Roboter-Autos mit dem Raspberry Pi

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