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- Herausgeber: MITP
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Serie: mitp Professional
- Sprache: Deutsch
Ein Do-It-Yourself-Guide für Einsteiger
- Zahlreiche Projekte mit Sensoren, Fernsteuerungen, Motoren und Arduino
- Setzen Sie Ihre Elektronik-Ideen direkt in die Tat um
- Verschiedene Projekte mit dem Arduino-Mikrocontroller
Alle Projekte sind mit zahlreichen farbigen Abbildungen, Fotos und Diagrammen illustriert.
Wer braucht schon einen Abschluss als Elektroingenieur, um mit elektronischen Geräten zu basteln, sie umzubauen oder zu modifizieren? In verständlichen Anleitungen und ohne unnötigen theoretischen Ballast wird in diesem grundlegenden und praxisnahen Buch erläutert, wie Sie schnell und einfach elektronische Geräte auseinandernehmen, neu verdrahten, umbauen, oder für andere Zwecke nutzen.
Sie finden in diesem Buch zahlreiche leicht nachvollziehbare und spannende Projekte. Dabei kommen Sensoren, Beschleunigungsmesser, Fernsteuerungen, Ultraschallentfernungsmesser, Motoren, Audiogeräte, Mikrofone und UKW-Sender zum Einsatz. Ein ausführliches Kapitel zeigt außerdem verschiedene Projekte mit dem Arduino-Mikrocontroller. Das abschließende Kapitel beschreibt den korrekten Umgang mit den Werkzeugen des Elektronikers und preiswerte oder kostenlose Elektronik-Software.
- Einführung ins Verlöten von Drähten und Bauteilen
- Erklärung elektronischer Bauteile und Lesen von Schaltplänen
- Grundlagen zu Strom, Widerstand und Spannung
- Verwendung von Transistoren, LEDs und Laserdioden-Modulen
- Stromversorgung durch Netzteile, Batterien, Akkus oder Solarzellen
- Einsatz des Arduino-Mikrocontrollers und vorgefertigter Module
- Verwendung von Sensoren zum Messen von Beschleunigung, Helligkeit usw.
- Audioverstärker, Mikrofone und UKW-Sender bauen oder modifizieren
- Reparatur und Ausschlachten elektronischer Geräte
- Detektor für Methangas
- Ein via Internet gesteuertes elektronisches Spielzeug
- Farbmessgerät
- Ultraschallentfernungsmesser
- Ein ferngesteuertes Roboterfahrzeug
- »Eierlaufen« auf Beschleunigungsmessung beruhend
- Ein 1-Watt-Audioverstärker
- Abhörwanze, gebaut aus einem gehackten MP3-UKW-Minisender
- Bremslichter und Scheinwerfer für Modellautos
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Seitenzahl: 297
Veröffentlichungsjahr: 2013
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Ähnliche
Elektronik-Hacks
Ein Do-It-Yourself-Guide für Einsteiger
Zahlreiche Projekte mit Sensoren, Fernsteuerungen, Motoren und Arduino
Simon Monk
Übersetzung aus dem Englischen von Knut Lorenzen
Impressum
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.d-nb.de> abrufbar.
ISBN 978-3-8266-9552-0
1. Auflage 2014
www.mitp.de
E-Mail: [email protected]
Telefon: +49 6221 / 489 -555
Telefax: +49 6221 / 489 -410
© 2014 mitp, eine Marke der Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm GmbH Heidelberg, München, Landsberg, Frechen, Hamburg
Dieses Werk, einschließlich aller seiner Teile, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
Original edition copyright 2013 by The McGraw-Hill Companies. All rights reserved.
Übersetzung der amerikanischen Originalausgabe: Simon Monk: Hacking Electronics: An Illustrated DIY Guide for Makers and Hobbyists, ISBN 978-0-07-180236-9
Lektorat: Sabine Schulz
Sprachkorrektorat: Petra Heubach-Erdmann
Cover: Cenveo Publisher Services
electronic publication: III-satz, Husby, www.drei-satz.de
Dieses Ebook verwendet das ePub-Format und ist optimiert für die Nutzung mit dem iBooks-reader auf dem iPad von Apple. Bei der Verwendung anderer Reader kann es zu Darstellungsproblemen kommen.
Der Verlag räumt Ihnen mit dem Kauf des ebooks das Recht ein, die Inhalte im Rahmen des geltenden Urheberrechts zu nutzen. Dieses Werk, einschließlich aller seiner Teile, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheherrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
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Für Roger, der es mir ermöglichte,
Danksagungen
Vielen Dank an die Belegschaft von McGraw-Hill Education, die beim Entstehen dieses Buches großartige Arbeit geleistet hat. Mein Dank gilt insbesondere meinem Lektor Roger Stewart sowie Vastavikta Sharma, Jody McKenzie, Mike McGee und Claire Splan.
