A Project-Based Introduction to Microcontrollers and Drone Control
A Practical Introduction to Embedded Systems with the ESP32
This book is intended for readers who are new to embedded systems and looking for a structured, example-driven way to begin. If you’ve explored general-purpose electronics or Arduino-based resources but found them too broad or lacking in practical application, this guide offers a more focused alternative.
With a small, affordable set of components – such as LEDs, sensors, an OLED screen and a motion sensor – you’ll build and work with the same hardware setup throughout the book. This allows you to focus on learning and experimenting without constant reconfiguration.
Topics include:
Understanding and programming the ESP32 microcontroller
Using the Arduino IDE to write and deploy code
Exploring cyber-physical systems, culminating in basic drone control
No prior experience with Arduino or embedded development is required. Each section includes hands-on examples and mini-projects designed to reinforce core concepts and encourage deeper exploration. By the end, you’ll be equipped not only to reproduce the book’s examples, but also to extend them toward your own ideas and applications.
Whether your interest is in learning embedded programming, building interactive systems, or exploring educational drone control, this book provides a clear and practical path to getting started.
Vom Messwert zur stabilen Entscheidung
Wie wird aus einem einfachen Mikrocontroller ein intelligentes System, das Sensorwerte erfasst, verarbeitet und sinnvoll darauf reagiert? Dieses Buch zeigt es Ihnen Schritt für Schritt – verständlich, praxisnah und ohne unnötige Vorkenntnisse.
Sie beginnen mit den Grundlagen der digitalen und analogen Ein- und Ausgänge. Anschließend lernen Sie, wie Sensorwerte gelesen, geglättet und zuverlässig bewertet werden. Anschauliche Beispiele erklären, warum einzelne Messwerte oft täuschen können und wie Mittelwertbildung, Hysterese und einfache Entscheidungsregeln für stabile Ergebnisse sorgen. Nach und nach erweitern Sie Ihre Projekte um Displays, I²C-Kommunikation und mehrere vernetzte Mikrocontroller. So entstehen verteilte Systeme, in denen Raspberry Pi Pico und ATtiny-Controller Daten austauschen und gemeinsam Aufgaben übernehmen.
Im fortgeschrittenen Teil erhalten Sie einen leicht verständlichen Einstieg in Merkmalsbildung, Datenvorverarbeitung, hybride Entscheidungsmodelle und TinyML-nahe Anwendungen. Dabei verbinden Sie klassische Regelungstechnik mit modernen datenbasierten Methoden.
Alle Projekte werden von ausführlich kommentierten Programmen in C und MicroPython begleitet. Das Buch richtet sich an Einsteiger, Maker, Studierende und alle, die Embedded-Systeme von Grund auf verstehen möchten.
Am Ende können Sie eigene Systeme entwickeln, die nicht nur messen, sondern Informationen auswerten, zuverlässige Entscheidungen treffen und gezielt reagieren.
Voor thuis en op school
Dit boekje is gericht op leerlingen en natuurkunde docenten in het voortgezet onderwijs. Met voorbeelden op verschillende gebieden van de fysica, geeft het aan hoe een populair microprocessor platform als Arduino toegepast kan worden in het natuurkunde practicum. We passen Arduino onder andere toe als nauwkeurig meetinstrument, zodat metingen uitgewerkt kunnen worden in een spread sheet.
Hoewel enige handigheid niet overbodig is, kunnen de beschreven experimenten kunnen ook uitstekend thuis worden uitgevoerd. In dat opzicht wil dit boek met name bij de jeugd de interesse wekken voor de toepassing van microprocessoren. In de hobbysfeer is dat niet alleen een zinvolle tijdsbesteding, maar bovenal interessant en leuk.
Veiligheid staat uiteraard voorop bij het doen van experimenten. Energie, licht en warmte zijn onuitputtelijke bronnen, maar ze kunnen ook gevaar opleveren. Voor dit boek geldt dan ook het motto: Eerst denken, dan doen.
Praktische Anwendungen und Projekte mit Arduino, ESP32 und RP2040
Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Regelungstechnik mit Arduino und ESP32! Dieses Buch bietet Ihnen einen praxisnahen Einstieg in die klassischen und modernen Methoden der Regelung, darunter PID-Regler, Fuzzy-Logik und Sliding-Mode-Regler.
Im ersten Teil lernen Sie die Grundlagen der beliebten Arduino-Controller, wie den Arduino Uno und den ESP32, sowie die Integration von Sensoren für Temperatur- und pH-Messung (NTC, PT100, PT1000, pH-Sensor). Sie erfahren, wie diese Sensoren in verschiedenen Projekten eingesetzt werden und wie Sie Daten auf einem Nextion TFT-Display visualisieren.
