Tbno KenvnvrN, Krrvruo KnnvrNnu gl Vrrrr Verroranr

Se construim SenzoriProiecte qi experimente pentru a misura lumea

cu plicile Arduino Ei Raspberry Pi

M.A.S.T, zorT

Cuprins

Prefali

l. Raspberry Pi...............

Raspberry Pi de la zerola prima bootare.....................

Extrageli NOOBS*Conecta[i cabluri]e .......

Boota$ gi instala$ Raspbian.......

Depanarea instalirii defectuoase a Raspberry Pi...................

Familiarizati-vi cu Linux ..

Interfala liniei de comandi este peste tot, intotdeauna........................

Privili in jur.Figiere de text pentru configurare..sudo Fi-mi un sandwich ....;!..................

Conectarea pd.rlii electronice la pinii Raspberry Pi..............

Bun r-enit, GPIO, clipegte dil LEDConslruirea circuitului ....

Doui sisteme de numerotare: scopul gi localia.......Controlul pinilor GPIO din CLI ................Scrierea in figiere {IrI editor....Aprinderea LED-ului......Depanarea

GPIO fire root...............

Depanarea GPIO............

GPIO iD Prthon..-.......Hello Python .,..r.....i..;..........r

11

2l22

23

23

24

26

28

29

30

30

31

JJ

34

36

36

38

39

40

4l43

46

46

46

50

Modul de instalare primar al Arduino.... 52

Lrbuntu Linux............ 52

Windows 7 qi Windows 8..................... 53

os x............. s4

Anatomia unui program Arduino........ ............................Plicile shield conferi simplitate gi robustele..

3. Distanfa. ssExperimenL Misura{i distan{a cu sunetul ultrasonic (PING) 60

Codul Ping gi conexiunile pentru Arduino .................... 6LCodul Ping gi conexiunile pentru Raspberry pi 64

Senzorul ultrasonic HC-SR04...... 67Codul HC-SR04 gi conexiunea pentru Arduino........ 67Codul HC-SR04 9i conexiunile pentru Raspberry pi .... 69Explicarea calcullrii ecoului.......... 7lExperiment de mediu: Obiecte invizibile....... Z3

Experiment Detectarea obstacolelor cu infraroqii(Senzorul de distanta IR) z4Codul intrerupitorului cu infrarogii IR qi conexiunile pentru Arduino... 75Codul intrerupitorului cu infrarogii IR qi conoriunile pentru RaspberryprTT

Experiment de mediu: Cum si vedem infiaroqiile ZgExperiment Urmirili migcarea cu infrarogii (Ochiul compus IR) .......... g0

Codul ochiului compus gi conexiunea pentru Arduino........ 8lCodul ochiului compus gi conexiunile pentru Raspberry pi g4

Instalarea SpiDev.......... gg

Circuite alternative pentru Raspberry Pi ........................ 89Proiect-test: Alarma de pozifie corporal[ (Arduino) 90

Ce vefi invl[a........... 91

Beeper-ul piezoelectric 9lAlarmi, alarmi!......-.. 93Combinarea unui senzor piezoelectric cu unul IR.................. 94Ambalarea lntregului ansamblu intr-un pachet aspectuos...... 9Z

4. Fumul qi gazele...... ............. 100Experiment: detectarea fumului (senzorul analogic de gaze)................... 101

Codul MQ-2 gi conexiunea pentru Arduino....... ........... 102

Codul MQ-2 gi conexiunea pentru Raspberry Pi .......... 104Experiment de mediu: Fumul se duce in sus............. ..... 106Experiment Alcoolmetrul (Senzorul de alcool Me-303A)................ I 07Experiment de mediu: Incercalil frri si beg... ............. t i t

Proiect-test transmiterea alarmei de fum prin email..... ..... 112

Cevefiinvita........... ............. lt2Python pentru email gi mediile de socializare ................ 112

