Wie man coole Sachen für das Internet der Dinge baut

Inhalt

• Elektronik erforschen
• Arduino
• Baue dein eigenes Arduino
• Arduino programmieren
• JavaScript-Optionen
• Himbeer-Pi
• ST4I (früher IoT)
• So verwandeln Sie ein Arduino in ein ST4i-Gerät
• Arduinos mit eingebautem Internet
• Die Serverseite
• Die Zukunft

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In den letzten Jahren ist die Maker-Community exponentiell gewachsen. Daher ist es eine großartige Zeit, um mit Elektronik zu experimentieren. Je mehr unsere glänzenden Geräte gesperrt und proprietär sind, desto mehr möchten wir herausfinden, welche seltsame Magie in uns vor sich geht.

Als direkte Reaktion ist die Open-Source-Hardware-Community gewachsen, und es entstehen ständig neue Prototyping-Plattformen. Es war noch nie billiger oder einfacher, Hardware für Ihre eigenen Hacking-Projekte zu bekommen.

Elektronik erforschen

Meine Reise mit der Elektronik begann als ich ein Kind war. Mein Vater brachte oft elektronische Komponenten von der Arbeit mit nach Hause, damit ich damit spielen konnte. Ich habe etwas über Steckbretter gelernt, einfache Schaltkreise hergestellt und gelötet. Ich liebe immer noch helle, Süßwaren-LEDs. Schneller Vorlauf vor einigen Jahren, als mir gesagt wurde, dass Sie mit einem Arduino große Knöpfe und Knöpfe an Ihren Spielen und Projekten anbringen könnten.

Also habe ich einen gekauft. Und mir wurde klar, dass dies nicht nur eine Hardwareschnittstelle für meinen Computer war, sondern ein unabhängiges Gerät, das Logik verarbeiten und Code selbst ausführen konnte. Tatsächlich war es ein winziger in sich geschlossener Computer. Ich besorgte mir eine 8x8 LED-Matrix, baute ein einfaches Partikelsystem und war begeistert. In den letzten Jahren habe ich immer mehr Hardware in meine digitalen Kunstprojekte integriert. Mit diesen elektronischen Geräten können Sie aus dem Computer in die reale Welt gelangen.

Wenn Sie in Hardwareprojekte einsteigen möchten, sind Sie wahrscheinlich ein wenig entmutigt von all Ihren Optionen. Zwei der größten Plattformen in dieser Arena sind der Arduino und der Raspberry Pi. Jeder hat unterschiedliche Stärken und Fähigkeiten.

Arduino

Das Arduino ist eine Prototyping-Platine, die aus einem zentralen Chip und mehreren GPIO-Pins (General Purpose Input / Output) besteht, an die Sie Inhalte anschließen können. Sie können jedes GPIO so programmieren, dass es entweder ein Eingang (zum Lesen von Daten) oder ein Ausgang (zum Steuern von Lichtern und Motoren) ist.

Aber kaufen Sie nicht nur einen Arduino - es ist viel besser, eine Art Starter-Kit zu kaufen. Suchen Sie nach einer mit einer Vielzahl von Komponenten, Überbrückungsdrähten und einem Steckbrett sowie einem guten Handbuch mit Übungen, um Ihnen den Einstieg zu erleichtern.

Es gibt viele Kits, darunter eines von Arduino. Mein persönlicher Favorit ist das Sparkfun Inventor's Kit, das mit einem schönen Koffer geliefert wird, in dem Sie Ihre Projekte aufbewahren können, während Sie daran arbeiten. Es enthält ein großartiges Handbuch mit übersichtlichen Diagrammen und 16 Beispielprojekten, um Ihnen den Einstieg zu erleichtern.

Es gibt eine unglaubliche Vielfalt an Arduino-Codebibliotheken, Ressourcen und Add-Ons, einschließlich „Shields“, die oben auf dem Board sitzen und Ihnen zusätzliche Möglichkeiten bieten, z. B. Motoren fahren, LED-Bildschirme steuern, Musik abspielen oder MIDI-Informationen senden. Hier sind einige der vielen Arduino-kompatiblen Boards, die mir besonders gefallen:

• Adafruits Schmuckstück - Dies ist winzig und billig, mit fünf GPIO-Pins. Wenn Sie mehr Pins und Speicher benötigen, probieren Sie das Trinket Pro oder das Arduino Nano.
• Teensy 3.1 - Der Teensy 3.1 ist sehr schnell und leistungsstark und immer noch sehr klein. Es werden 3,3 V anstelle der Standard-5 V verwendet, sodass Sie manchmal Spannungen umwandeln müssen, um mit einigen Komponenten arbeiten zu können. Dies sind die Köpfe meiner Laserlichtsynthesizer, und sie können sehr gut Tausende von adressierbaren LEDs steuern.
• Arduino Mega - Dies ist viel sperriger als das Trinket und Teensy (obwohl das nicht viel sagt). Aber wenn Sie viele Pins und Speicher benötigen, ist der Arduino Mega genau das Richtige für Sie. Es hat den zusätzlichen Vorteil, ein echtes Arduino zu sein, sodass Sie wissen, dass Ihr Geld die Menschen unterstützen wird, die das Projekt überhaupt erst erstellt haben. Darüber hinaus ist es mit den meisten Arduino-Schilden kompatibel.

