65355-8 Manual_148x210x15_U1+U4_DEU.qxp_Layout 1 14.03.17 18:12 Seite 1 RASPBERRY PI SENSOREN Was für den Menschen die Sinne sind, das sind die Sensoren für den Raspberry Pi. Ob Roboter, Alarmanlage oder Messgerät, ohne die Einbindung von analogen oder digitalen Sensoren kommen Sie in Ihren Projekten nicht weit. Wie Sie Sensoren richtig an den Raspberry Pi anschließen und programmieren, erfahren Sie in diesem Lernpaket: Bei den 63 enthaltenen Bauteilen sind auch gleich sechs Sensoren dabei. Mit dem herunterladbaren Quellcode und den Schaltplänen können Sie die beschriebenen Projekte sofort selbst aufbauen. Dokumentation der Projekte mit übersichtlichen Aufbaubildern PROJEKTE: • Alarmmelder • Temperaturmessung • Temperaturplotter • Hygrometer • Computer-Digitalvoltmeter • Notbeleuchtung • Fotometer • Objektdetektion • Optische Abstandsmessung • Magnetometer • Magnetische Waage • Digital-Uhr • Digitales Thermometer ISBN 978-3-645-65355-8 RASPBERRY PI MAKER KIT SENSOREN TURN ON YOUR CREATIVITY Elektronische Zusammenhänge werden mit ausführlicher Beschreibung und Diagrammen erklärt. Zusätzlich erforderlich: Raspberry Pi mit 40 GPIO-Pins Für Kinder unter 14 Jahren nicht geeignet! © 2017 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Allee 2, D-85540 Haar, Germany Innovationen, Irrtümer und Druckfehler vorbehalten. 2017/01 TURN ON YOUR CREATIVITY RASPBERRY PI SENSOREN 65355-8 Titelei.qxp 15.03.17 10:19 Seite 1 Franzis Raspberry Pi Maker Kit Sensoren 65355-8 Titelei.qxp 15.03.17 10:19 Seite 4 Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar. Alle in diesem Buch vorgestellten Schaltungen und Programme wurden mit der größtmöglichen Sorgfalt entwickelt, geprüft und getestet. Trotzdem können Fehler im Buch und in der Software nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag und Autor haften in Fällen des Vorsatzes oder der groben Fahrlässigkeit nach den gesetzlichen Bestimmungen. Im Übrigen haften Verlag und Autor nur nach dem Produkthaftungsgesetz wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit oder wegen der schuldhaften Verletzung wesentlicher Vertragspflichten. Der Schadensersatzanspruch für die Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht ein Fall der zwingenden Haftung nach dem Produkthaftungsgesetz gegeben ist. Liebe Kunden! Dieses Produkt wurde in Übereinstimmung mit den geltenden europäischen Richtlinien hergestellt und trägt daher das CE-Zeichen. Der bestimmungsgemäße Gebrauch ist in der beiliegenden Anleitung beschrieben. Bei jeder anderen Nutzung oder Veränderung des Produktes sind allein Sie für die Einhaltung der geltenden Regeln verantwortlich. Bauen Sie die Schaltungen deshalb genau so auf, wie es in der Anleitung beschrieben wird. Das Produkt darf nur zusammen mit dieser Anleitung weitergegeben werden. Das Symbol der durchkreuzten Mülltonne bedeutet, dass dieses Produkt getrennt vom Hausmüll als Elektroschrott dem Recycling zugeführt werden muss. Wo Sie die nächstgelegene kostenlose Annahmestelle finden, sagt Ihnen Ihre kommunale Verwaltung. Alle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speicherung in elektronischen Medien. Das Erstellen und Verbreiten von Kopien auf Papier, auf Datenträgern oder im Internet, insbesondere als PDF, ist nur mit ausdrücklicher Genehmigung des Verlags gestattet und wird widrigenfalls strafrechtlich verfolgt. Die meisten Produktbezeichnungen von Hard- und Software sowie Firmennamen und Firmenlogos, die in diesem Werk genannt werden, sind in der Regel gleichzeitig auch eingetragene Warenzeichen und sollten als solche betrachtet werden. Der Verlag folgt bei den Produktbezeichnungen im Wesentlichen den Schreibweisen der Hersteller. Produktmanagement: Dr. Markus Stäuble Autor/Author: Dr. G. Spanner Art & Design: www.ideehoch2.de Satz: DTP-Satz A. Kugge, München © 2017 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Allee 2, 85540 Haar | 5 EINFÜHRUNG Das vorliegende Lernpaket führt in das weite und hochaktuelle Gebiet der modernen Sensortechnik ein. Die generellen Grundlagen der Elektronik und Elektrotechnik werden nur so weit behandelt, wie es für den Aufbau der Schaltungen und Experimente unbedingt notwendig ist. Eine weiterführende Behandlung dieser Grundlagen