Arduino: Aktoren: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Kategorie:Arduino]]
[[Kategorie:Arduino]]
[[Datei:Lernset - Einsteiger Kit für Arduino.jpg|thumb|rigth|450px|Abb. 1: Lernset - Einsteiger Kit für Arduino]]
[[Datei:28BYJ-48.jpg|thumb|rigth|300px|Abb. 1: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine]]
'''Autor:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]<br>
{|
'''Modul:''' Praxismodul I<br>
|-
'''Lehrveranstaltung:''' Mechatronik, Informatikpraktikum 1, 1. Semester, Wintersemester
| '''Autor:''' || [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]
|-
| '''Modul:''' || Praxismodul I
|-
| '''Lektion 9:''' || Mechatronik, Informatikpraktikum, 1. Semester, Wintersemester
|}


== Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen ==
== Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen ==


=== Fragestellungen ===
=== Fragestellungen ===
In dieser Lektion Steuern wir Aktoren (Servomotor und Schrittmotor) an.
In dieser Lektion Steuern wir Aktoren ([[Servomotor_SG90|Servomotor]] und [[Schrittmotor_28BYJ-48_mit_ULN2003_Treiberplatine|Schrittmotor]]) an.


=== Eingeführte Begriffe und Konzepte ===
=== Eingeführte Begriffe und Konzepte ===
Diese Lektion befasst sich mit der Vorstellung und Ansteuerung gängiger Aktoren am Arduino:
Diese Lektion befasst sich mit der Vorstellung und Ansteuerung gängiger Aktoren am Arduino:
* Servonotor und  
* [[Servomotor_SG90|Servomotor]] und  
* Schrittmotor.
* [[Schrittmotor_28BYJ-48_mit_ULN2003_Treiberplatine|Schrittmotor]].


=== Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Lektionen ===
=== Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Lektionen ===
* Nutzung der gititalen IO-Pins
* Nutzung der digititalen IO-Pins
 
* Interrupts


== Lernziele==
== Lernziele==
Nach Durchführung dieser Lektion
Nach Durchführung dieser Lektion
* können die Funktion eines Servomotors, Schrittmotors und Relais erläutern.
* können die Funktion eines Servomotors und Schrittmotors erläutern.
* können Sie die Unterschiede und Anwendungsfelder der Motoren beschreiben
* können Sie die Unterschiede und Anwendungsfelder der Motoren beschreiben
* können Sie beide Motoren gezielt ansteuern.
* können Sie beide Motoren gezielt ansteuern.
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== Lernzielkontrolle ==
== Lernzielkontrolle ==
# Wie funktioniert ein Servomotor? Welchen Arbeitsbereich hat der Servo?
# Wie funktioniert ein [[Servomotor_SG90|Servomotor]]? Welchen Arbeitsbereich hat der Servo?
# Was ist eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Pulsdauermodulation Pulsweitenmodulation] und wie lässt sich ein Servo damit ansteuern?
# Was muss beim Umgang mit einem Servo beachtet werden?
# Was muss beim Umgang mit einem Servo beachtet werden?
# Wie steuert man einen Servomotor an?
# Wie steuert man einen Servomotor an?
# Wie funktioniert ein Schrittmotor? Welchen Arbeitsbereich hat der Schrittmotor?
# Wie funktioniert ein [[Schrittmotor_28BYJ-48_mit_ULN2003_Treiberplatine|Schrittmotor]]? Welchen Arbeitsbereich hat der Schrittmotor?
# Was muss beim Umgang mit einem Schrittmotor beachtet werden?
# Was muss beim Umgang mit einem Schrittmotor beachtet werden?
# Wie steuert man einen Schrittmotor an?
# Wie steuert man einen Schrittmotor an?
# Wieviele Schritte hat der Schrittmotor?
# Vergleichen Sie beide Motoren anhand fachlicher Kriterien.
# Vergleichen Sie beide Motoren anhand fachlicher Kriterien.
# Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
# Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
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== Vorbereitung ==
== Vorbereitung ==
Bereiten Sie sich anhand der nachfolgenden Aufgaben auf den Praktikumstermin vor.
Bereiten Sie sich anhand der nachfolgenden Aufgaben auf den Praktikumstermin vor.
 