Baue dein eigenes Arduino

Der unglaubliche Vorteil von Open-Source-Hardware besteht darin, dass Sie problemlos von einem einmaligen Experiment zu etwas übergehen können, das Sie in die Produktion bringen können. Sie können das Schaltungslayout des Arduino übernehmen, Ihre eigenen Komponenten hinzufügen und Ihre eigenen Produkte herstellen. Dies mag beim ersten Start nicht wichtig erscheinen, aber wenn Sie den Fehler bekommen, werden Sie Ihre eigenen Leiterplatten (PCBs) entwerfen und herstellen, bevor Sie es wissen.

Arduino programmieren

Das Arduino wird mit einer eigenen IDE und Programmiersprache geliefert, die auf C basiert. Wenn Sie jedoch an JavaScript gewöhnt sind, sollte es ziemlich vertraut aussehen. Die Hauptunterschiede bestehen darin, dass es stark typisiert ist. Sie müssen also angeben, welchen Datentyp die Variablen und Funktionen verwenden. Das Arbeiten mit Zeichenfolgen und Text kann ebenfalls schmerzhaft sein - es ist sicherlich aufwändiger als die Verwendung von JavaScript. Der Code wird in der IDE kompiliert und dann über ein USB-Kabel direkt auf den Arduino-Chip programmiert.

JavaScript-Optionen

Was? Sie möchten nur in JavaScript programmieren? Nennen Sie mich altmodisch, aber ich denke, dass die Arbeit in mehreren verschiedenen Programmiersprachen gut für Ihr Gehirn ist. Aber ich kann verstehen, warum JS-Programmierer zögern, Zeit zu investieren, um eine neue Sprache zu lernen, nur um ein bisschen zu basteln.

Die gute Nachricht ist, dass Sie ein Arduino vollständig in JavaScript mit einer Bibliothek namens Johnny-Five steuern können. Sie greifen auf alle Arduino-Ein- und Ausgänge vollständig über eine Node.js-App auf Ihrem Computer zu. Es gibt einen Haken: Der Code wird auf Ihrem Computer ausgeführt und sendet Daten zum und vom Arduino. Daher muss er an Ihren Computer gebunden sein, damit er funktioniert. Es ist jedoch immer noch eine schöne und einfache Möglichkeit, den Zeh ins Wasser zu tauchen.

Es gibt zwei neue Plattformen, auf denen JavaScript auf dem Mikroprozessor ausgeführt wird: Tessel und Espruino. Beide haben ihren eigenen leichten JavaScript-Interpreter und obwohl sie nicht über die Verfügbarkeit und Allgegenwart von Arduino verfügen, bin ich zuversichtlich, dass die Community schnell wachsen wird.

Himbeer-Pi

Der Raspberry Pi ist ein billiger Linux-Computer mit einer Reihe von GPIO-Pins, was ihn zu einer großartigen Plattform für elektronisches Prototyping macht. Es gibt es erst seit wenigen Jahren, aber es hat bereits das Low-Cost-Computing revolutioniert.

Eine starke und lebendige Community von Machern ist gewachsen und es steht eine Vielzahl von Fällen, Peripheriegeräten und Lernressourcen zur Verfügung. Der brandneue Pi 2 ist schneller und hat mehr Speicher als die Vorgängermodelle, mit Abwärtskompatibilität und dem gleichen Formfaktor wie das Vorgängermodell B +.

Im Gegensatz zu Arduino kann der Raspberry Pi problemlos HDMI-Bildschirme steuern und große Audiodateien abspielen. Wenn Sie bereits mit Linux, Python oder Node vertraut sind, können Sie ganz einfach loslegen. Sie müssen nicht einmal eine Tastatur oder einen Bildschirm an den Pi anschließen ssh von Ihrem Computer aus, um es zu programmieren. Und natürlich ist das Ganze über den Ethernet-Port oder einen Wi-Fi-USB-Adapter mit dem Internet verbunden.

Genau wie der Arduino "Schilde" hat, hat der Pi "Hüte", die darauf sitzen und besondere zusätzliche Kräfte bieten. Mein Favorit ist Pimoronis Einhornhut - eine Reihe superheller LEDs, die oben auf dem Pi sitzen. Tatsächlich ist Pimoroni eine erstaunliche Erfolgsgeschichte in Großbritannien mit einem wunderbaren Bestand an Pi-Gehäusen und -Komponenten.

