IoT at Home - Smart Gadgets mit Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 und Calliope entwickeln. Behandelt auch openHAB, FHEM, Home Assistant und ioBroker

Was du in diesem Kapitel erfährst:

       Wie lassen sich Schaltungen sauber dokumentieren?

       Grundlagen der Elektrotechnik

       Welche Netzwerkprotokolle stehen zur Verfügung, um Gadgets smart zu machen?

       Einführung in Bluetooth Low Energy (BLE)

       Übersicht über die im Buch eingesetzten Programmiersprachen

Während der Entwicklung und für den Hardwareaufbau von Prototypen und empfiehlt es sich, Breadboards zu verwenden. Bild 2.1 zeigt den schematischen Aufbau eines solchen Steckbretts. Es handelt es sich hierbei um eine Steckplatine aus Kunststoff mit zahlreichen Kontaktfedern, auf der elektronische Bauteile ohne Löten befestigt werden können. Diese müssen einfach nur eingesteckt werden. Dies hat den Vorteil, dass Fehlerkorrekturen und Umbauten leicht umgesetzt werden können. Wurde die Schaltung ausgiebig getestet und soll so beibehalten werden, spricht nichts dagegen, sie fest zusammenzulöten. Hierfür eignen sich Lochrasterplatinen besser als Breadboards.

Der Abstand zwischen den Kontaktpunkten beträgt – z. B. analog zu den GPIO-Pins auf einem Raspberry Pi – in der Regel 2,54 mm (0,1 Inch) als Normwert. Fast alle Bauteile folgen diesem Raster und können somit mühelos in die Reihen gesteckt werden. Die Kontaktpunkte sind untereinander über Netze intern verbunden, sodass einzelne Bauteile ohne weitere Drähte vernetzt werden können. Die Aufteilung der Netze kann je nach Breadboard-Typ variieren, lässt sich jedoch optisch leicht erkennen. Die Breadboards sind in unterschiedlichen Größen erhältlich.

Gibt es keine Verbindung über das interne Netz oder müssen weitere Strecken überbrückt werden, so bietet sich die Verwendung von Drahtbrücken oder Litzen an. Diese sollten idealerweise isoliert sein. Im Handel gibt es hierfür sogenannte Jumper Wires (Bild 2.2).

Die Verwendung von Breadboards hat jedoch auch einige Nachteile. Durch das einfache Stecken von Bauteilen wird keine dauerhafte Verbindung hergestellt. Dies führt dazu, dass es zu Fehlkontakten kommt, die die Fehlersuche erschweren. Darüber hinaus hat das Breadboard eine schlechte Wärmeabfuhr, sodass Bauteile sehr warm werden können. Die Strombelastbarkeit ist ebenfalls eingeschränkt und liegt in der Regel bei ca. 1 A (Ampere).

Es ist sinnvoll, sich vor der Umsetzung Gedanken über die Struktur und den Aufbau eines Projekts zu machen. Schaltungen, die ohne Vorplanung auf Breadboards umgesetzt werden, neigen dazu, schnell unübersichtlich und schlecht wartbar zu werden. Deshalb gibt es Softwaretools, mit denen sich Schaltungen bereits vorab virtuell zusammenstellen lassen. Im professionellen Umfeld gibt es etablierte Lösungen, mit denen sich komplexe Schaltungslayouts erstellen lassen, wie z. B. EAGLE der Firma Autodesk. Diese Werkzeuge sind sehr mächtig, jedoch für Einsteiger und Kleinprojekte meist zu komplex. Dieses Buch beschränkt sich bei der Auswahl der Werkzeuge auf zwei Produkte, die auch für Einsteiger geeignet sind: Fritzing und Virtual Breadboard.

Um sich im Kauderwelsch der Produktdatenblätter zurechtzufinden, enthält die folgende Tabelle eine Übersicht der wichtigsten Begriffe, die einem darin begegnen.