ist zum Beispiel in den Franzis-Lernpaketen „Elektronik“, „Elektronik mit ICs“ sowie „Elektrotechnik“ zu finden. Neben der Einführung in die Arbeits- und Funktionsweise der Sensoren selbst wird insbesondere auch auf die Messwerterfassung und -verarbeitung mit digitalen Prozessoren eingegangen. Im Vordergrund steht dabei der bekannte Raspberry Pi. Dieses System erfreut sich großer Beliebtheit und hat einen großen Anwenderkreis gefunden. Der Raspberry Pi ist kostengünstig erhältlich und zeichnet sich durch einfache Anwendbarkeit aus. Er eignet sich daher bestens als Einsteigersystem für die digitale Erfassung und Verarbeitung von Sensordaten. In diesem Lernpaket soll aber nicht nur die einfache Anwendung der Sensoren erläutert werden, es sollen auch praktisch nutzbare kleine Geräte entstehen. Dazu gehören ein präzises Computerthermometer sowie die zeitaufgelöste Erfassung von Helligkeitswerten. 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 5 14.03.2017 16:04:28 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 6 14.03.2017 16:04:52 INHALT 1 Das Aufbausystem ............................................................................................................... 10 2 Die Stromversorgung ............................................................................................................14 3 Die elektronischen Bauelemente........................................................................................16 3.1 Drahtbrücken.............................................................................................................16 3.2 Widerstände...............................................................................................................17 3.3 LEDs ............................................................................................................................19 3.4 Der erste Stromkreis ...............................................................................................20 3.5 Kondensatoren ..........................................................................................................21 3.6 Das Potenziometerr .................................................................................................. 24 4 Die Sensoren .........................................................................................................................26 4.1 Der NTC – ein Temperaturfühler............................................................................ r 26 4.2 Der Fototransistorr.................................................................................................... 27 4.3 Magnetfelder elektronisch erfassen: der Hall-Sensor....................................... 28 4.4 Der Tilt-Sensorr.......................................................................................................... 30 4.5 Der Feuchtesensorr ...................................................................................................31 4.6 Die ICs des Lernpakets ........................................................................................... 32 4.7 Der Timer-IC NE555 .................................................................................................34 4.8 Der Analog-Digital-Konverterr ................................................................................ 36 4.9 Der digitale Temperatursensor.............................................................................. r 37 5 Grundlagen der Sensortechnik...........................................................................................40 5.1 Querempfindlichkeiten ............................................................................................41 5.2 Temperaturabhängige Kondensatoren ................................................................42 6 Raspberry Pi: Motherboard mit I/O-Funktionalitätt ......................................................... 44 6.1 Installation des Betriebssystems mit NOOBS.....................................................45 6.2 Raspi-Config .............................................................................................................46 6.3 Die Kommandozeile ................................................................................................ 