Weiter geht es mit der Einführung in Stellglieder wie MOSFET-Schalter, H-Brücken und Solid-State-Relais, die zur Steuerung von Motoren und Aktoren verwendet werden. Sie lernen, Regelstrecken zu analysieren und zu modellieren, einschließlich PT1- und PT2-Regelungen.
Der Schwerpunkt des Buches liegt auf der Implementierung von Fuzzy- und PID-Reglern zur Regelung von Temperatur und DC-Motoren. Dabei werden sowohl der Arduino Uno als auch der ESP32 eingesetzt. Zudem wird der Sliding-Mode-Regler vorgestellt.
Im vorletzten Kapitel erkunden Sie die Grundlagen neuronaler Netze und lernen, wie maschinelles Lernen auf einem Arduino eingesetzt werden kann. Im letzten Kapitel gibt es noch ein praktisches Beispiel für einen Fuzzy-Regler zur Stromeinspeisung ins Hausnetz.
Dieses Buch ist die perfekte Wahl für Ingenieure, Studierende und Elektroniker, die ihre Projekte mit innovativen Regelungstechniken erweitern möchten.
TurtleBot 4 est la nouvelle génération de la plateforme robotique open source la plus populaire au monde pour l'éducation et la recherche, offrant une meilleure puissance de calcul, de meilleurs capteurs et une expérience utilisateur de classe mondiale à un prix abordable. TurtleBot 4 Lite est équipée d'une base mobile iRobot Create3, d'un puissant Raspberry Pi 4 exécutant ROS 2, d'une caméra stéréo spatiale OAK-D AI, d'un LiDAR 2D et de bien d'autres choses encore. Tous les composants ont été intégrés de manière transparente pour offrir une plateforme de développement et d'apprentissage prête à l'emploi. Profitez de la communauté florissante de développeurs ROS open source et commencez à apprendre la robotique dès le premier jour. Spécifications Plate-forme de base iRobot Create 3 Roues (diamètre) 72 mm Garde au sol 4,5 mm Ordinateur de bord Raspberry Pi 4 (4 Go) Vitesse linéaire maximale 0,31 m/s en mode sécurisé0,46 m/s sans mode sécurisé Vitesse angulaire maximale 1,90 rad/s Charge utile maximale 9 kg Temps de fonctionnement 2h 30m - 4h selon la charge Temps de charge 2h 30m Lidar RPLIDAR A1M8 Caméra OAK-D-Lite Alimentation utilisateur VBAT @1.9 A5 V @ faible courant3,3 V @ faible courant Extension USB 2x USB 2.0 (Type A)2x USB 3.0 (Type A) LED programmables Créer 3 anneaux lumineux Boutons et interrupteurs 2x boutons d'utilisateur Create 31x bouton d'alimentation Create3 Batterie 26 Wh Lithium Ion (14,4 V nominal) Station d'accueil Inclus Taille (L x L x H) 342 x 339 x 192 mm Poids 3,3 kg Téléchargements • Manuel de l’utilisateur
1-Wire ist die Bezeichnung für eine serielle Schnittstelle, die mit nur einer Datenader auskommt. Es ist ein Master-Multi-Slave-Kommunikationsprotokoll. Verfügbar sind integrierte Bausteine zur Temperaturmessung, Akkuüberwachung, Echtzeituhr und beispielsweise Hotelschließanlagen. Eine Besonderheit von 1-Wire-Geräten ist die Spannungsversorgung aus der Gegenstation, hierbei erfolgt die Versorgung der Slaves über die Datenleitung.
Der Leser erhält mit „Das 1-Wire-Praxisbuch“ eine umfassende Einführung in die 1-Wire-Technologie. Das Buch zeigt anhand praktischer Projekte zum Nachbauen, wie man verschiedene verfügbare 1-Wire-Chips in eigene Mikrocontroller-gesteuerte Anwendungen integrieren kann, und zwar mit Assembler-Software-Implementierungen für PIC-Mikrocontroller und mit Sketches für den Arduino.
Die 1-Wire-Technik kommt in dem Buch praxisnah bei einem elektronischen Schloss zum Einsatz, das von einem PIC-Mikrocontroller gesteuert wird. Ein weiteres Praxisprojekt erläutert Schritt für Schritt, wie beispielsweise eine ständige Temperaturmessung mit 1-Wire-Bausteinen möglich ist.