ST4I (früher IoT)

Sie können den Hype um IoT oder das Internet der Dinge nicht verpasst haben. Es ist so lächerlich, dass ich es hasse, den Begriff überhaupt zu verwenden. Die Tatsache, dass Unternehmen wie Microsoft einen "Director of the Internet of Things" haben, lässt mich ein wenig in den Mund werfen. Ich bevorzuge es, meinen eigenen Begriff zu verwenden: Dinge, die mit dem Internet kommunizieren (kurz STTTTi oder ST4I). Es ist genauso lächerlich, aber zumindest ist es mein Lächerliches.

Ich werde Sie in ein kleines Geheimnis über das Internet der Dinge einweihen: Niemand hat wirklich herausgefunden, wofür es ist. Natürlich können wir unsere Thermostate und die Farbe unserer Lampe mit unserem Handy steuern, aber wir bewegen unsere Arme immer noch im Dunkeln, um herauszufinden, wie genau es funktionieren wird. Wir alle wissen, dass es groß werden wird. Wir sind uns einfach nicht ganz sicher, wie die Killer-App aussehen wird.

Aber hier ist die Sache mit Technologien, die kurz davor stehen, ihre Verwendung zu finden: Es macht wirklich Spaß, mit ihnen zu spielen. Wie wirklich Spaß. Es ist die perfekte Zeit, um einfallsreich und kreativ zu sein und einfach mit diesem Zeug zu spielen. Aus diesem Grund habe ich meinen ST4I-Workshop zusammengestellt - es sind zwei Tage zum Experimentieren und Lernen, und er enthält ein Kit voller Dinge, einschließlich eines Wi-Fi-fähigen Arduino. Besuchen Sie st4i.com, um mehr zu erfahren.

So verwandeln Sie ein Arduino in ein ST4i-Gerät

Ein Raspberry Pi ist bereits vernetzt, aber ein Arduino benötigt zusätzliche Hardware (und Code), um eine Verbindung herzustellen. Ich mag das Adafruit CC3000 Wi-Fi-Schild - es befindet sich auf Ihrem Arduino und stellt eine Verbindung zu Ihrem Wi-Fi her. Es gibt viele Codebeispiele, mit denen Sie Daten aus dem Internet lesen können.

Arduinos mit eingebautem Internet

Es gibt Arduino-kompatible Boards, die bereits internetfähig sind. Mein Favorit ist der Linkit One, in den ein Wi-Fi-Chip eingebaut ist. Aber das ist noch nicht alles. Es hat auch Bluetooth und GSM. Stecken Sie eine SIM-Karte ein und Sie erhalten sofort mobile Daten. Wenn das nicht genug war, wird es mit GPS und einem Audio-Interface geliefert. Mit diesem Board können Sie Ihr eigenes Low-Tech-Smartphone herstellen. Ich habe wirklich keine Ahnung, warum Sie das tun würden, aber aus irgendeinem Grund reizt mich die Idee.

Die Serverseite

Das Herstellen einer Verbindung zu einer öffentlichen API ist relativ einfach. Wenn Sie nur ein Datenprotokollierungsgerät einrichten möchten, können Sie Dienste wie Xively und data.sparkfun.com verwenden. Wenn Sie möchten, dass Ihr Arduino-Gerät auf Dinge im Internet reagiert, können Sie am einfachsten eine Daten-API in regelmäßigen Abständen abfragen (z. B. alle ein bis fünf Minuten).

Wenn Sie jedoch möchten, dass es sofort auf etwas reagiert, können Sie eine permanente Socket-Verbindung zum Server herstellen. Dies ist etwas kniffliger, aber ich habe an Node.js Code gearbeitet, um dies zu tun. Es ist alles Open Source, sodass Sie meinen GitHub im Auge behalten können, um zu sehen, wie er reift.

Die Zukunft

Da die Preise für mobile GSM-Datenmodule dramatisch sinken, wird es nur ein paar Jahre dauern, bis alles über eine eigene Internetverbindung verfügt. Das Konzept, einem Gadget Wi-Fi hinzuzufügen, wird sehr altmodisch erscheinen.

Ich habe lange Freude daran, Lichter, Knöpfe und taktile Schnittstellen an meinen Projekten anzubringen, und mit dem Wachstum des Hackerspace-Netzwerks und der Maker-Community gibt es so viele Möglichkeiten, zu lernen, wie man Dinge macht. Es ist Zeit, die Arbeit, die wir im Computer geleistet haben, in die reale Welt zu tragen.

Dieser Artikel erschien ursprünglich in Ausgabe 266 (Mai 2015) von Netzmagazin.

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