# Nutzen Sie die Beiträge als Vorbereitung auf den Servomotor:
##[[Servomotor_SG90|HSHL Wiki: Servomotor TowerPro SG90]]
##[https://funduino.de/nr-12-servo-ansteuern Funduino: Servomotor TowerPro SG90]
# Nutzen Sie die Beiträge als Vorbereitung auf den Schrittmotor:
##[[Schrittmotor_28BYJ-48_mit_ULN2003_Treiberplatine| HSHL Wiki: Schrittmotor 28BYJ-48]]
## [https://funduino.de/nr-15-schrittmotor Funduino: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine]
# Studieren Sie diesesn Artikel: [[Arduino: Interrupts]]
# Planen Sie die Software via PAP.
# Planen Sie die Software via PAP.
# Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
# Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
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== Versuchsdurchführung ==
== Versuchsdurchführung ==
=== Aufgabe 8.1: Lernzielkontrolle ===
=== Aufgabe 9.1: Lernzielkontrolle ===
Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.
Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_08.pdf</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_09.pdf</code>
 
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=== Aufgabe 8.2: Servo ansteuern ===
=== Aufgabe 9.2: Servo ansteuern ===
Ein Servo soll von einem Arduino-Mikrocontroller angesteuert werden. Der Servo soll dazu in diesem Beispiel drei verschiedene Positionen ansteuern und zwischen den Positionen eine kurze Zeit warten.
Ein Servo soll von einem Arduino-Mikrocontroller angesteuert werden. Der Servo soll dazu in diesem Beispiel drei verschiedene Positionen ansteuern und zwischen den Positionen eine kurze Zeit warten.
<!--
Zeichnen Sie die PWM beim Ansteuern mit einem Oszilloskop auf.
Arduino-Aufgabe
# Messen Sie die Zeit in Millisekunden mit dem Befehl <code>millis()</code>
# Messen Sie die Entfernung mit und ohne Median-Filter.
# Geben Sie die Zeit und Messdaten im seriellen Monitor aus (Format: Zeit in ms;d in cm; Median-Filter in cm <LF></code>).
# Nutzen Sie Putty als seriellen Monitor und speichern Sie die Daten in der Datei <code>Debug.txt</code>.
'''Nützliche Befehle''': <code>millis(), Serial.begin(), Serial.println(), analogRead()</code>
 
MATLAB-Aufgabe
# Nutzen Sie das Demo <code>startLeseDebug.m</code> und lesen Sie die Daten aus der Datei <code>Debug.txt</code>.
# Stellen Sie die Entfernung ohne Median Filter über der Zeit dar (<code>plot(Zeit,Messwerte,'r.-')</code>).
# Stellen Sie die Entfernung mit Median Filter über der Zeit dar (<code>plot(Zeit,median,'b-')</code>).
# Ergänzen Sie eine Legende (<code>legend("Messwerte", Median-Filter,'b-')</code>).
# Beschriften Sie die Achsen.
-->


'''Nützliche Befehle''': <code>#include, Servo, attach, write</code>
'''Nützliche Befehle''': <code>#include, Servo, attach, write</code>


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>schreibeDebugDatei.ino, Debug.txt, leseDebugDatei.m</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>steureServo.ino</code>


<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
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'''Tutorial:''' [https://funduino.de/nr-12-servo-ansteuern Funduino: Servo TowerPro SG90 ansteuern]
'''Tutorial:''' [https://funduino.de/nr-12-servo-ansteuern Funduino: Servo TowerPro SG90 ansteuern]
</div>
</div>
 
----
=== Aufgabe 8.3: Schrittmotor 28BYJ-48 ansteuern ===
=== Aufgabe 9.3: Schrittmotor 28BYJ-48 ansteuern ===
Lassen Sie einen Schrittmotor eine ganze Umdrehung vor- und zurückdrehen.
Lassen Sie einen Schrittmotor eine ganze Umdrehung vor- und zurückdrehen.
<!--
<!--
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'''Nützliche Befehle''': <code>#include<Stepper.h>, Stepper, step(), setSpeed()</code>
'''Nützliche Befehle''': <code>#include<Stepper.h>, Stepper, step(), setSpeed()</code>


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>spieleMelodie.ino</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>steureSchrittmotor.ino</code>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">


'''Lösung:''' [https://funduino.de/nr-15-schrittmotor| Funduino: Schrittmotor ansteuern]
'''Lösung:''' [https://funduino.de/nr-15-schrittmotor Funduino: Schrittmotor ansteuern]
</div>
</div>
 