Besonderer Dank gebührt auch Duncan Amos, John Heath und John Hutchinson für die technische Prüfung des Materials und ihre Unterstützung.
Und nicht zuletzt einmal mehr Dank an Linda, für ihre Geduld und ihre Großzügigkeit, mir den nötigen Raum hierfür zu geben.
Einführung
Dieses Buch handelt vom »Hacken«, also dem Umbau und Modifizieren elektronischer Geräte und ist kein formal aufgebautes theoretisches Werk. Der einzige Zweck ist es, dem Leser die Fähigkeiten zu vermitteln, die er braucht, um mit elektronischen Geräten etwas anstellen zu können – sei es nun Grundlegendes, wie das Verbinden verschiedener Bauteile, oder vorhandene elektronische Gerätschaften für neue Nutzungsmöglichkeiten einzurichten.
Sie werden erfahren, wie man experimentiert und wie Sie dabei Ihre Ideen so sortieren, dass das Resultat auch funktioniert. Dabei werden Sie allmählich ein Verständnis dafür entwickeln, warum die Geräte funktionieren und wo deren Leistungsgrenzen liegen. Sie werden lernen, auf der Steckplatine ohne zu löten Prototypen anzufertigen, Bauteile direkt miteinander zu verlöten und eine Lötstreifenrasterplatine zu verwenden.
Sie werden außerdem den Umgang mit der beliebten Mikrocontroller-Platine Arduino kennenlernen, die zu einem der wichtigsten Werkzeuge für Elektronikbastler geworden ist. Das Buch enthält mehr als 20 Beispiele dafür, wie sich eine Arduino-Platine zusammen mit anderer Elektronik einsetzen lässt.
Im Bereich der Elektronik hat sich einiges getan. Dieses zeitgemäße Buch kommt ohne die Theorie aus, die Sie vermutlich ohnehin nie benötigen, und konzentriert sich stattdessen darauf, wie Sie die verfügbaren vorgefertigten Module zum Bau elektronischer Geräte verwenden können. Letzten Endes ist es doch sinnlos, das Rad immer wieder neu zu erfinden.
Im Buch werden unter anderem die folgenden Dinge erklärt und erläutert:
Verwendung von LEDs und Hochleistungs-LEDs (die nach dem Produkt eines bekannten Herstellers auch als Lumileds bezeichnet werden)
Verwendung von LiPo-Akkus (Lithium-Polymer-Akkumulatoren) und Spannungswandler-Modulen
Verwendung von Sensoren zur Erfassung von Helligkeit, Temperatur, Vibration, Beschleunigung, Lautstärkepegel und Farbe
Anschluss von Erweiterungsplatinen (sogenannter »Shields«) an das Arduino-Board, wie etwa des Ethernet-Shields oder eines LCD-Shields (Flüssigkristallanzeige)
Verwendung von Servos und Schrittmotoren (Steppermotoren)
Und hier sind einige der Geräte, deren Bau im weiteren Verlauf des Buches beschrieben wird:
ein Detektor für gesundheitsschädliche Gase (wie z.B. Lötrauch)
ein via Internet gesteuertes elektronisches Spielzeug
ein Farbmessgerät
ein Ultraschallentfernungsmesser
ein ferngesteuertes Roboterfahrzeug
eine Version des Spiels »Eierlaufen«, die auf Beschleunigungsmessung beruht
ein 1-Watt-Audioverstärker
eine Abhörwanze, die aus einem gehackten MP3-UKW-Minisender gebaut wird
funktionierende Bremslichter und Scheinwerfer für ein Auto der Modellrennbahn
Erforderliche Bauteile und Werkzeuge
Das Buch ist sehr anwendungsorientiert und praxisnah ausgerichtet. Sie benötigen daher einige Werkzeuge und Bauteile, um es auch wirklich auszureizen.
Was das Werkzeug betrifft, werden Sie kaum mehr als ein Multimeter und eine einfache Lötausrüstung oder eine kleine Lötstation benötigen.
Für elektronische Bastelprojekte, bei denen es sinnvoll ist, einen Mikrocontroller zu verwenden, ist eine Arduino-Uno-Platine am bestens geeignet. Sie sollten sich also lieber einen dieser Mikrocontroller beschaffen, bevor Sie versuchen, eines der Projekte nachzubauen.
Sämtliche im Buch verwendeten Bauteile sind (zusammen mit einer Bezugsquelle) im Anhang aufgeführt. Die meisten dieser Bauteile sind Bestandteil der verschiedenen verfügbaren Arduino-Starter-Kits.