This book is about DC electric motors and their use in Arduino and Raspberry Pi Zero W based projects. The book includes many tested and working projects where each project has the following sub-headings:
Title of the project
Description of the project
Block diagram
Circuit diagram
Project assembly
Complete program listing of the project
Full description of the program
The projects in the book cover the standard DC motors, stepper motors, servo motors, and mobile robots. The book is aimed at students, hobbyists, and anyone else interested in developing microcontroller based projects using the Arduino Uno or the Raspberry Pi Zero W.
One of the nice features of this book is that it gives complete projects for remote control of a mobile robot from a mobile phone, using the Arduino Uno as well as the Raspberry Pi Zero W development boards. These projects are developed using Wi-Fi as well as the Bluetooth connectivity with the mobile phone. Readers should be able to move a robot forward, reverse, turn left, or turn right by sending simple commands from a mobile phone. Full program listings of all the projects as well as the detailed program descriptions are given in the book. Users should be able to use the projects as they are presented, or modify them to suit to their own needs.
Cette version améliorée 2.0 (disponible exclusivement chez Elektor) contient les changements suivantes :
Enhanced protective earthing (PE) for furnace chassis
Extra thermal insulation layer around furnace to reduce odors
Connexion à un ordinateur permettant l'édition des courbes sur un PC
Fonctionnalités telles que le contrôle constant de la température et les fonctions de temporisation
Four à refusion à infrarouge T-962 v2.0 est un four de soudure par fusion pour CI contrôlé par microprocesseur. Il peut être utilisé pour souder efficacement divers composants CMS et BGA. L’ensemble du processus de soudure est automatique et très facile à utiliser. Cette machine utilise un rayonnement infrarouge puissant et la circulation du flux d’air chaud, ce qui permet de maintenir une température très précise et uniformément répartie.
Un plaque à fentes est conçu pour contenir la pièce à traiter, et permet d’utiliser des techniques de soudure sûres et de manipuler des CMS, BGA et d’autres petites pièces électroniques montées circuits imprimes. Le T-962 v2.0 peut être utilisé pour la dessoudure afin de rectifier automatiquement les joints de soudure défectueux, pour retirer/remplacer les composants endommagés et pour achever de petits modèles ou prototypes électroniques.
Caractéristiques
Large zone de soudure infrarouge
Surface effective de soudure : 180 x 235 mm ; cela augmente considérablement la plage d’utilisation de ce dispositif et le rend un investissement économique.
Choix de différents cycles de soudure
Les paramètres de huit cycles de soudure sont prédéfinis et l’ensemble du processus peut être achevé automatiquement en commençant par le préchauffage, le trempage et la refusion jusqu’au refroidissement.
Chauffage spécifique et égalisation de la température pour tous les modèles.
Utilise jusqu’à 800 W de chauffage infrarouge économe en énergie et une circulation d’air pour refaire couler la soudure.
Design ergonomique, pratique et facile à utiliser
Une construction de qualité, mais aussi un poids léger et un faible encombrement permettent au T-962 v2.0 d’être facilement positionné sur un établi, transporté ou stocké.
Nombreuses fonctions disponibles
Le T-962 v2.0 peut souder la plupart des petits composants des circuits imprimés, par exemple CHIP, SOP, PLCC, QFP, BGA, etc. Il s’agit de la solution de réparation idéale, allant des simples fabrications à la production de petits lots.
Caractéristiques techniques
Zone de soudure (max.)
180 x 235 mm
Puissance (max.)
800 W
Plage de température
0-280°C
Mode de chauffage
Infrarouge
Temps de traitement
1 à 8 minutes
Alimentation
220 V AC/50 Hz
Écran
LCD avec rétroéclairage
Mode de contrôle
8 courbes de température intelligentes
Dimensions
310 x 290 x 170 mm
Poids
6,2 kg
Inclus
1x T-962 v2.0 Four à refusion (version Elektor)
2x Fusibles
1x Cordon d'alimentation (UE)
Bauen Sie Ihre perfekte Wetterstation oder forschen Sie zusammen mit der ganzen Welt an Umweltdaten. Mit vielen praktischen Projekten für Arduino, Raspberry Pi, NodeMCU, ESP32 und weiteren Developmentboards.
Wetterstationen erfreuen sich seit Jahrzehnten großer Beliebtheit. Ob in aktuellen oder längst eingestellten Elektronik-Magazinen – regelmäßig finden sich Beiträge zum Eigenbau einer Wetterstation. Im Laufe der Jahre wurden diese Systeme immer ausgefeilter und können heute nahtlos in das Smart Home integriert werden. Allerdings erfordert dies oft die Bindung an einen (teuren) Markenhersteller, der sämtliche Komponenten abdeckt.
