Roboter-Autos mit dem Raspberry Pi

Planen, bauen, programmieren. Der leichte Einstieg in Raspberry Pi, Python und Elektronik - ohne Vorwissen
2. aktualisierte und erweiterte Auflage 2019
ISBN: 978-3-8362-6755-7
Verlag: Rheinwerk Verlag GmbH

Buch, Deutsch, 366 Seiten, alle Codebeispiele und Vorlagen zum Download, Format (B × H): 175 mm x 231 mm, Gewicht: 675 g

Reihe: Rheinwerk Computing

Der Raspberry Pi ist ein wahres Multitalent! Wie Sie ihm sogar das Fahren beibringen, zeigt Ihnen diese detaillierte Anleitung. Schritt für Schritt bauen Sie Ihr eigenes, individuelles Roboter-Auto. Entweder programmieren Sie die Steuerung und entscheiden genau, wo's lang geht, oder Sie lassen Ihren Wagen selbstständig fahren. Alle Grundlagen und eine Auflistung der benötigten Hardware finden Sie hier.

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

  Materialien zum Buch ... 14
  Geleitwort ... 15
  Vorwort ... 19
  1.  Einleitung: Was dieses Buch leistet, und was Sie erwartet ... 23

Teil I  Bauen Sie Ihr eigenes ferngesteuertes Roboter-Auto mit dem Raspberry Pi! ... 25

  2.  Das etwas andere Kfz-Praktikum: Einführung in die elektronischen Komponenten ... 27

       2.1 ... Komponenten für ein ferngesteuertes Roboter-Auto ... 27
       2.2 ... Raspberry Pi: Der Single-Board-Computer ... 29
       2.3 ... Das Raspberry-Pi-Kameramodul ... 34
       2.4 ... Motortreiber ... 36
       2.5 ... Getriebemotoren ... 37
       2.6 ... Step-down-Converter ... 38
       2.7 ... Batteriehalter und Akkus ... 39
       2.8 ... Kabel ... 40
       2.9 ... Die richtige microSD-Karte ... 42
       2.10 ... Optional, aber unabhängiger trotz Kabel: Ein Netzteil ... 42
       2.11 ... Optional, aber gut für weite Strecken: Ein WLAN-USB-Modul ... 43
       2.12 ... Optional, aber ideal für die Montage: Raspberry-Pi-Abstandshalter ... 44

  3.  Schrauber aufgepasst: Eine Übersicht über die benötigten Werkzeuge ... 45

       3.1 ... Lötstation ... 46
       3.2 ... Löten ... 47

  4.  Besseres Drehmoment? Der richtige Antrieb für das Roboter-Auto ... 51

       4.1 ... Grundlagen zum Elektromotor ... 51
       4.2 ... Gar nicht so banal: Räder ... 57

  5.  Damit es mit dem Blick unter die Haube klappt: Das Chassis ... 61

       5.1 ... Ein Chassis aus Pappe ... 61
       5.2 ... Ein Chassis aus LEGO®-Bausteinen ... 68
       5.3 ... Ein Chassis mithilfe eines Acrylglas-Bausatzes ... 74

  6.  Benzin war gestern: Grundlagen der Elektrizitätslehre ... 79

       6.1 ... Elektrische Gesetze und Formeln ... 79
       6.2 ... Beispielrechnung zu den Grundlagen der Elektrizitätslehre ... 81

  7.  Lange Leitung? Manchmal besser! Verkabelung der elektronischen Komponenten ... 85

       7.1 ... Stromversorgung der elektronischen Komponenten ... 86
       7.2 ... Motortreiber und Raspberry Pi logisch verbinden ... 88
       7.3 ... Verkabelung der Getriebemotoren ... 94
       7.4 ... Getriebemotoren mit dem Motortreiber verbinden ... 96

  8.  Das richtige Betriebssystem macht's! -- Das Raspberry-Pi-Betriebssystem installieren ... 99

       8.1 ... Das Betriebssystem auf microSD-Karte vorbereiten ... 100
       8.2 ... Raspberry Pi booten ... 102
       8.3 ... Raspbian-Spracheinstellungen ... 104
       8.4 ... WLAN einrichten ... 105

  9.  Nerds aufgepasst! Befehle und Programme im Terminal-Fenster ... 109

       9.1 ... Das Terminal-Fenster ... 109
       9.2 ... Temporäre Administratorrechte ... 110
       9.3 ... Im Filesystem navigieren ... 111
       9.4 ... Den Texteditor Nano kennenlernen ... 112
       9.5 ... Zugriffsrechte ändern ... 114
       9.6 ... Neustarten und Herunterfahren des Raspberry Pi ... 115
       9.7 ... Die IP-Adresse des Raspberry Pi anzeigen ... 116
       9.8 ... Dateiverknüpfung setzen ... 117
       9.9 ... Die Programmausgabe in eine ».log«-Datei umleiten ... 117
       9.10 ... Wget -- Dateien aus dem Internet herunterladen ... 117

