Roboter-Autos mit dem Raspberry Pi

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

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.

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