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2021 | Book

Sensornetzwerke in Theorie und Praxis

Embedded Systems-Projekte erfolgreich realisieren

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About this book

Das Buch bildet eine wichtige Grundlage für das Verständnis des Internet of Things, indem es einen Einblick in gängige Vernetzungsprotokolle aus der Mikrocontrollerwelt bietet und wichtige Sensoren und andere Bausteine, sowie deren Einsatz und Programmierung vorstellt. Alle gezeigten Konzepte werden durch praktische Schaltungs- und Programmierbeispiele aus den langjährigen Erfahrungen der Autoren illustriert. Daneben stehen den Lesern offene Bibliotheken für die Ansteuerung der im Buch präsentierten Bauteile auf der Verlagshomepage zum Herunterladen bereit. Die zweite Auflage beinhaltet einige neue Bausteine, insbesondere im Bereich der Netzwerke, eine ausführlichere Beschreibung der Funktionsprinzipien einiger Sensoren sowie weitere Tipps und Tricks zum Programmieren.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Eine kurze Übersicht, was in diesem Buch zu finden und wie es zu benutzen ist.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 2. Einführung in die Programmiersprache C
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird ein kurzer Überblick über die Programmiersprache C gegeben, soweit es zum Verständnis des weiteren Buchs und insbesondere der Programmierbeispiele notwendig ist.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 3. Programmierung von AVR Mikrocontrollern
Zusammenfassung
Das Kapitel beschreibt die wichtigsten Peripherieelemente der AVR-Familie, also grundsätzlichen Funktionen, mit denen ein Mikrocontroller der AVR-Familie mit der Außenwelt kommuniziert. Beschrieben wird der Aufbau von Peripherieschaltungen, die sich natürlich auch auf andere Vertreter der AVR-Familie oder andere Mikrocontrollerfamilien anwenden lassen. Interrupts, Digitale Ein- und Ausgänge, AD-Wandler, Timer, PWM, der EEPROM-Speicher und Methoden des Power Managements sind die wichtigsten Themen des Kapitels. Die ihnen zugrundeliegenden Ideen sind auch auf andere Prozessoren übertragbar.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 4. Software Framework
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die grundsätzliche Architektur eines Messsystems vorgestellt, insbesondere die Hardware-Abstraktion.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 5. Speicherkonzepte und Algorithmen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden grundsätzliche Algorithmen wie Warteschlange, FIFO und Zustandsautomat eingeführt, die in vielen Sensorprojekten notwendig sind.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 6. Theoretische Überlegungen zu IoT Netzwerken
Zusammenfassung
Das Kapitel enthält Informationen zum ISO/OSI-Schichtenmodell und weiterhin zu Codierung, Physical Layer, Leitungen, Transceiver, Sicherheit, Topologien, Synchronisation, MAC, Medienzugriff, sowie zu Protokollen der höheren Schichten.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 7. Asynchrone serielle Schnittstellen
Zusammenfassung
Dieses Kapitel beschreibt die asynchrone Schnittstelle der AVR Familie sowie das Prinzip der UART im Allgemeinen.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 8. Serial Peripheral Interface (SPI)
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die SPI Schnittstelle der AVR-Familie beschrieben.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 9. Die I2C/TWI-Schnittstelle
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die I2C/TWI-Schnittstelle beschrieben
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 10. CAN Bus
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird der CAN Bus erklärt und eine Bibliotheksimplementierung vorgestellt.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 11. Der Modbus
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden einige Aspekte zum Modbus beschrieben, der als industrieller Feldbus weite Verbreitung gefunden hat.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 12. Eindrahtbussysteme
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden weitere Eindrahtbussysteme beschrieben, die für Sensornetzwerke genutzt werden können.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 13. Drahtlose Netzwerke
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden drahtlose Netzwerke, insbesondere im Bereich der ISM-Bänder um 433 MHz und 868 MHz, sowie im ISM-Band 2,4 GHz beschrieben. Hierfür existieren zahllose Bausteine, von einigen ausgewählten wird der Einsatz hier erklärt
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 14. Sensortechnik Systemtechnische Überlegungen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden einige systemtechnische Begriffe geklärt, wie Abtastung, Quantisierung, digitale Filter. Außerdem gibt es einige softwaretechnische Tricks zur Abstraktion der Hardware-Pins und zur Verwendung von Integer-Arithmetik.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 15. Umweltsensoren
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden vier digitale Umweltsensoren vorgestellt, ein digitaler Luftdruckmesser mit Temperaturmessung, ein Luftfeuchtigkeitsmesser mit Temperaturmessung, ein Temperatursensor und ein Feinstaubsensor.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 16. Beschleunigungssensoren
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden zwei lineare mikromechanische Beschleunigungssensoren für unterschiedliche Wertebereiche vorgestellt.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 17. Drehratensensoren
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird der Drehratensensor L3GD20 beschrieben.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 18. Magnetfeldsensoren
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird der Magnetfeldsensor HMC5883 vorgestellt.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 19. Näherungssensoren
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden ein Ultraschallsensor und ein optischer Näherungssensor vorgestellt.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 20. Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandler
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden DA- und AD-Wandlerbausteine beschrieben.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 21. Serielle EEPROMs
Zusammenfassung
Kapitel 21 widmet sich den seriellen EEPROMs, die mit I2C oder SPI angesteuert werden.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 22. Serielle Flash-Speicher
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden zwei typische Flashspeicher mit serieller Kommunikation beschrieben.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 23. Bausteine für die Audiotechnik
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden zwei Bausteine beschrieben, die zusammen ein Radio mit Verstärker bilden. Beide werden über I2C angesteuert.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 24. Vernetzbare integrierte Schaltkreise
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden einige vernetzbare ICs vorgestellt: Ein Port-Expander, ein digitaler Regelwiderstand und eine Echtzeituhr.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 25. Anzeigen
Zusammenfassung
Das Kapitel gibt eine Einführung in die Anzeigetechnik und stellt eine Familie von graphischen und textuellen Displays vor, die sich ohne Aufwand in die Umgebung eines AVR-Controllers integrieren lassen.
Ansgar Meroth, Petre Sora
Kapitel 26. Beispielprojekte
Zusammenfassung
Das Kapitel beschreibt zwei Beispielprojekte, die auf dem Wissen im Buch aufbauen.
Ansgar Meroth, Petre Sora
27. Erratum zu: Sensornetzwerke in Theorie und Praxis
Ansgar Meroth, Petre Sora
Backmatter
Metadata
Title
Sensornetzwerke in Theorie und Praxis
Authors
Ansgar Meroth
Dipl.-Ing. Petre Sora
Copyright Year
2021
Electronic ISBN
978-3-658-31709-6
Print ISBN
978-3-658-31708-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-31709-6