de nouvelles normes
expérience : un Thérémine analogico-numérique ?Combiner des capteurs numériques modernes avec l’intemporel générateur analogique XR2206
carte émetteur-récepteur audio ESP32 (1)Démo : lecture de fichiers WAV depuis une carte SD
infographies : Circuits et conception de circuits 2025
petit mixeur audioUne conception polyvalente et modulable
minuteur intelligent pour éclairage d’escalierÉconomisez encore plus sur votre facture d’énergie !
modernisez vos voletsContrôlez les systèmes Velux avec un ESP32 et MQTT
chauffe-pieds à transistorsConfort économe en énergie
le quadricoptère M5Stamp Fly est-il le prochain drone Tello ? (Revue)
optimiser la portée Wi-Fi de l’ESP32-C3 SuperMiniUne modification d’antenne simple et efficace
station de soudage à air chaud ZD-8968Un outil de travail économique ou uniquement de l'air chaud ?
testeur de radar de reculDétecter les pannes du système d’aide au stationnement d’un véhicule
De Formula Flowcode Robot is een combinatie van analoge en digitale elektronica. De robot zit boordevol sensoren en actuatoren, en is grafisch programmeerbaar met Flowcode-software. Hierdoor vormt het een leuk en motiverend platform om kennis te maken met moderne elektronica en technologie.
Via de robot en deze handleiding kun je op uitdagende manier kennis maken met basiselektronica. Onderwerpen die aan bod komen zijn analoog en digitaal, logische poorten, diode, LCD, microcontrollers, frequentie, sensoren, actuatoren, infrarood, meet- en regeltechniek, servomotoren, gelijkrichting, programmeren en nog veel meer.
Pfiffige Lösungen mit Arduino Pro Mini und ATmega328-Boards
Mit einem einfachen Arduino Pro Mini Board und ein paar weiteren Bauteilen lassen sich heute für wenig Geld Projekte realisieren, die vor 20 oder 30 Jahren noch undenkbar waren oder ein kleines Vermögen gekostet hätten. Von einfachen LED-Effekten bis zur Ladestation – die den Akku auf Herz und Nieren prüft – ist in diesem Buch vieles dabei.
Als Mikrocontroller dient bei allen beschriebenen Projekten der ATmega328, der mit seinen 20 Ein- und Ausgangsleitungen unzählige Möglichkeiten zum Messen, Schalten und Steuern bietet. Mit einem 7-Segment-Display und ein paar Widerständen lässt sich daraus z. B. ein Voltmeter bauen oder mittels NTC ein Thermometer. Die Arduino-Plattform bietet dabei die perfekte Entwicklungsumgebung zum Programmieren der Boards.
Neben den ganz konkreten Projekten soll das Buch aber auch das nötige Wissen vermitteln, um eigene Ideen zu realisieren. Wie misst man was? Welches ist der geeignete Transistor, um verschiedene Verbraucher zu schalten? Wann ist man mit einem IC besser bedient, oder wie schaltet man Netzspannung? Auch batteriebetriebene Projekte mit LilyPad sind ausführlich thematisiert. Ebenso vielerlei Motoren, vom einfachen Gleichstrommotor bis zum Schrittmotor.
Sensoren sind ein weiteres spannendes Thema. Nur zwei Beispiele: Mit einem winzigen Bauteil lässt sich tatsächlich messen, dass der Luftdruck am Fußboden höher ist als auf Tischhöhe. Mit einem simplen Infrarot-Empfänger kann man ausgedienten Fernbedienungen ein zweites Leben schenken und die Wohnung damit steuern.