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=== Aufgabe 8.4: Motorbewegung unterbrechen ===
=== Aufgabe 9.4: Motorbewegung unterbrechen ===
# Befestigen Sie einen Zeiger an Ihrem Schrittmotor. Dieser Zeiger bildet den Sekundenzeiger einer Uhr und soll sich in 60&thinsp;s um 360&thinsp;° drehen.
# Befestigen Sie einen Zeiger an Ihrem Schrittmotor. Dieser Zeiger bildet den Sekundenzeiger einer Uhr und soll sich in 60&thinsp;s um 360&thinsp;° drehen.
# Lesen Sie einen Taster ein. Dieser soll beim Drücken einen Interrupt als "Notaus" auslösen.
# Lesen Sie einen Taster ein. Dieser soll beim Drücken einen Interrupt als "Notaus" auslösen.
# Stoppen Sie in einer Interrupt-Service-Routine sofort den Motor.
# Stoppen Sie in einer Interrupt-Service-Routine sofort den Motor.


<!--Ein Theremin ist ein Instrument, das Töne abhängig von den Bewegungen des Musizierenden erzeugt. Die Titelmelodie von Star Treck wurde beispielsweise damit gespielt. Das Theremin detektiert die Hände im Verhältnis zu zwei Antennen. Diese Antennen sind mit einem analogen Schaltkreis verbunden und erzeugen die Musik. Eine Antenne regelt die Frequenz der Töne und die Andere die Lautstärke. Diese Aufgabe emuliert das Theremin indem die Funktion <code>tone()</code> verwendet wird und die vom IR-Sensor gemessenen Abstände die Tonfrequenzen manipulieren. Lesen Sie die Entfernung wie in den Aufgaben zuvor über <code>analogRead()</code> ein. Schließen Sie den aktiven Lautprecher (Piezo-Lautsprecher) an Pin 8 an.
# Erzeugen Sie Töne abhängig von den Messwerten des Sharp IR-Entfernungssensors.
# Kalibrieren Sie die Zuordnung von Entfernung zu Frequenzen mit dem Der <code>map()</code>-Befehl.
# Spielen Sie eine Melodie.
-->
'''Nützliche Befehle''': <code>[https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/external-interrupts/attachinterrupt/ attachInterrupt()]</code>
'''Nützliche Befehle''': <code>[https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/external-interrupts/attachinterrupt/ attachInterrupt()]</code>


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>IR_Theremin.ino</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>StepperUhrNotaus.ino</code>
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<div class="mw-collapsible mw-collapsed">


'''Tipps:'''
* [https://funduino.de/nr-08-toene-erzeugen Anleitung zur Ausgaben von Tönen]


</div>
</div>
 
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=== Aufgabe 8.5: Nachhaltige Doku ===
=== Aufgabe 9.5: Nachhaltige Doku ===
Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (<code>message</code>) in SVN.
Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (<code>message</code>) in SVN.
* Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
* Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
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'''Arbeitsergebnis''' in SVN: <code>SVN Log</code>
'''Arbeitsergebnis''' in SVN: <code>SVN Log</code>
== Bewertung ==
{| class="wikitable"
|-
| '''Aufgabe'''|| '''Punkte'''
|-
| 8.1|| 2
|-
| 8.2|| 2
|-
| 8.3|| 2
|-
| 8.4|| 2
|-
| 8.5|| 2
|-
|}


== Tutorials ==
== Tutorials ==
*[[Arduino:_Interrupts|HSHL Wiki: Interrupts]]
*[[Servomotor_SG90|HSHL Wiki: Servomotor TowerPro SG90]]
*[[Servomotor_SG90|HSHL Wiki: Servomotor TowerPro SG90]]
*[[Schrittmotor_28BYJ-48_mit_ULN2003_Treiberplatine| HSHL Wiki: Schrittmotor 28BYJ-48]]
*[[Schrittmotor_28BYJ-48_mit_ULN2003_Treiberplatine| HSHL Wiki: Schrittmotor 28BYJ-48]]
*[https://funduino.de/nr-12-servo-ansteuern Funduino: Servomotor TowerPro SG90]
*[https://funduino.de/nr-12-servo-ansteuern Funduino: Servomotor TowerPro SG90]
* [https://funduino.de/nr-15-schrittmotor Funduino: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine]
* [https://funduino.de/nr-15-schrittmotor Funduino: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine]
* [https://funduino.de/25-der-interrupt-befehl-attachinterrupt Funduino: Der Interrupt-Befehl attachInterrupt()]
* [https://www.mikrocontroller.net/articles/Verwendung_von_Interrupts_mit_Arduino Verwendung von Interrupts mit Arduino]