Mit Ihrer eigenen Wetterstation können Sie jedoch mühelos mithalten – und sogar Messwerte erfassen, die kommerzielle Geräte nicht bieten. Dabei kommt der Spaß nicht zu kurz: Sie erweitern spielerisch Ihr Wissen über Elektronik, moderne Mikrocontroller-Developmentboards und Programmiersprachen. Schon für weniger als zehn Euro können Sie erste Umweltdaten erfassen und Ihr System Schritt für Schritt mit wachsendem Interesse weiter ausbauen.
Aus dem Inhalt:
Wind und Wetter auf der Spur
Wetterdisplay mit OpenWeatherMap und Vakuum-Fluoreszenzanzeige
Flüchtige organische Verbindungen in der Atemluft
Mit MQ-Sensoren arbeiten: Kohlenmonoxid messen – geruchlos aber extrem giftig
CO2-Ampel mit ThingSpeak-IoT-Anbindung
Ein Gießautomat für Ihre Pflanzen
Gutes Raumklima: Temperatur und Luftfeuchtigkeit sind wichtige Kriterien
Schickes Thermometer mit alter Röhrentechnik
Nostalgisches Wetterhäuschen für die ganze Familie
Luftdruck und Temperatur genau messen
Sonnenbrand-Warngerät
DIY-Sensor für die Sonnenscheindauer
Das Smartphone zeigt’s an: Nebel oder klare Sicht?
Erdbeben erkennen
Pegelstände von Gewässern und Behältern
pH-Wert von Gewässern bestimmen
Radioaktive Strahlung erkennen
Mit GPS wissen Sie weltweit, wo ihr Sensor ist
Logdateien mit Zeitstempel auf SD-Karten speichern
LoRaWAN, The Things Network und ThingSpeak
LoRaWAN-Gateway für TTN betreiben
Mega-Display mit Wettervorhersage
Open-Source-Code mit Arduino IDE und PlatformIO
Autonomes Fahren: GPS, Accelerometer, Gyroskop
PS3-Controller
Mikrocontroller wie der Arduino und Einplatinenrechner wie der Raspberry Pi haben sich zu beliebten Komponenten entwickelt. Dritter im Bunde ist der ESP32 der Firma Espressif. Mikrocontroller dieser Baureihe zeichnen sich durch eine Vielzahl implementierter Funktionen aus, die bei einem Arduino konventioneller Prägung mit einem Atmel-AVR-Mikrocontroller erst mit weiterer Hardware möglich sind. Prominentes Beispiel sind hier die WiFi- und Bluetooth-Funktionalitäten. Gegenüber einem Raspberry Pi zeichnen sie sich durch einen deutlich geringeren Preis aus.
Allgemeine Informationen für die Realisierung eines Roboterauto-Projekts mit dem ESP32 sind leicht zu finden. Dabei handelt es sich aber oft nur um Ausführungen zu einem Teilaspekt, ohne inhaltliche oder funktionale Abstimmung. So ist nicht nur die Beschaffung der benötigten Informationen mühselig und zeitaufwändig, sie kann auch außerordentlich fehlerträchtig sein.
Ansatzpunkt dieses Buches ist, diese Lücke zu schließen. Es geht auf verschiedene Möglichkeiten eines Chassis ein, vermittelt nötige Kenntnisse und führt schrittweise von einer einfachen Motorsteuerung zu einem komplexen sensor- und sprachgesteuerten Roboterauto. Hacks rund um GPS und eine PlayStation 3 runden die Sache ab.
Inhalt
Bei der Reihenfolge der Kapitel wurde versucht – beginnend bei der Darstellung von grundlegenden Informationen – über die Lösung einfacher Aufgaben zu etwas anspruchsvolleren Techniken zu führen.
Der Mikrocontroller ESP32
Die Software erstellen
Die Stromversorgung
Rund um die Hardware
Das Chassis
Der Gleichstrommotor
Kabellose Steuerung über WiFi
Mit Sensoren Hindernisse erkennen
Eine eigene Roboterauto-App
Servo und Lichtsensor
GPS
Accelerometer / Gyroskop
PS3-Controller
Roboterauto-App
Hinweis zur Software
Die Dateien haben das Suffix (.cpp). Grund ist die Entwicklung mit PlatformIO. Mit Copy & Paste sollten sie auch in der Arduino-IDE verwendet werden können.
Elektor GREEN and GOLD members can download their digital edition here.
Not a member yet? Click here.