47 6.4 Das Linux-Dateisystem .......................................................................................... 47 6.5 Die wichtigsten Linux-Befehle...............................................................................48 6.6 Der Desktop des Raspberry Pi ...............................................................................49 7 Python ....................................................................................................................................50 7.1 Python wird gestartett ............................................................................................. 50 7.2 Das erste Beispielprogramm ..................................................................................51 7.3 Für grafische Ausgaben: Tkinter........................................................................... r 53 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 7 14.03.2017 16:04:52 8 | Inhalt 7.4 7.5 7.6 7.7 Die GPIO-Pins ........................................................................................................... 55 Portzugriffe via Python ........................................................................................... 57 Alle Ports okay? – Das Lauflicht schafft Klarheit! ..............................................61 Wie schnell ist der Raspberry Pi? ..........................................................................64 8 Messwerterfassung mit dem Raspberry Pi ......................................................................66 8.1 Fensterorientierte grafische Programmausgabe .............................................. 67 8.2 Dem Einbruch keine Chance: einfacher Alarmmelderr ...................................... 69 8.3 Für Minimalisten: einfache Temperaturmessung .............................................. 72 8.4 Kapazitätsschwankungen ..................................................................................... 75 9 Einfache Schaltsensoren ....................................................................................................80 9.1 Der Tilt-Sensor und seine Anwendungen.............................................................80 9.2 Einfache, aber wirkungsvolle Alarmanlage..........................................................81 10 Digitale Temperatursensoren .............................................................................................84 10.1 Der DS1820 am Raspberry Pi................................................................................. 85 10.2 DS18(S)20 auslesen ................................................................................................86 10.3 Temperaturdaten ausgeben .................................................................................88 10.4 Ausgabe in einem Grafikfensterr ........................................................................... 89 11 Grafische Darstellungen mit Matplotlib ............................................................................92 11.1 Ein Temperaturplotter ............................................................................................94 12 Feuchtigkeit........................................................................................................................... t 98 12.1 Das Hygrometer: unentbehrlich für ein gutes Raumklima...............................99 13 Präzise Erfassung analoger Messwerte ......................................................................... 104 13.1 Der SPI-Bus............................................................................................................. 104 13.2 Der ADC-Wandler MCP3002 ................................................................................. 105 13.3 Inbetriebnahme des MCP3002............................................................................ 107 13.4 Grafische Datenausgabe ..................................................................................... 