10.  Nur so kommt das Ding ans Laufen: Softwareinstallation und -konfiguration ... 119

       10.1 ... Das Betriebssystem und die Raspberry-Pi-Firmware aktualisieren ... 121
       10.2 ... Den Midnight Commander installieren ... 123
       10.3 ... Real VNC Server konfigurieren und Viewer installieren ... 125
       10.4 ... PuTTY installieren ... 128
       10.5 ... Notepad++ installieren ... 130
       10.6 ... Samba Server installieren ... 131
       10.7 ... Python-Erweiterungen installieren ... 133
       10.8 ... Flask-Web-Framework ... 134
       10.9 ... Video-Streaming-Server installieren ... 134
       10.10 ... NTP-Zeit-Dienst einrichten ... 135

11.  Einfacher geht's nicht: Programmieren mit Scratch ... 137

       11.1 ... Die Scratch-Grundlagen ... 138
       11.2 ... Ein Scratch-Programmbeispiel für Ihr Roboter-Auto ... 140
       11.3 ... Steuerungsprogramm für das Roboter-Auto in Scratch ... 142

12.  Fahren ohne Schlangenlinien: Programmieren mit Python ... 145

       12.1 ... Kurze Einführung in Python ... 145
       12.2 ... Das Steuerungsprogramm in Python ... 146
       12.3 ... Die Roboter-Auto-Steuerung starten ... 158

13.  Geisterfahrer aufgepasst! Wir sorgen für Durchblick ... 159

       13.1 ... Das Google-Auto hat's -- und unseres auch: Die Raspberry-Pi-Kamera installieren ... 159
       13.2 ... Mehr als eine bloße Dash-Cam: Live-Video-Stream ... 161

14.  Kommuniziere, kommuniziere: Webinterface-Steuerung über WLAN ... 167

       14.1 ... Das Web-Framework Flask ... 168
       14.2 ... Die Webinterface-Steuerung programmieren ... 168
       14.3 ... Das Webinterface starten ... 185

15.  Start-Automatik: Den Autostart der Programme konfigurieren ... 187

       15.1 ... Ein Start-Skript für den mjpg-streamer anlegen ... 188
       15.2 ... Den mjpg-streamer-Dienst einrichten ... 190
       15.3 ... Den RobotControlWeb-Dienst einrichten ... 191
       15.4 ... Was Sie im ersten Teil des Buches erreicht haben ... 195

Teil II  Hände weg vom Steuer: Lassen Sie Ihr Roboter-Auto autonom fahren ... 197

16.  Pfadfinder elektronisch: Mit diesen Komponenten fahren Sie autonom ... 199

       16.1 ... Komponenten für das autonome Fahren ... 199
       16.2 ... Übersicht über die Werkzeuge für Teil 2 des Buches ... 201
       16.3 ... Raspberry Pi Sense HAT ... 201
       16.4 ... Einführung in den I2C-Datenbus ... 204
       16.5 ... Time-of-Flight-Abstandssensor ... 208
       16.6 ... GPS-Empfänger ... 210
       16.7 ... Servocontroller PCA9685 ... 211
       16.8 ... Port Doubler ... 212

17.  Achtung, Kabelsalat: Anbau und Verkabelung der elektronischen Komponenten ... 213

       17.1 ... Befestigung der elektronischen Komponenten am Roboter-Auto ... 213
       17.2 ... Die elektronischen I2C-Komponenten im Roboter-Auto verkabeln ... 220
       17.3 ... Die weiteren elektronischen Komponenten im Roboter-Auto verkabeln ... 225

18.  Upgrade für Ihr Roboter-Auto: Neue Software für das autonome Fahren ... 231

       18.1 ... I2C-Bus-Software installieren ... 231
       18.2 ... Octave installieren ... 234
       18.3 ... GPS-Software installieren und testen ... 234
       18.4 ... NTP-Zeit-Dienst mit GPS-Unterstützung ... 237
       18.5 ... Servocontroller-Software installieren ... 238
       18.6 ... Installation der VL53L1X-Python-Software ... 239

19.  Auslesen, verstehen und programmieren: Bringen Sie die Sensoren und Aktoren zum Laufen ... 241

       19.1 ... Raspberry Pi Sense HAT auswerten und programmieren ... 241
       19.2 ... Python-Programm zur Verarbeitung der GPS-Koordinaten ... 259
       19.3 ... Python-Programme für den Time-of-Flight-Sensor ... 262
       19.4 ... Python-Programme für den Servocontroller ... 266

20.  Auf die Überholspur: Einführung in die parallele Programmierung mit Python ... 277

       20.1 ... Grundlagen der parallelen Programmierung mit Python ... 277
       20.2 ... Drehen mit dem Gyroskop ... 288
       20.3 ... Orientieren mit dem Kompass ... 294
       20.4 ... Annährung zwischen zwei Hindernissen ... 303

21.  Machen Sie es sich einfach auf der Rückbank bequem: Programme für autonomes Fahren ... 311

       21.1 ... Hindernissen autonom ausweichen ... 311
       21.2 ... GPS-Wegpunkte abfahren ... 320

22.  Pimpen Sie Ihr Roboter-Auto ... 345

       22.1 ... Die Kühlung des Raspberry Pi ... 345
       22.2 ... Steuerung mit einem Gamepad ... 346
       22.3 ... Anzeige mit einem OLED-Display ... 354

23.  Immer noch nicht genug? Weitere Ideen aus der Welt der Modell-Roboter-Autos ... 359
  Index ... 361

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.