Roboter-Autos mit dem Raspberry Pi

Planen, bauen, programmieren. Programmierung und Elektronik spielerisch entdecken. Geeignet für Maker jeden Alters!
1. Auflage 2016
ISBN: 978-3-8362-4294-3
Verlag: Rheinwerk Verlag GmbH

Buch, Deutsch, 338 Seiten, Format (B × H): 169 mm x 231 mm, Gewicht: 651 g

Reihe: Rheinwerk Computing

Raspberry Pi und Robotik interessieren Sie? Dann bringt Sie dieses Buch sicher richtig in Fahrt! Ob Einsteiger oder fortgeschrittener RasPi-Bastler: Schritt für Schritt zeigt es Ihnen, wie Sie mithilfe des Raspberry Pi ein ferngesteuertes Roboter-Auto entwickeln. Sie finden, ein autonom fahrendes Auto wäre auch nicht schlecht? Perfekt, denn im zweiten Teil des Buches bauen Sie genau das. Und quasi im Vorbeifahren lernen Sie alle Grundlagen, die Sie für diese beiden Projekte benötigen. Hardware, Elektronik, Bau Ihres bevorzugten Auto-Chassis und natürlich die Programmierung der nötigen Software in Scratch und Python. Die Formel Eins gewinnen Sie mit dem Roboter-Auto vielleicht noch nicht – viele spannende Erkenntnisse aber sicher!

Aus dem Inhalt:

- Die elektronischen Komponenten kennenlernen: Raspberry Pi, Kamera- und W-LAN-Modul, Motoren, Step-Down-Converter, Ultraschall-Sensor, GPS-Empfänger u. v. m.

- Die benötigten Werkzeuge kennenlernen: Lötkolben, Dritte Hand und Co.

- Grundlagen zum Elektromotor

- So fügt sich alles zusammen: Chassis basteln, Fahrgestell montieren, Elektronik verbauen

- Grundlagen der Elektrizitätslehre

- Verkabelung der elektronischen Komponenten

- Den Raspberry Pi in Betrieb nehmen

- Wichtige Linux-Grundlagen

- Einführung in die Programmierung mit Scratch und Python

- Das Google-Auto hat eine und Ihres auch: Die Kamera nutzen

- Auto-Steuerung: via W-LAN fernsteuern oder vollständig autonom

- Liste der benötigten Elektronik-Komponenten sowie alle Steuerungsprogramme zum Download

Autoren/Hrsg.

Stapel, Ingmar

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Elektronik | Nachrichtentechnik Elektronik Elektronik: Sachbuch, Ratgeber

Inhaltsverzeichnis

Geleitwort. 13

  Vorwort. 17

  1.  Einleitung: Was dieses Buch leistet und was Sie erwartet. 19

TEIL I  Bauen Sie Ihr eigenes ferngesteuertes Roboter-Auto mit dem Raspberry Pi!. 21

