Roboter-Autos mit dem Raspberry Pi

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