== Demos ==
== Demos ==
 
* [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Arduino/ArduinoLibOrdner/ArduinoUnoR3/examples/DemoServoSG90/DemoServoSG90.ino SVN: DemoServoSG90.ino]
 
* [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Arduino/ArduinoLibOrdner/ArduinoUnoR3/examples/DemoSchrittmotor28BYJ-48/DemoSchrittmotor28BYJ-48.ino SVN: DemoSchrittmotor28BYJ-48.ino]
== Videos ==
* [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Arduino/ArduinoLibOrdner/ArduinoUnoR3/examples/DemoInterrupt/DemoInterrupt.ino SVN: DemoInterrupt.ino]
{{#ev:youtube|https://www.youtube.com/watch?v=ZTRiICx1ykM | 400 | | YouTube: Interrupts am Arduino einsetzten |frame}}


== Literatur ==
== Literatur ==
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# Schneider, U.: ''Programmierrichtlinie für für die Erstellung von Software in C.'' Lippstadt: 1. Auflage 2022. [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|PDF-Dokument (212&thinsp;kb)]]
# Schneider, U.: ''Programmierrichtlinie für für die Erstellung von Software in C.'' Lippstadt: 1. Auflage 2022. [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|PDF-Dokument (212&thinsp;kb)]]
# Sharp: ''GP2Y0A41SK0F''. URL: [https://de.farnell.com/sharp/gp2y0a41sk0f/distanzmesssensor/dp/1618431]. [[Medium:GP2Y0A41SK0F.pdf|Datenblatt (858&thinsp;kb)]]
# Sharp: ''GP2Y0A41SK0F''. URL: [https://de.farnell.com/sharp/gp2y0a41sk0f/distanzmesssensor/dp/1618431]. [[Medium:GP2Y0A41SK0F.pdf|Datenblatt (858&thinsp;kb)]]


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→ zurück zum Hauptartikel: [[Arduino_Praxiseinstieg|Arduino Praxiseinstieg]]
→ Termine [[Einführungsveranstaltung Informatikpraktikum 1|0]] [[Einarbeitung_in_die_Versionsverwaltung_SVN|1]] [[Einstieg_in_die_Welt_des_Arduino|2]]  [[Arduino: Taster auswerten und LEDs ansteuern|3]] [[Arduino:_Sensoren_einlesen|4]]  [[Arduino:_Infrarotsensor_einlesen|5]] [[Arduino:_Infrarotsensor_entstören|6]] [[Arduino:_Programmier-Challenge_I_WS_WS_24/25|7]] [[Arduino:_IR-Theremin|8]] [[Arduino:_Aktoren|9]] [[Arduino:_LCD_Display_mit_I2C_Schnittstelle|10]] [[Arduino:_Ultraschall_Entfernungsmessung|11]] [[Arduino:_Ultraschallsensor_entstören|12]] [[Arduino:_Temperaturmessung_mit_NTC_und_PTC|13]] [[Arduino:_Programmier-Challenge_II_WS_WS_24/25|14]]<br>
→ zurück zum Hauptartikel: [[Arduino_Praxiseinstieg_WS_24/25|Arduino Praxiseinstieg]]

Aktuelle Version vom 12. September 2024, 14:32 Uhr

Abb. 1: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine
Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul: Praxismodul I
Lektion 9: Mechatronik, Informatikpraktikum, 1. Semester, Wintersemester

Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen

Fragestellungen

In dieser Lektion Steuern wir Aktoren (Servomotor und Schrittmotor) an.

Eingeführte Begriffe und Konzepte

Diese Lektion befasst sich mit der Vorstellung und Ansteuerung gängiger Aktoren am Arduino:

Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Lektionen

  • Nutzung der digititalen IO-Pins
  • Interrupts

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

  • können die Funktion eines Servomotors und Schrittmotors erläutern.
  • können Sie die Unterschiede und Anwendungsfelder der Motoren beschreiben
  • können Sie beide Motoren gezielt ansteuern.
  • können Sie das Hauptprogramm mit einem Interrupt unterbrechen.