109 13.5 Präzises Computer-Digitalvoltmeter................................................................... r 110 14 Temperaturmessung mit ADC ...........................................................................................114 14.1 NTC-Thermometer .................................................................................................116 14.2 Hardware- und Softwarekalibrierung..................................................................118 15 Optische Sensoren ............................................................................................................. 120 15.1 Elektronisch sehen: der Fototransistorr............................................................... 121 15.2 Test des Fototransistors ........................................................................................121 15.3 Aus Dunkel wird Hell: die Notbeleuchtung ........................................................ 123 15.4 Nicht nur für Fotografen wichtig: das Fotometer............................................. r 124 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 8 14.03.2017 16:04:52 Inhalt | 15.5 15.6 9 Roboter lernen sehen: Objektdetektion .............................................................127 Nützlich beim Einparken: optische Abstandsmessung .................................. 130 16 Magnetsensoren ................................................................................................................. 132 16.1 Hall-Sensor oder Reed-Relais? ........................................................................... 132 16.2 Ein digitales Magnetometerr ................................................................................. 133 16.3 Magnetische Waage .............................................................................................. 136 17 Ansteuerung der vierstelligen Sieben-Segment-Anzeige mit dem Pi ....................... 138 17.1 Die vierstellige Sieben-Segment-Anzeige ........................................................ 138 17.2 Das 4x7-Segment-LED-Display........................................................................... 139 17.3 Anschluss des Displays an den Raspberry Pi ....................................................141 17.4 Ansteuerung der 4x7-Segment-LED-Anzeige................................................... 144 17.5 Schnelligkeit und Echtzeit.................................................................................... t 148 17.6 Digitaluhr................................................................................................................. r 149 17.7 Digitales Thermometerr ......................................................................................... 150 17.8 Das Digitalthermometer als Stand-alone-Gerätt .............................................. 153 18 Energie sparen mit dem Pi-Server................................................................................... r 156 18.1 Raspberry Pi mit Handy-Solarlader..................................................................... r 157 19 Wenn es nicht gleich klappt: Fehlersuche ..................................................................... 158 20 Literatur und Internetlinks ................................................................................................ 159 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 9 14.03.2017 16:04:52 10 1 DAS AUFBAUSYSTEM Die folgende Abbildung zeigt das Grundelement aller Schaltungen: das Steckboard. Es besteht aus einer Kunststoffplatte mit eingebauten Metallfedern. Abbildung 1.1: Lötfreies Steckboard Das Hauptsteckfeld besteht aus zwei Reihen mit jeweils 23 Metallfedern. Die Metallfedern haben jeweils fünf Löcher für die Aufnahme von Bauteildrähten. Bauteileanschlüsse, die in eines dieser fünf Aufnahmelöcher gesteckt werden, sind leitend miteinander verbunden (siehe die schwarzen Linien in der Abbildung). Daneben gibt es zwei Busschienen, die über die gesamte Länge des Steckboards miteinander verbunden sind. Sie dienen normalerweise als 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 10 14.03.2017 16:04:52 11 Stromversorgungsschienen, können aber auch für allgemeine Zwecke verwendet werden. Derartige Steckboards werden in der Elektronikindustrie auch zur Schaltungsentwicklung eingesetzt. Bei sachgerechtem Gebrauch erreichen sie eine hohe Lebensdauer. Achtung Dünne Anschlussdrähte können beim Einstecken leicht umbiegen! Die Bauelementdrähte müssen immer genau senkrecht in die Löcher des Steckboards eingesetzt werden. Abbildung 1.2: Bauelemente einsetzen Insbesondere wenn die Steckboards noch neu sind, kann das Einstecken der Drähte einigen Kraftaufwand erfordern. Dann ist es günstig, eine stärkere Pinzette oder eine Flachzange zu benutzen. Ideal ist es, wenn die Spitze des Werkzeugs mit Gummischlauch oder Klebeband überzogen wird, da dann die Bauteile geschont werden und das Werkzeug einen besseren Griff hat. 