Arduino Portenta Machine Control and Arduino Portenta H7A CAN-to-MQTT Gateway Demo Project
Unboxing the Elektor LCR Meter with David Cuartielles
MicroPython Enters the World of Arduino
Connected Projects, SimplifiedDive Into the Arduino Cloud
Introduction to TinyMLBig Is Not Always Better
Arduino K-Way
Writing Arduino Sketches Just Got Better
Get to Know Arduino
Getting Started with the Portenta X8Manage Software Securely with Containers
Build, Deploy, and Maintain Scalable, Secure ApplicationsWith Arduino Portenta X8 Featuring NXP’s i.MX 8M Mini Applications Processor and EdgeLock SE050 Secure Element
How I Automated My HomeArduino CEO Fabio Violante Shares Solutions
Altair 8800 SimulatorHardware Simulation of a Vintage Computer
MS-DOS on the Portenta H7Run Old-School Software on Contemporary Hardware
Grow It YourselfA Digitally Controlled, Single-Box Solution for Indoor Farming
Save the Planet With Home Automation?MQTT on the Arduino Nano RP2040 Connect
Go Professional with Arduino Pro
Smart Ovens Take a Leap Into the Future
Tagvance Builds Safer Construction Sites with Arduino
Santagostino Breathes Easywith Remote Monitoring that Leverages AI for Predictive Maintenance
Security Flies High with RIoT Secure’s MKR-Based Solution
Open-Source Brings a New Generation of Water Management to the World
SensoDetect Deforestation with Sound Analysis
The Mozzi Arduino Library for Sound SynthesisInsights from Tim Barrass
The New Portenta X8 (with Linux!) and Max Carrier Redefine What’s Possible
How Using Arduino Helps Students Build Future Skills
Must-Haves for Your Electronics Workspace
The Importance of Robotics in Education
Dependable IoT Based Upon LoRa
Unboxing the Portenta Machine Control
8-Bit Gaming with Arduboy
Reducing Water Usage at Horseback Riding TracksAn IoT to Constantly Monitor Soil Humidity and Temperature Levels
The Panettone ProjectA sourdough starter management and maintenance system
Supporting Arduino Resellers
Space Invaders with Arduino
Art with ArduinoInspiring Insights from Artists and Designers
Arduino Product Catalogue
The Future of Arduino
Der Arduino Uno ist ein Open-Source-Mikrocontroller-Entwicklungssystem, das Hardware, eine integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) und eine Vielzahl von Bibliotheken umfasst. Es wird von einer riesigen Gemeinschaft von Programmierern, Elektronikern, Enthusiasten und Akademikern unterstützt. Insbesondere die Bibliotheken erleichtern die Programmierarbeit und reduzieren die Entwicklungszeiten, da sie das Erstellen von Programmen erheblich erleichtern.
Der Raspberry Pi 4 kann in vielen Projekten wie Audio- und Videoanwendungen, aber auch in Industriesteuerungen, Robotik, Spielen usw. eingesetzt werden. Dazu bietet er auch WiFi- und Bluetooth-Fähigkeiten, wodurch er sich zudem hervorragend für internetbasierte Steuerungs- und Überwachungsanwendungen eignet.
In diesem Buch werden sowohl der Raspberry Pi 4 als auch der Arduino Uno in PID-basierten automatischen Steuerungsanwendungen eingesetzt. Nach einer grundlegenden Theorie der Regelsysteme werden funktionierende und getestete Projekte zur Steuerung realer Systeme mit PID-Reglern vorgestellt. Die Open-Loop-Eigenschaften, die Abstimmung der PID-Parameter und das Closed-Loop-Zeitverhalten der Systeme werden zusammen mit Blockdiagrammen, Schaltplänen und PID-Regelalgorithmen ausführlich diskutiert.
Vollständige Programme für den Raspberry Pi und den Arduino Uno runden die im Buch vorgestellten Projekte ab. Die Regelsysteme können problemlos auch auf andere Projekte angewendet werden und die für den Raspberry Pi 4 angegebenen Programme sollten auch mit anderen Modellen der Raspberry Pi-Familie reibungslos funktionieren.
Das Buch behandelt folgende Themen:
Steuer- und Regelsysteme
Analoge und digitale Sensoren
Übertragungsfunktionen und zeitkontinuierliche Systeme
Systemantwortfunktionen erster und zweiter Ordnung
Zeitdiskrete digitale Systeme
Zeitkontinuierliche PID-Regler
Zeitdiskrete PID-Regler
Zweipunkt-Temperaturregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
PID-basierte Temperaturregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
Motorsteuerung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
Wasserstandsregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
PID-basierte LED-Helligkeitsregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