Lernzielkontrolle

  1. Wie funktioniert ein Servomotor? Welchen Arbeitsbereich hat der Servo?
  2. Was ist eine Pulsweitenmodulation und wie lässt sich ein Servo damit ansteuern?
  3. Was muss beim Umgang mit einem Servo beachtet werden?
  4. Wie steuert man einen Servomotor an?
  5. Wie funktioniert ein Schrittmotor? Welchen Arbeitsbereich hat der Schrittmotor?
  6. Was muss beim Umgang mit einem Schrittmotor beachtet werden?
  7. Wie steuert man einen Schrittmotor an?
  8. Wieviele Schritte hat der Schrittmotor?
  9. Vergleichen Sie beide Motoren anhand fachlicher Kriterien.
  10. Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
  11. Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
  12. Wurde auf magic numbers verzichtet?
  13. Wurde die Programmierrichtlinie eingehalten?

Vorbereitung

Bereiten Sie sich anhand der nachfolgenden Aufgaben auf den Praktikumstermin vor.

  1. Nutzen Sie die Beiträge als Vorbereitung auf den Servomotor:
    1. HSHL Wiki: Servomotor TowerPro SG90
    2. Funduino: Servomotor TowerPro SG90
  2. Nutzen Sie die Beiträge als Vorbereitung auf den Schrittmotor:
    1. HSHL Wiki: Schrittmotor 28BYJ-48
    2. Funduino: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine
  3. Studieren Sie diesesn Artikel: Arduino: Interrupts
  4. Planen Sie die Software via PAP.
  5. Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
  6. Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_08.pdf

Versuchsdurchführung

Aufgabe 9.1: Lernzielkontrolle

Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_09.pdf

Aufgabe 9.2: Servo ansteuern

Ein Servo soll von einem Arduino-Mikrocontroller angesteuert werden. Der Servo soll dazu in diesem Beispiel drei verschiedene Positionen ansteuern und zwischen den Positionen eine kurze Zeit warten. Zeichnen Sie die PWM beim Ansteuern mit einem Oszilloskop auf.

Nützliche Befehle: #include, Servo, attach, write

Arbeitsergebnisse in SVN: steureServo.ino

Tutorial: Funduino: Servo TowerPro SG90 ansteuern

Aufgabe 9.3: Schrittmotor 28BYJ-48 ansteuern

Lassen Sie einen Schrittmotor eine ganze Umdrehung vor- und zurückdrehen.

Nützliche Befehle: #include<Stepper.h>, Stepper, step(), setSpeed()

Arbeitsergebnisse in SVN: steureSchrittmotor.ino

Lösung: Funduino: Schrittmotor ansteuern

Aufgabe 9.4: Motorbewegung unterbrechen

  1. Befestigen Sie einen Zeiger an Ihrem Schrittmotor. Dieser Zeiger bildet den Sekundenzeiger einer Uhr und soll sich in 60 s um 360 ° drehen.
  2. Lesen Sie einen Taster ein. Dieser soll beim Drücken einen Interrupt als "Notaus" auslösen.
  3. Stoppen Sie in einer Interrupt-Service-Routine sofort den Motor.

Nützliche Befehle: attachInterrupt()

Arbeitsergebnisse in SVN: StepperUhrNotaus.ino


Aufgabe 9.5: Nachhaltige Doku

Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (message) in SVN.

  • Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
  • Wurde die Programmierrichtlinie eingehalten?
  • Wurde nachhaltig dokumentiert?
  • Haben die Programme einen Header?
  • Wurden der Quelltext umfangreich kommentiert?
  • Wurden die PAPs erstellt und abgelegt? Passen die PAPs 100% zum Programm?

Arbeitsergebnis in SVN: SVN Log

Tutorials

Demos

Literatur

  1. Brühlmann, T.: Arduino Praxiseinstieg. Heidelberg: mitp, 4. Auflage 2019. ISBN 978-3-7475-0056-9. URL: HSHL-Bib, O'Reilly-URL
  2. Brühlmann, T.: Sensoren im Einsatz mit Arduino. Frechen: mitp Verlag, 1. Auflage 2017. ISBN: 9783958451520. URL: HSHL-Bib, O'Reilly
  3. Snieders, R.: ARDUINO lernen. Nordhorn: 8. Auflage 2022. URL: https://funduino.de/vorwort
  4. Schneider, U.: Programmierrichtlinie für für die Erstellung von Software in C. Lippstadt: 1. Auflage 2022. PDF-Dokument (212 kb)
  5. Sharp: GP2Y0A41SK0F. URL: [1]. Datenblatt (858 kb)


→ Termine 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
→ zurück zum Hauptartikel: Arduino Praxiseinstieg

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