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 11 14.03.2017 16:04:53 12 1 | Das Aufbausystem Tipp: Löcher des Stechboards weiten In einigen Fällen kann es günstig sein, die Kontaktfedern mit einer Stecknadel etwas zu weiten. Allerdings sollte man dabei bedachtsam vorgehen, da eine zu starke Aufweitung zu Kontaktproblemen führen kann. Um elektrische Verbindungen zwischen dem Raspberry Pi und dem Steckboard herzustellen, verwendet man sogenannte Jumper-Kabel, die in mehreren Versionen erhältlich sind. Für den Raspberry Pi ist der sogenannte Male-Female-Typ erforderlich. Diese Kabel weisen am einen Ende Buchsen, am anderen Ende dagegen Steckstifte auf. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für ein solches Kabel. Abbildung 1.3: Jumper-Kabel Die Buchsen passen exakt auf die Pins des Raspberry Pi, die Steckstifte dagegen können sehr gut in das Steckboard gesteckt werden. Die einzelnen Adern dieser Jumper-Kabel können bei Bedarf leicht voneinander getrennt werden. Dadurch sind sie sehr flexibel einsetzbar. 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 12 14.03.2017 16:04:53 13 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 13 14.03.2017 16:04:54 14 2 DIE STROMVERSORGUNG Elektronische Schaltungen müssen mit Spannung versorgt werden. Im vorliegenden Lernpaket soll hierfür überwiegend die Spannungsversorgung eines Raspberry Pi zum Einsatz kommen. Die folgende Abbildung zeigt, wie dazu die beiden Busschienen des Steckboards mit dem Raspberry Pi verbunden werden müssen. Beim Aufbau von Schaltungen mit dem Raspberry Pi sollte man mit größter Sorgfalt vorgehen. Schaltungsfehler können schnell zur Zerstörung des Controllerchips auf dem Raspberry Pi führen, und dies würde bedeuten, dass der gesamte Raspberry Pi wertlos wird, da sich Reparaturen kaum lohnen. Konventionsgemäß verwendet man für positive Spannungen ein rotes, für negative ein schwarzes oder blaues Kabel. Es ist sinnvoll, sich gleich von Beginn an an diese Farbgebung zu halten. Am besten trennt man also zwei Leitungen an mit den entsprechenden Farben vom Jumperkabelband ab und baut damit die Stromversorgung auf. Wichtig: Besonders die hier verwendete Spannung von 5 V darf keinesfalls mit anderen Pins auf der Steckerleiste in Verbindung kommen. Die Eingänge des Controllers dürfen nur mit maximal 3,3 V angesteuert werden. Kommen sie mit 5 V in Berührung, werden sie überlastet. Dies kann wiederum zur Zerstörung des gesamten Raspberry Pi führen. Der Raspberry Pi selbst wird über die Mikro-USB-Buchse (in der Abbildung mit „Power“ bezeichnet) mit Strom versorgt. Als Netzteil eignet sich praktisch jedes moderne Handy-Ladegerät mit Mikro-USB-Buchse. Diese Ladegeräte können auch einzeln in vielen Variationen gekauft werden. Man sollte jedoch darauf achten, dass das Gerät in der Lage ist, mindestens einen Strom von 2 Ampere zu liefern. Zwar kommen ältere 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 14 14.03.2017 16:04:54 15 Versionen des Raspberry Pi auch mit geringeren Leistungen aus, ab Version 3 werden allerdings tatsächlich die vollen 2 Ampere benötigt. Abbildung 2.1: Versorgung des Steckboards mit 5 V 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 15 14.03.2017 16:04:54 16 3 DIE ELEKTRONISCHEN BAUELEMENTE Bevor man mit dem Experimentieren beginnt, sollte man sich mit den einzelnen Bauelementen vertraut machen und ihre korrekte Funktion überprüfen. Die für einige Komponenten gezeigten Testschaltungen können auch später verwendet werden, um einzelne Bauelemente zu testen, sollte Unklarheit über ihre Funktionsfähigkeit bestehen. Im Folgenden werden lediglich die wichtigsten Funktionen und Eigenschaften der einzelnen Standardbauelemente kurz beschrieben. Weitere Details zu Funktionsweise und Anwendung finden