  2.  Das etwas andere Kfz-Praktikum: Einführung in die elektronischen Komponenten. 23

       2.1. Komponenten für ein ferngesteuertes Roboter-Auto. 23

       2.2. Raspberry Pi: Der Single-Board-Computer. 25

       2.3. Das Raspberry-Pi-Kameramodul. 30

       2.4. Motortreiber. 32

       2.5. Getriebemotoren. 33

       2.6. Step-Down-Converter. 33

       2.7. Batteriehalter und Akkus. 34

       2.8. Kabel. 35

       2.9. Die richtige Mikro-SD-Karte. 37

       2.10. Optional, aber unabhängiger trotz Kabel: Ein Netzteil. 38

       2.11. Optional, aber gut für weite Strecken: Ein WLAN-USB-Modul. 38

  3.  Schrauber aufgepasst: Eine Übersicht der benötigten Werkzeuge. 41

       3.1. Lötstation. 42

       3.2. Löten. 43

  4.  Besseres Drehmoment? Der richtige Antrieb für das Roboter-Auto. 47

       4.1. Grundlagen zum Elektromotor. 47

       4.2. Gar nicht so banal: Räder. 52

  5.  Damit es mit dem Blick unter die Haube klappt: Das Chassis. 57

       5.1. Ein Chassis aus Pappe. 57

       5.2. Ein Chassis aus LEGO®-Bausteinen. 64

       5.3. Ein Chassis mithilfe eines Acrylglas-Bausatzes. 70

  6.  Benzin war gestern: Grundlagen der Elektrizitätslehre. 75

       6.1. Elektrische Gesetze und Formeln. 75

       6.2. Beispielrechnung zu den Grundlagen der Elektrizitätslehre. 77

  7.  Lange Leitung? Manchmal besser! Verkabelung der elektronischen Komponenten. 81

       7.1. Stromversorgung der elektronische Komponenten. 82

       7.2. Motortreiber und Raspberry Pi logisch verbinden. 84

       7.3. Verkabelung der Getriebemotoren. 90

       7.4. Getriebemotoren mit dem Motortreiber verbinden. 92

  8.  Das richtige Betriebssystem macht's! -- Das Raspberry-Pi-Betriebssystem installieren. 95

       8.1. Das Betriebssystem auf Mikro-SD-Karte vorbereiten. 96

       8.2. Raspberry Pi booten. 98

       8.3. Das Dateisystem der Speicherkarte erweitern. 99

       8.4. Raspbian-Spracheinstellungen. 100

       8.5. WLAN einrichten. 102

  9.  Nerds aufgepasst! Befehle und Programme im Terminal-Fenster. 105

       9.1. Das Terminal-Fenster. 105

       9.2. Temporäre Administratorrechte. 106

       9.3. Im Filesystem navigieren. 107

       9.4. Den Texteditor 'Nano' kennenlernen. 108

       9.5. Zugriffsrechte ändern. 110

       9.6. Neustarten und Herunterfahren des Raspberry Pi. 111

       9.7. Die IP-Adresse des Raspberry Pi anzeigen. 112

       9.8. Dateiverknüpfung setzen. 113

       9.9. Die Programmausgabe in eine.log-Datei umleiten. 113

10.  Nur so kommt das Ding ans Laufen: Software-Installation und Konfiguration. 115

       10.1. Das Betriebssystem und die Raspberry-Pi-Firmware aktualisieren. 117

       10.2. Den Midnight Commander installieren. 119

       10.3. TightVNC Server und Viewer installieren. 121

       10.4. PuTTY installieren. 124

       10.5. Notepad++ installieren. 126

       10.6. Samba Server installieren. 126

       10.7. Python installieren. 128

       10.8. Subversion-Client installieren. 129

       10.9. Video-Streaming-Server installieren. 129

11.  Einfacher geht's nicht: Programmieren mit Scratch. 133

       11.1. Die Scratch-Grundlagen. 134

       11.2. Ein Scratch-Programmbeispiel für Ihr Roboter-Auto. 136

       11.3. Steuerungsprogramm für das Roboter-Auto in Scratch. 138

12.  Fahren ohne Schlangenlinien: Programmieren mit Python. 141

       12.1. Kurze Einführung in Python. 141

       12.2. Das Steuerungsprogramm in Python. 142

       12.3. Die Roboter-Auto-Steuerung starten. 154

13.  Geisterfahrer aufgepasst! Wir sorgen für Durchblick. 155

       13.1. Das Google-Auto hat's -- und unseres auch: Die Raspberry-Pi-Kamera installieren. 155

       13.2. Mehr als eine bloße DashCam: Live-Video-Stream. 157

14.  Kommuniziere, kommuniziere: Webinterface-Steuerung über WLAN. 163

       14.1. Das WebIOPi-Framework installieren. 164

       14.2. Die Webinterface-Steuerung programmieren. 166

       14.3. Das Webinterface starten. 175

15.  Start-Automatik: Den Autostart der Programme konfigurieren. 177

       15.1. Ein Start-Skript für den mjpg-streamer anlegen. 178

       15.2. Den mjpg-streamer-Dienst einrichten. 180

       15.3. Den RobotControlWeb-Dienst einrichten. 181

16.  Was Sie im ersten Teil des Buches erreicht haben. 185

TEIL II  Hände weg vom Steuer: Lassen Sie Ihr Roboter-Auto autonom fahren. 187

17.  Pfadfinder elektronisch: Mit diesen Komponenten fahren Sie autonom. 189

       17.1. Komponenten für das autonome Fahren. 189

       17.2. Raspberry Pi Sense HAT. 191

       17.3. Einführung in den I2C-Datenbus. 194

       17.4. Ultraschallsensoren. 201

       17.5. GPS-Empfänger. 204

18.  Achtung, Kabelsalat: Anbau und Verkabelung der elektronischen Komponenten. 207

       18.1. Befestigung der elektronischen Komponenten am Roboter-Auto. 207

       18.2. Die elektronischen Komponenten im Roboter-Auto verkabeln. 218

19.  Upgrade für Ihr Roboter-Auto: Neue Software für das autonome Fahren. 227

       19.1. I2C-Bus-Software installieren. 227

       19.2. Octave installieren. 229

       19.3. GPS-Software installieren und testen. 230

20.  Auslesen, verstehen und programmieren: Bringen Sie die Sensoren und Aktoren zum Laufen. 233

       20.1. Raspberry Pi Sense HAT auswerten und programmieren. 233

       20.2. Python-Programm zur Verarbeitung der GPS-Koordinaten. 250

       20.3. Python-Programme für den SRF08-Ultraschallsensor. 252

21.  Auf die Überholspur: Einführung in die parallele Programmierung mit Python. 265

       21.1. Grundlagen der parallelen Programmierung mit Python. 265

       21.2. Drehen mit dem Gyroskop. 276

       21.3. Orientieren mit dem Kompass. 282

       21.4. Annährung zwischen zwei Hindernissen. 291

22.  Machen Sie es sich einfach auf der Rückbank bequem: Programme für autonomes Fahren. 299

       22.1. Hindernissen autonom ausweichen. 299

       22.2. GPS-Wegpunkte abfahren. 308

23.  Immer noch nicht genug? Weitere Ideen für Ihr Roboter-Auto. 331

  Index. 333

Über Autor(innen)

Stapel, Ingmar
Ingmar Stapel studierte technische Informatik und ist aktuell im internationalen Bankenumfeld als IT-Projektleiter tätig; daneben beschäftigt er sich seit Jahren intensiv mit dem Raspberry Pi und der Robotik. Dieses Wissen teilt er gerne auf Vorträgen zum Thema Robotik mit Interessierten aus der Bastler-Szene. Auf seinen privaten Blogs schreibt er außerdem zu vielen aktuellen Techniktrends und berichtet von seinen Reisen.