4

56

57

Construcfia .... 113

Cum funclioneazi e-mail-ul?................. ... 113

Poate Arduino si trimitl emailuri? Mai greu. ............... 114

Codul pentru Raspberry Pi ........................ 115

Ambalare..... ... 118

5. Comenzi rrtoucH'....... ........ lz3Experiment butonul......... ......... 123

Rezistenla de ridicare.... ....... 125

Codul gi conexiunea pentru Arduino........ ...................... 125

Ccrlul si coneriunea pentru Raspberry Pi................... ... L27

::r;rer"ment -\licro-intrerupitorul............. ..... 129

Codul micro-intrerupitorului qi conexiunea pentru Arduino ........... 1 30

Codul micro-intrerupitorului gi conexiunea pentru Raspberry Pi.... 132

Erperiment Potenfiometrul (Rezistenla variabill, PoQ ............................ 134

Codul potenliometrului qi conexiunea pentru Arduino...................... 136

Codul potenliometrului 9i conexiunea pentru Raspberry Pi .............. 137

Erperiment detectarea atingerii frri contact (senzorul de contact: :apacitivQTll3) .................. 139

Coful QTI l3 ;i conexiunea pentru Arduino ................ 140

Codd qTl 13 9i conexiunea pentru Raspberry Pi ......... 142Experiment de mediu: Detectarea atingerii prin lemn..... ... 143

Experiment Detectarea presiunii (FlexiForce) .................... 145

Codul Flexilorce gi conexiunea pentru Arduino ................................. 145

Codul Flexilorce gi conexiunea pentru Raspberry Pi.......................... 147

Experiment Construifi singur un senzor de contact.... ...... 149Codul senzorului capacitiv gi conexiunea pentru Raspberry Pi......... 150

PrG1 de tc*are Soneria ma$cA...-..... ......... 152CrEtiiEr4e-.-.-.-.. ............. 153

Serrcmotoarcl€ ..................... 153

Codul rcneriei magice gi conexiunea pentru Arduino........................ 159

Ata$area servomotorului la sonerie. ...............,................ 161

6. Ltigcarea ......... 163Erperiment Cum se ajunge sus? (senzorul cu bili) ............ 163

Codul senzorului de inclinafie gi conexiunea pentru Arduino........... 164Codul senzorului de inclinafie gi conexiunea pentru Raspberry Pi... 165

Experiment Vibralii pozitive cu Interrupt (intrerupere de program)(senzorul digital de vibra!ii)......... .................... 166

Codul senzorului de vibralii qi conexiunea pentru Arduino .............. 167Codul senzorului de vibralii qi conexiunea pentru Raspberry pi....... 169

Experiment: Rotili butonuI..................... ......... l7lCodifi catorul rotativ qi conexiunea pentru Arduino........ .................... 17 2Codul codificatorului rotativ gi conexiunea pentru Raspberry pi ...... 174

Experiment: )oystickul analogic (]oystick analogic cu doui axe)............. 176Codul joystick-ului gi conexiunea pentru Arduino........ ...................... 172Codul joystick-ului gi conexiunea pentru Raspberry pi................... ... 179

Experiment de mediu: pirli recuperate dintr-un controler pentruconsola Xbox............. .................. 181Experiment: Alarma antifurt! (Senzorul pasiv cu infrarogii).................... 182

Codul alarmei antifurt gi conexiunea pentru Arduino........................ 183

Codul alarmei antifurt si conexiunea pentru Raspberry Pi................ 185

Experiment de mediu: ingelarea alarmei ........................ 187Proiect de testare: Pong.............. ....................... 190

Ce veli invila ........... ..........._. l9ZIdei de ambalare pentru Pong.............. ...... Lg6

Pornirea automati a jocului cind Raspberry Pi bootea2e................... 200Rulafi jocul pe Login (logare)...............:................ ........... 200Logarea automati...... ......._... ZOI

7. Lumina......................... ......... 204Experiment: Detectarea flicirii (Senzorul de flaciri)..... .... 204

Codul senzorului de flacird,gi conexiunea pentru Arduino ............... 205Codul senzorului de flaclri si conexiunea pentru Raspberry Pi........ 207

Experiment de mediu: Precizia flicirii........... ....................... 209Experiment: Vedeli lumina (Fotorezistorul, LDR) .............. 210

Codul LDR gi conexiunea pentru Arduino .................... 210Codul LDR gi conexiunea pentru Raspberry Pi ............. 212

Experiment de mediu: O direc!ie..... ............... 214Experiment: Urmirifi 1inia............... ................ 215

