Elektronik mit dem Raspberry Pi
Elektronik mit dem Raspberry Pi ermöglicht Dank schaltbarer digitaler Ein- und Ausgänge vielfältige Anwendung im Bereich der Steuerung von elektronischen Bauteilen.
„Digital“ bedeutet, dass die Ein- und Ausgänge der binären Logik folgen und nur zwei Zustände annehmen bzw. unterscheiden können. Das heißt aber auch, analoge Signale können an den Eingängen nicht ausgewertet werden. Die begrenzten Möglichkeiten der externen Beschaltung sind eine der Schwächen des Raspberry Pi. Typische Mikrocontroller haben hier mehr Möglichkeiten.
Die Stärken des Raspberry Pi liegen klar in der Computer-Architektur, die die Ausführung von Open-Source-Software für Linux ermöglicht.
Erste Schritte mit Elektronik
Die allererste Schritte mit Elektronik sollte man ohne Raspberry Pi machen. Hier wäre der Raspberry Pi eher hinderlich.
Die meisten elektronischen Bauteile verzeihen den falsch Umgang bei kleinen Spannungen und Strömen gut. Nicht so der Raspberry Pi. Während LEDs oder Transistoren nur ein paar Cent kosten, gehen defekte Pis schnell ins Geld.
Für die ersten Schritte mit Elektronik eignet sich ein einfaches Elektronik-Set für Einsteiger besser. Zum Beispiel das Elektronik-Set „Starter Edition“. Hat man damit Elektronik ausprobiert, dann ist Elektronik mit dem Raspberry Pi der nächste logische Schritt.
Erläuterungen zu den Einschränkungen
- Nur digitale Eingänge und Ausgänge
- Keine analogen Eingänge und Ausgänge
- Keine Ströme schaltbar
- Defektanfälligkeit bei fehlerhafter Beschaltung
Ein Raspberry Pi besitzt im Gegensatz zu den beliebten Mikrocontrollern, wie zum Beispiel dem Arduino, keine analogen Eingänge bzw. es ist kein Analog-Digital-Wandler (ADC) integriert. Das schränkt den Raspberry Pi ein, wenn man Sensoren einsetzen möchte, die keine digitalen Werte ausgeben können. Für diesen Zweck gibt es spezielle Module mit Sensoren, die über ein Bussystem mit dem Raspberry Pi verbunden werden.
Dann hat das aber nicht mehr so viel mit Elektronik zu tun. Was auch seine Vorteile hat, wenn man sich nicht mehr mit den vielfältigen Eigenschaften und Besonderheiten der elektronischen Bauteile auseinandersetzen muss.
Außerdem ist die Beschaltung von Eingängen und Ausgängen eines Raspberry Pi mit elektronischen Bauteilen nur das halbe Leben. Die Funktion eines GPIOs muss softwareseitig eingestellt und die Funktionen dahinter programmiert werden. Vieles kann man zum Testen auf der Kommandozeile machen. Im praktischen Einsatz kommt man in der Regel um das Programmieren eines wenige Zeilen umfassenden Programms nicht herum.
Das bedeutet, durch Elektronik und zusätzliche Programmierung hat man es mit einer dreifachen Komplexität zu tun. Denn wenn was nicht geht, wo liegt dann der Fehler? In der Beschaltung, in der Programmierung oder in beidem? Wenn man mit beidem nicht geübt ist, wird die Fehlersuche schwierig und somit wird auch der Frust groß sein.
Wann ist Elektronik mit einem Raspberry Pi sinnvoll?
Ein Raspberry Pi für Physical Computing oder Hardware-nahes Programmieren ist dann sinnvoll, wenn die Hardware einem vollwertiger Computer ähneln muss. Zum Beispiel zur Nutzung in einer Netzwerk-Umgebungen oder die Installation von zusätzlicher Software.
Wahl der Programmiersprache
Wo wir schon beim nächsten Thema sind: Die Wahl der Programmiersprache. Es gibt viele Möglichkeiten. Für das hardwarenahe Programmieren ist die Auswahl geringer. Hier sollte die Wahl auf die Programmiersprache fallen, welche das Ansprechen der GPIOs und Bussysteme des Raspberry Pis vereinfacht. Desweiteren ist eine große Verfügbarkeit von vielen Beispielen und Quellen im Internet von Vorteil.
Erste Schritte mit Elektronik und dem Raspberry Pi
GPIO mit Python und GPIO Zero programmieren
- Raspberry Pi: LED einschalten und ausschalten (mit Python und GPIO Zero)
- Raspberry Pi: LED blinken lassen (mit Python und GPIO Zero)
- Raspberry Pi: LED mit Taster einschalten und ausschalten (mit Python und GPIO Zero)
- Raspberry Pi: Motor über ULN2003A steuern (mit Python und GPIO Zero)
- Raspberry Pi: Herunterfahren per Taster (mit Python und GPIO Zero)
Alternative: Elektronik mit dem Raspberry Pi Pico
Raspberry Pi Pico ist ein Mikrocontroller. Er ermöglicht Dank vieler analoger und digitaler Eingänge und Ausgänge vielfältige Anwendung im Bereich der Steuerung von elektronischen Bauteilen, Sensorik, Robotik und Automation.
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Hardware-nahes Programmieren mit dem Raspberry Pi, Python und GPIO Zero
Das "Elektronik-Set Raspberry Pi Edition" ist ein Bauteile-Sortiment mit Anleitung zum Experimentieren und Programmieren mit Python und GPIO Zero.
- LED: Einschalten, ausschalten, blinken und Helligkeit steuern
- Taster: Verschiedene Zustände auswerten und anzeigen lassen
- LED mit Taster einschalten und ausschalten
- Relais-Board steuern
- LED, Relais-Board und Motor über ULN2003A steuern
- Ampel- und Lauflicht-Steuerung
- Herunterfahren per Taster
- Reaktionsspiel mit Tastern und LEDs
- Eigene Steuerungen programmieren
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