In vielen der Anleitungen gibt es einen Abschnitt Erforderliche Bauteile und Werkzeuge. Dort sind für die Bauteile Codes angegeben, die Sie im Anhang nachschlagen können, um eine Bezugsquelle zu finden.
Aufbau dieses Buches
Das Buch ist in Kapitel unterteilt, die sich jeweils einem bestimmten Fachgebiet widmen. Die nummerierten Abschnitte der einzelnen Kapitel enthalten größtenteils Anleitungen zu bestimmten Themenkreisen der Elektronik.
Es gibt die nachstehenden Kapitel:
Kapitel
Titel
Beschreibung
Kapitel 1
Erste Schritte
Zunächst erfahren Sie, wo Sie Geräte und Bauteile sowie Apparate, die es zu hacken lohnt, erwerben können. Außerdem behandelt dieses Kapitel die Grundlagen des Lötens und erläutert, wie Sie einen alten Computerlüfter dazu verwenden können, den beim Löten entstehenden Rauch abzuleiten.
Kapitel 2
Theorie und Praxis
Dieses Kapitel stellt die verschiedenen elektronischen Bauteile vor, zumindest diejenigen, die Sie wahrscheinlich verwenden werden, und erklärt, woran man diese erkennt und was sie leisten. Hier wird auch ein wenig unverzichtbarer Theorie erläutert, die Sie ständig brauchen werden.
Kapitel 3
Einfache Hacks
In diesem Kapitel finden Sie einige eher simple Anleitungen zum Hacken, mit denen die Verwendung von Transistoren an Beispielprojekten erläutert wird. Unter anderem wird eine mobile Kleinleuchte modifiziert, die sich dann bei Dunkelheit automatisch einschaltet, und die Steuerung eines Motors durch einen Leistungs-MOSFET (engl. Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) erklärt.
Kapitel 4
LEDs
Neben der Erläuterung der Verwendung herkömmlicher LEDs (Blinken lassen usw.) wirft dieses Kapitel auch einen Blick auf die Ansteuerung einer größeren Anzahl von LEDs oder einer Laserdiode.
Kapitel 5
Batterien und Stromversorgung
Es kommen nicht nur Einwegbatterien und wieder aufladbare Akkus zur Sprache, sondern auch das Laden von LiPo-Akkus. Auch automatisches Aufladen, Spannungsregelung und Solarzellen werden behandelt.
Kapitel 6
Arduino-Hacks
Arduino ist bei Elektronikbastlern zur beliebtesten Mikrocontroller-Platine avanciert. Die im Sinne des Open-Source-Gedankens quelloffene Hardware vereinfacht den Einsatz komplexer Geräte wie eines Mikrocontrollers sehr. Dieses Kapitel führt Sie in die Verwendung des Arduinos ein und stellt einige einfache Projekte vor, wie beispielsweise den Einsatz von Relais, die Wiedergabe von Tönen und die Ansteuerung eines Servos. Und auch die Verwendung von Arduino-Shields wird betrachtet.
Kapitel 7
Modul-Hacks
Beim Bau von Geräten lassen sich häufig zumindest für Teile eines Projekts vorgefertigte Module verwenden. Solche Module gibt es für die verschiedenartigsten Zwecke, von drahtlosen Fernbedienungen bis hin zu Motorsteuerungen.
Kapitel 8
Sensor-Hacks
Es sind Sensoren in Form von ICs oder Modulen verfügbar, die zum Erfassen von allem Möglichen geeignet sind (wie etwa Temperatur, Gas oder Beschleunigung). In diesem Kapitel werden wir uns eine Reihe davon näher ansehen, ich werde die Verwendung erläutern und einige davon an einem Arduino anschließen.
Kapitel 9
Audio-Hacks
Das Kapitel enthält mehrere nützliche Anleitungen zu den Themen Elektronik und Audio, beispielsweise das Anfertigen und Anpassen von Audiokabeln oder Audioverstärkern und die Verwendung von Mikrofonen.
Kapitel 10
Elektronische Geräte öffnen und reparieren
Das Instandsetzen von Geräten und das Ergattern von noch verwendbaren Bauteilen aus defekten Apparaten sind für den Elektronikhacker lohnende Tätigkeiten. In diesem Kapitel wird erklärt, wie man Geräte auseinandernimmt und gelegentlich auch, wie man sie wieder zusammenbaut.
Kapitel 11
Werkzeuge
Das letzte Kapitel soll Ihnen als Referenz dienen und beschreibt, wie Sie Werkzeuge wie Multimeter oder regelbare Netzgeräte bestmöglich einsetzen.