Codul senzorului de linie gi conexiunea pentru Arduino ................... 216Codul senzorului de linie qi conexiunea pentru Raspberry Pi............ 218

Experiment de mediu: Negrul este alb ........... 219Experiment: Toate culorile curcubeului.. ....... ZZL

Codul senzorului de culoare gi conexiunea pentru Arduino....... ....... 2Zz

6

Codul senzorului de culoare qi conexiunea pentru Raspberry Pi...... 225

Proiect-test: Domul cameleonic... ............. 228

Ce veli inv[!a........... ............. 228

LED-ul RG8.............. ............ 229

Trecerea gradati de la input la output (easing) .............. 235

Combinarea codurilor...... ... 236

Idei utile la construirea Domului....... ....... 242

8. Accelerafia ................... ....... 246

Acceleralie vs. vitezi unghiulari ..................... 246

Lrperiment Accelerali cu MX2125.. .............. 247

Decodarea lungimii impulsului lalvlX2l25 ................... 248

Codul {*rometrului gi conexiunea pentru Arduino ...................... 25 ICodul accelerometrului gi conexiunea pentru Raspberry Pi.............. 252

Eryeriment Accelerometru gi giroscop impreuni..... ......... 254

Codul MPU 6050 gi conexiunea pentru Arduino................................. 256

Codul MPU 6050 gi conedunea pentru Raspberry Pi......................... 263

Sistemul de calcul hexazecimal, binar gi alte sisteme de ca1cu1........... 268

Operalii cu biti............ .......... 271

:-Er6-.:DeeL Adaptarea unui Wii Nunchuk (cu I2C) .......... 276

Cor&rl NuDchuk gi conexiunea pentru Arduino ............ 277

Codil Nunchuk gi conexiunea pentru Raspberry Pi ..... 281Proiect-tesL mini de robot controlati de Wii Nunchuk........................... 283

Ce veli invl[a........... ............. 284Adiugarea mecanicii miinii........... ........... 288

g.Identitefea ..... 291laxer.r:-a ......,.,..,.., 292

Cr{h:. "c:nrd ii conectarea la Arduino... ..............,..... 293

Qs1fui trcrnrrii 5i cooxiunea pentru Raspberry Pi............................ 296frycrirrpnt & mediu: D€adluirca amprentelor. ................ 299Scannerul de amprente GT-51 1C3.... .............. 300

C.odul senzorului de amprente qi conexiunea pentru Arduino Mega 302Codul senzorului de amprente qi conexiunea la Raspberry Pi............ 309

RFID cu elementul constructiv electronic ELB149C5M ..... 314Codul R-FID qi conexiunea pentru Arduino Mega............................... 316

Codul RIFD Ei conexiunea pentru Raspberry Pi ........... 319

Prrirt-test Cuflr vechi din viitor...... ............ 322

Ce vefi invifa........... .........-... 3ZzModul de funclionare a cufrrului... .......... 322Cuftru1......... ... 323Codul cufirului vechi gi conexiunea pentru Arduino ... 325

Cine sau ce este? ......................... 331

10. Electricitatea gi magrctismul .....-...... 332Experiment Tensiunea 9i curenhrl.... .............. 332

Codul AttoPilot qi conexiunea pentru Arduino........ ..... 334Codul AttoPilot gi conexiunea pentru Raspberry pi ..... 336

Experiment Este magnetic?................... .......... 339Codul senzorului cu efect Hall qi conexiunea pentru Arduino.......... 339Codul senzorului cu efectul Hall gi conexiunea pentru Raspb erry pi 340

Experiment Nordul magnetic cu busola-accelerometru ISM303 ........... 342

Codul LSM303 qi conexiunea pentru Arduino..................................... 344Codul LSM qi conexiunea pentm Raspberry Pi ............. 350Protocolul LSM303 .............. 355Calculul heading-ului (cap-compasului) busotei. .......... 355

Experiment intrerupltorul Ha11............... ...... 358Codul intrerupitorului Hall gi conexiunea pentru Arduino............... 358lntrerupitorul Hall Ei conexiunea pentru Raspberry Pi................... ... 36A