sich in späteren Kapiteln, in denen näher auf jedes einzelne Sensorelement eingegangen wird. 3.1 | Drahtbrücken Zur Verbindung der Bauelemente benötigt man sogenannte Drahtbrücken. Hierfür werden vom beiliegenden Schaltdraht Stücke entsprechender Längen abgeschnitten. Danach sind die Enden von der Isolation zu befreien. Dies geht am einfachsten mit einem Seitenschneider. Notfalls kann man aber auch ein scharfes Messer benutzen. Dabei rollt man das Drahtstück unter der Messerklinge, bis die Isolation, nicht aber der Draht, durchtrennt ist. Dann kann man die Isolation einfach abziehen. Abbildung 3.1: Abisolieren von Drähten mit einem Messer 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 16 14.03.2017 16:04:54 17 Drahtbrücken werden im Schaltbild als einfache Linien dargestellt. Wichtig zu beachten ist, dass sich kreuzende Linien nur elektrisch verbunden sind, wenn ein zusätzlicher Punkt sie markiert. Abbildung 3.2: Leitungskreuzungen 3.2 | Widerstände Widerstände sind die einfachsten Bauelemente der Elektronik. Sie sind ungepolt und recht robust. Die Widerstandswerte werden durch Farbringe codiert. Für Widerstände mit 5 % Toleranz werden vier Farbringe verwendet. Drei geben den Widerstandswert an, der vierte für die Toleranz von 5 % ist goldfarben. Für Exemplare mit 1 % Toleranz sind fünf Farbringe erforderlich, hier gibt der braune fünfte Ring die Toleranz von 1 % an. Der fünfte Ring für die Toleranz wird in der Tabelle nicht mit aufgeführt. Den Ring für die Toleranzangabe erkennt man daran, dass er etwas breiter ist als die anderen. Diesem Lernpaket liegen folgende zwölf Widerstandswerte (entweder jeweils mit 5 % oder mit 1 % Toleranz) bei: Wert Farbringkombination für 5 % Toleranz Farbringkombination für 1 % Toleranz 8 150 Ohm Braun-Grün-Braun Braun-Grün-Schwarz-Schwarz 4 1 kOhm Braun-Schwarz-Rot Braun-Schwarz-Schwarz-Braun 2 10 kOhm Braun-SchwarzOrange Braun-Schwarz-Schwarz-Rot 2 100 kOhm Braun-Schwarz-Gelb Braun-Schwarz-Schwarz-Orange 2 1 MOhm Braun-Schwarz-Schwarz-Gelb Braun-Schwarz-Grün 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 17 14.03.2017 16:04:55 18 3 | Die elektronischen Bauelemente 3 Abbildung 3.3: Widerstände Es empfiehlt sich, die Anschlussdrähte der Widerstände mit einem Seitenschneider etwas zu kürzen. Dann sollte man sie so biegen, wie in obiger Abbildung gezeigt, d. h., die Drähte werden so umgebogen, dass beim Einstecken drei Löcher unter dem Widerstand frei bleiben. Bei Bedarf können die Drahtenden etwas zusammen- oder auseinandergebogen werden, sodass im Steckboard nur zwei oder aber vier Löcher unter dem Widerstand frei bleiben. Zu stark oder zu oft sollten die Drähte aber nicht gebogen werden, da sie sonst brechen könnten. Abbildung 3.4: Schaltbild eines Widerstands Abbildung 3.5: Widerstand in einem Steckboard 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 18 14.03.2017 16:04:55 3.3 | LEDs 19 3.3 | LEDs Der allererste Hinweis ist wichtig, da seine Nichtbeachtung leider immer wieder zur unbeabsichtigten Zerstörung von LEDs führt: Wichtig: Licht emittierende Dioden (LEDs oder Leuchtdioden) dürfen niemals direkt an die Stromversorgung angeschlossen werden. Bei dem direkten Anschluss an 5 V ist immer mindestens ein Widerstand von 150 Ohm vorzuschalten, damit der Diodenstrom auf einen zulässigen Wert begrenzt wird! Die Kathode der LED ist durch eine Abflachung am Kunststoffgehäuse gekennzeichnet. Außerdem ist meist der Anschlussdraht für die Kathode etwas kürzer. Beide Merkmale sind allerdings nicht immer sehr zuverlässig oder eindeutig. Falls eine Schaltung nicht korrekt funktioniert, ist es immer eine gute Idee, die Polung der LEDs zu prüfen. Bei den kleinen LEDs im 3-mm-Gehäuse sollte man die Anschlussdrähte nicht zu stark verbiegen, da sie mechanisch nicht so belastbar sind wie die großen 5-mm-LEDs. Die beiden Bauteile mit den glasklaren Gehäusen werden im nächsten Kapitel als weiße LED bzw. als Fototransistor identifiziert. Abbildung 3.6: Leuchtdioden 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 19 14.03.2017 16:04:56 20 3 | Die elektronischen Bauelemente 3 Abbildung 3.7: Schaltbild einer LED Abbildung 3.8: Aufbaubild einer LED 3.4 | Der erste Stromkreis Mit einem Widerstand und einer LED