Roboter-Autos mit dem Raspberry Pi - Planen, bauen, programmieren. Der leichte Einstieg in Raspberry Pi, Python und Elektronik - ohne Vorwissen. Ferngesteuerte und autonome Modelle selbst bauen. Alle relevanten Programmier-, Elektronik- und

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

  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