Proiect test: Monitor pentru celuli solarl. ..... 361

Ce ve{i invi[a ........... ............. 362

Conectarea celulelor so1are............ --........-. 362Transformarea plicii Raspberry Pi intr-un server de Internet......... ... 363Gisirea a&esei IP....-.............. -..........-....-.-.. 365

Realizarea propriei pagini de start pe Raspberry Pi ...... 365Codul monitorului panoului solar gi conexiunea pentru RaspberryPi 366

11. Sunetul .-.-._...---_. 371Experiment Auzim vocilnivelul volumului ......................-.- 371

Codul de prototipare al microfonului qi conexiunea pentru Arduino 372

Codul de prototipare al microfonului qi conexiunea pentru Raspberry Pr 373Experiment Auzifi clderea unui ac? .............. 374Proiect 1ss1; \t2tralizali sunetul prin HDMI.. ....................... 375

8

Ce vefi invl!a........... ............. 376

Activarea portului serial in Raspberry Pi................... ..... 376

Codul vizualizatorului gi conexiunea pentru Raspberry Pi................. 377

Transformarea rapidi Fourier......... .......... 380

Ce urmeazi? ......... 382

12. Vremea gi c1ima........ ........ 383

Experiment: Este cald in cameri? ................... 383

Codul LM35 gi conexiunea pentru Arduino .................. 384

Codul LM35 gi conexiunea pentru Raspberry Pi .......... 385

Lrperiment de mediu: Schimbarea temperaturii. ................ 387

E:+,eriment -{,erul este umed aici? ................. 388

Ci & um€di €ste respira$a dumneavoastri?...................................... 389

Co&l DHTI I gi conexiunea pentru Arduino....... ........ 389

Codul DHTI l 9i conexiunea pentru Raspberry Pi................... ............ 392Yorbind cu Arduino de pe Raspberry. Pi............. ............ 394

GY65 pentm presiunea atrnosferici.. ............. 396Codul GY65 gi conexiunea pentru Arduino.....................-........-...-.-..... 397

Folosirea bibliotecilor Arduino ................. 399E-q*icarea bibliotecii Arduino GY65............. ........................ 399

C{drr! GY6i ;i conexiunea pentru Raspberry Pi.................................. 405frycrtltrt.g- p[s6 drrmneavoastri trebuie udatl? (Construili un senzorde umkliate a solului) ............,.. 408

Codrl senzorului de umiditate a solului qi conexiunea pentru Arduino ..... 409Codul senzorului de umiditate a solului qi conexiunea pentruRaspberry Pi................... ....... 410

Proiect test Prognoza meteo cu hirtie electronici..................................... 4lZCe vefi invi!a........... ............. 413Codul prognozei meteo gi conexiunea pentru Arduino ...................... 4L3

irycrl at & meditr gi1s, 6ami, nu-i nimic in prizi! ........................... 422Sto---"ce in filierele de preambul ........................ 422

Progxamul de couversie BMP la C.................... ............... 424Idei de ambalare....... ................... 426

Apendix A. Scurti referire la Raspberry Pi Linux...... .................... 428

Raspbery, Pi

Vi recomandnm sn incepe[i cu Raspberry Pi Model B, care include

conectarea la Ethernet gi destule porturi USB pentru un mouse 9i o

tastaturi. Asdel, este mult mai uqor pentru tnceput.

f :igurc I l. Conexiuni perifence Raspberry Pi

Daci nu cumpirafi Raspberry Pi ca parte a unui kit, probabil ci nu

va avea o carcas4 dar putetr pune placa ca atare pentru impresia de

cxpert in calculatoare.

Sau, daci ave{i acces la o imprimanti 3D CNC sau la un cutter cu

loser, put4i face singur o carcasi, alegind din numeroasele exemple de

pe lr t tp:/hv-ww.thingiverse,com-

Un card de memorie 4 GB SD este suficient de mare Pentru sistemul

de operare. Un card de dimensiuni mai mari poate fi mai pu[in predispus

h uzurl in timp (mai mult spa]iu de stocare de alocat pentru prelungirea

memoriei), aga c6, daci ave[i un card de 8 GB sau mai mare, este chiar

mai bine.

I

2t

Raspberry Pi poate comanda un afiqaj complet high-def gi

chiar si trimiti sunete prin HDMI. Un televizor HD va putea,sigur, si func{ioneze foarte bine ca afiqaj pentru Pi.