kann man die erste Schaltung aufbauen. Der positive Pol der Spannungsversorgung wird über die obere Busschiene mit einem 1-kOhm-Widerstand (Kiloohm) (Farbcode: BraunSchwarz-Rot) verbunden. Danach folgt die LED (auf die Polung achten!), die dann über die untere Busschiene mit dem Minuspol der Spannung verbunden wird. Ist alles richtig gesteckt, kann der Raspberry Pi über ein Mikro-USB-Kabel mit Spannung versorgt werden. Die LED sollte nun leuchten. Jetzt können nacheinander alle LEDs überprüft werden. Auch der Fototransistor kann bereits als solcher erkannt werden – im Gegensatz zur weißen LED strahlt er kein Licht aus, egal, wie herum er gepolt ist. Die folgende Abbildung zeigt anhand eines Aufbaubilds, wie zwei LEDs auch parallel betrieben werden können. Danach folgt das zugehörige Schaltbild. In einem Schaltbild wird der Aufbau lediglich in einer etwas abstrakteren Form wiedergegeben. 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 20 14.03.2017 16:04:56 3.5 | Kondensatoren 21 Abbildung 3.9: Paralleler Betrieb von zwei LEDs 3.5 | Kondensatoren Abbildung 3.10: Schaltbild zum vorhergehenden Aufbau Kondensatoren sind ebenfalls recht robuste Bauelemente. Die einfachen Kondensatoren sind ungepolt. Vorsicht ist aber bei den Elektrolytkonden- 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 21 14.03.2017 16:04:56 22 3 | Die elektronischen Bauelemente 3 satoren („Elkos“) geboten. Hier ist unbedingt auf die richtige Polung zu achten, da sie bei einer Verpolung zerstört werden können. Die Elkos tragen daher immer eine entsprechende Kennzeichnung. Im Paket sind die folgenden Werte enthalten: Anzahl Wert Beschriftung 1 10 nF 103 oder 10 n 1 100 nF 104 oder 100 n 1 10 mF, 16 V 10 μ oder 10 μF 1 100 mF, 16 V 100 μ oder 100 μF Abbildung 3.11: Kondensatoren Abbildung 3.12: Schaltbild des Kondensators 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 22 14.03.2017 16:04:57 3.5 | Kondensatoren 23 Abbildung 3.13: Kondensator im Aufbaubild Abbildung 3.14: Elkos Abbildung 3.15: Schaltbild eines Elkos Abbildung .316: Elko im Aufbaubild 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 23 14.03.2017 16:04:58 24 3 | Die elektronischen Bauelemente 3 3.6 | Das Potenziometer Das Potenziometer (oder kurz „Poti“) ist ein einstellbarer Widerstand. Es besteht aus einer Widerstandsbahn mit zwei Anschlüssen, auf denen mittels eines Schleifkontakts verschiedene Widerstände stufenlos eingestellt werden können. Dieser Schleifer darf nicht direkt mit einer Spannung verbunden werden, da bei Einstellung sehr kleiner Widerstandswerte hohe Ströme fließen könnten, die die dünne Widerstandsschicht des Potis zerstören würden. Abbildung 3.17: Potenziometer Abbildung 3.18: Schaltbild zum Potenziometer Abbildung 3.19: Potenziometer im Aufbaubild 65355-8 Sensoren am Raspberry Pi_04.indd 24 14.03.2017 16:04:59 65355-8 Manual_148x210x15_U1+U4_DEU.qxp_Layout 1 14.03.17 18:12 Seite 1 RASPBERRY PI SENSOREN Was für den Menschen die Sinne sind, das sind die Sensoren für den Raspberry Pi. Ob Roboter, Alarmanlage oder Messgerät, ohne die Einbindung von analogen oder digitalen Sensoren kommen Sie in Ihren Projekten nicht weit. Wie Sie Sensoren richtig an den Raspberry Pi anschließen und programmieren, erfahren Sie in diesem Lernpaket: Bei den 63 enthaltenen Bauteilen sind auch gleich sechs Sensoren dabei. Mit dem herunterladbaren Quellcode und den Schaltplänen können Sie die beschriebenen Projekte sofort selbst aufbauen. Dokumentation der Projekte mit übersichtlichen Aufbaubildern PROJEKTE: • Alarmmelder • Temperaturmessung • Temperaturplotter • Hygrometer • Computer-Digitalvoltmeter • Notbeleuchtung • Fotometer • Objektdetektion • Optische Abstandsmessung • Magnetometer • Magnetische Waage • Digital-Uhr • Digitales Thermometer ISBN 978-3-645-65355-8 RASPBERRY PI MAKER KIT SENSOREN TURN ON YOUR CREATIVITY Elektronische Zusammenhänge werden mit ausführlicher Beschreibung und Diagrammen erklärt. Zusätzlich erforderlich: Raspberry Pi mit 40 GPIO-Pins Für Kinder unter 14 Jahren nicht geeignet! © 2017 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Allee 2, D-85540 Haar, Germany Innovationen, Irrtümer und Druckfehler vorbehalten. 2017/01 TURN ON YOUR CREATIVITY RASPBERRY PI SENSOREN