Daci avefi la dispozi(ie o tastaturi qi un mouse, vi va veni multuqor si incepefi. Raspberry Pi Model B are exact doui porturisuficiente pentru mouse qi tastaturi.

Dacd vre{i sd addugali un adaptor USB WLAN, aveli nevoie de

terminal U SB in funcfiune. Vezi http : / / elinux. org/ RPI -U SB _Wi - FiAdapters pentru lista de adaptoare WiFi din Pi-ul dudhnd dublu-clic pe icoana WiFi Config de pe Desktop dupd ce

sistemul de operare ;i boota{i la mediul grafc de pe desktop.

Toate cablurile 'tastaturamouse-ul gi afrqajul poa, costa maimult decit doui Raspberry Pi.Daci nu avefi 'deja toate acestepiese pe undeva, pline de praf,atunci este cam mult pentru uncomputer minuscul. Dat chiar

$i a$a, se econornisegte timp (gi

bani!) la instalarea unui mediu delucru confortabil. Mai tirziu, cindproiectul ajunge si funcfioneze,puteti reduce sistemul la pdrlile

Raspberry Pi de lazerolaAcest capitol vi va invifa cum si pornifi 9i si rulafi rapid

Pi. Primul lucru pe care trebuie si-l faceli este s[ instalafi programLinux pe Raspberry Pi. Pentru aceasta, trebuie si urmali urmltorii

. Descircati qi extrage[i setup-ul de instalare pe un card SD formatat.

. Inserati cardul ln Raspberry Pi gi conectafi-l la o tastaturi,mouse gi un monitor.

. Porniti-I, alegeli ce trebuie sI instalafi gi agteptafi.Dupi ce se finalizeazi aceqti paqi, suntefi gata sI accesati Pi-ul pe

desktop setat grafic pentru Linux.

22

strict necesare. Dupi clrm se

spune, Raspterry Pi este singurulcomputer de 35 $ care costl o sutide dolari.

Daci decideli s[ interacfionalicu Raspberry Pi prin SSH sauVNCln refea, nu aveli nevoie dectt siconectali releaua 9i electricitatea qi

nu veli mai avea nevoie de tastaturl,mouse sau monitor decit in timpulinstalirii ini[iale.

bootare

Ve[i avea nevoie de urmitoarele pirfi:. Raspberry Pi Model B. Cablu micro USB qi incircitor USB (sau computer). Card SD de 4GB. Afiqaj cu port HDMI. Cablu HDMI. Mouse USB. Thstaturi USB

Extragefi NOOBS*l)ownloadafi NooBS-vx-Y-z.zip ( incepand cu aceasti formuli,

numele figlerului pani si citili acest lucru ) de pe link-ul http:llnrspherrypi.org/downloads.

l)e asemenea, puteti gdsi toate link-urile necesare aici http://botbook.com, care se potrivesc cu arhivele fisierelor cu con{inut similar.

Inserafi cardul SD in calcu]ator. Majoritatea carduriror SD sunt infirrmat FAT32 din fabricatie, deci vefi intimpina probleme de spa{iu pecrrd numai daci l-a{i formatat singuri cu un alt iip de format de baia.Dup[ ce dezarhivafi arhiva, asigura{i-vi cd fisierulbootcode.bin este indlrectorul de baza al cardului SD.

Dacd-ave{i nevaie sd formatafi cardul sD, folosi{i metoda prezentatdpe (https://www.sdcard.org/downloads/formatter_aD de cdtre SDAssociation.

In versiunile moderne ale Linux, windows sau Mac puteti accesaNooBS.zip doar ddnd dublu-clic sau clic-dreapta si dezarhivare. pentruversiunile vechi ale windows-ului, pute[i instala zzip (http://www.7-zlp.org),pentru a dezarhiva arhivele zip.

Conectarea cablurilorconectarea cablurilor este ugoari, pentru ci fibcare cablu se potrivegte

doar in orificiul destinat lui. conectili mouse-ul gi tastatura in poriulUff a_t-laspberry Pi. Daci folosifi un monitor HDMI, .orr..t-u1i ,r,csblu HDMI intre monitor gi Raspberry pi. Daci forosi{i un monitorN'rsc sau PAL, folosifi un cablu video compozit pentru a conecta figa6rtlben[ a Raspberry Pi la monitor.

23

in continuare, conectafi cablul micro USB la Raspberry pena alimenta cu energie. Introduce(i cablul fie intr-un port USBcomputerului, fie la un incircitor USB de 5 vol$ care asiguri cel700 mA.

Bootarea si instalarea RaspbianImediat ce conectafi la energie Raspberry Pi, acesta se booteazi.

este nevoie de niciun intrerupitor.

Dacii rut dpdre nimic pe ecran, poate cd yrt trebui sd selecta{i modulie;ire adecvat pentru Raspberry Pi. A4odul implicit de ieSire este HI)MIdar rlaca sunte{i conecta{i prin HDM.I Si nu vede{i nitnic, apttsa{i 2tastatura conectata la Raspberrl, Fipetttru a selecta Modul HDMI dSiguran{d. Daca sunteti conecta{i prin conectorul compozit (galbenapdsdfi tasta j pentru un monitor sau televizor PAL, sau tflsta 4 pentrwt monitor snu televizor NTSC.

Vef fi intimpinat printr-un meniu grafic cu diferite sistemeoperare precum qi limba Ei tipul de tastaturi. Selectafi ,,

[RECOMANDAT]" (Figura l-2) 9i selecta{i limba qi tipul depe c:re le vefi utiliza.

I h{ur 06 \ '| GfiE hsrD ft,

AIrilr

np

Otlctlil l-(:

{rsc {j$

Figura 7-2. Alegerea unui sistem de operare

Daci gti{i Ebian, Mint sau [fbuntu, vi veti simti indumneavoastri cu alegerea frcuti; daci nu, citi{i mai departe gi o sisimfifi la fel de confortabil! Raspbian se instaleazi in doar citeva minute

24

(lrigura 1-3). Dupn incheierea instal[rii, ea va anunla c6' a instalat

oistemul de operare cu succes. Apisafi Enter sau OK pentru re-bootare.

f rigura l-3. Raspbian se instaleazi.

Se deschide utilitatea de configurare a Raspberry Pi. Folosi(i sigefileqi Tab pentru a naviga gi apisafi Enter/Return pentru a selecta o opfiune,sqa cum se aratl in Figura 1-4.

Bunvenit ln Raspberry Pi

Acum setlm cardul SD dar nuvI ingrijorafi, ve{i putea incepe siprogramafi in scurt timp

Yrtd.iq *drJr lir $D rard

Hlr%:* UB *r 1l:l l,lli q'*leJ! l{ { t'l$J*.j

I tgurrr I .1. Schimbareaparolei.

25

Va trebui si validafi opfiunea Boot pe Desktop. Dupi ce termina{ischimbarea setirilor, folosifi Tab pentru a selecta Finish gi reboota{iatunci cind vi se cere.

Dupi ce Raspberry Pi s-a rebootat, va rula pe un desktop deja setatgrafic ai va porni automat.

Daci ali ales si nu permiteli bootarea automati pe desktop, veliporni de fiecare data cu interfafa de comandi principali. Logafi-vi ca

,,raspberry'' folosind parola .pi" ( daci nu afi schimbat-o). Dupi ce vilogafi , scrieli startn in bara de start a sistemului Windows.

fltra@

I

,,|1

'$

I#*.

(Figura l-5) Bine ali venit pe Linux! Beneficia{i de Raspbian pe Raspberry Pi

Pentru a inchide Raspberry Pi, dasi dublu-clic pe icani{a ,,Shut down'depe desktop. Dupd finalizarea Procesului de inchidere a sistemului,trebuie sd deconectali aparatul de la sursa de curent.

Depanarea instalirii defectuoase a Raspberry PiIati citeva solufii pentru problemele des intilnite:

Este cardul SDformatat in FAT32?Daci avefi probleme cu bootarea de pe cardul SD , este posibil sd nu

fie formatat corect.- p" ii""", fAorili editorul debazirpentru partifionare (scriefi sudogparted pentru a il porni).Formatafi intregul hard in FAL Puteli folosiun alt instrument impreuni cu comanda sudo pal impsest (sau sudo

26