Kapitel 1: Erste Schritte
Im ersten Kapitel wollen wir uns einige der zum Hacken elektronischer Geräte unabdingbaren Werkzeuge und Techniken ansehen. Zunächst wollen wir ein wenig löten und den Lüfter eines ausrangierten Computers dazu verwenden, uns den beim Löten entstehenden Rauch vom Leib zu halten.
Wie bereits der Titel des Buches erahnen lässt, soll es insbesondere um das »Hacken« von Elektronik gehen. Nun ist das Wort »Hacken« ein wenig überbeansprucht. In diesem Buch ist damit »Tun Sie es einfach!« gemeint. Zum Basteln oder Umbauen elektronischer Geräte ist kein Abschluss als Elektroingenieur notwendig. Die beste Lernmethode ist es, Dinge einfach auszuprobieren. Sie werden dabei aus Ihren Fehlern ebenso viel lernen wie aus Ihren Erfolgen.
Anfangs werden Sie beim Basteln und Experimentieren womöglich die theoretische Seite besser verstehen wollen. Die herkömmlichen Elektroniklehrbücher sind allerdings ziemlich abschreckend, wenn man nicht vergleichsweise gute Kenntnisse in höherer Mathematik mitbringt. Das Buch ist vor allem bestrebt, es Ihnen zu ermöglichen, sofort loszulegen. Über die Theorie können Sie sich auch später noch Gedanken machen.
Zunächst einmal benötigen Sie einige Werkzeuge und müssen in Erfahrung bringen, wo Sie die Bauteile und Komponenten für Ihre Projekte herbekommen.
1.1 Bezugsquellen
Von der Beschaffung von Bauteilen und Werkzeugen einmal abgesehen, gibt es eine Menge preisgünstiger und interessanter Unterhaltungselektronik, die sich hacken und zu ganz anderen Zwecken einsetzen lässt oder aber als Lieferant interessanter Bauteile dienen kann.
1.1.1 Beschaffung von Bauteilen
Die meisten Bauteile werden im Internet eingekauft, es gibt allerdings auch Elektronikläden wie Conrad, in denen Sie Komponenten kaufen können. In solchen traditionellen Ladengeschäften ist die Produktauswahl oft begrenzt und die Preise sind häufig nicht besonders günstig. Schließlich kostet das Ladengeschäft den Betreiber ja auch Geld. Dennoch sind diese Elektronikläden von unschätzbarem Wert, wenn Sie hin und wieder etwas ganz dringend benötigen. Vielleicht fehlt Ihnen eine LED, weil Sie versehentlich eine durchgeschmort haben, oder Sie möchten sich die Gehäuse ansehen, die dort im Sortiment sind.
Manchmal möchte man eben ein Werkzeug oder eine Komponente tatsächlich in der Hand haben und nicht nur versuchen, sich anhand eines Fotos auf der Webseite eine Vorstellung davon zu machen.
Wenn Sie sich eingehender mit Elektronik beschäftigen, werden sich bei Ihnen wahrscheinlich allmählich Bauteile und Werkzeuge ansammeln, auf die Sie bei neuen Projekten zurückgreifen können. Die meisten Komponenten sind vergleichsweise preiswert, sodass ich beim Einkauf normalerweise gleich zwei oder drei Stück bestelle, manchmal sogar auch fünf, wenn sie besonders günstig zu haben sind. Sie werden dann beim Beginn eines neuen Projekts nicht selten feststellen, dass Sie alle benötigten Dinge bereits beisammenhaben.
Die Beschaffung von Bauteilen hängt jedoch auch davon ab, wo Sie wohnen. In Deutschland dürften Conrad, Reichelt und Völkner auf dem Markt der Komponenten für Hobbyelektroniker zu den größten Lieferanten gehören. Auch Farnell hat so ziemlich alles im Angebot, was man sich wünschen kann, und liefert weltweit.
Wenn es speziell um vorgefertigte elektronische Module für Ihr Projekt geht, sind SparkFun, Seeed Studio, Adafruit, ITead Studio und in Deutschland Watterott electronic und Fritzing.org oftmals hilfreich. Alle bieten ein breites Spektrum an Modulen an, und schon das Stöbern in den Online-Katalogen macht ziemlichen Spaß.
Für fast alle der im Buch verwendeten Komponenten ist im Anhang die Artikelnummer bei einem oder mehreren der genannten Händler angegeben. Eine Ausnahme sind hier einige sehr ungewöhnliche Module, die Sie am ehesten über eBay beziehen können.
Es gibt außerdem eine Vielzahl von Online-Auktionsseiten, auf denen elektronische Komponenten verfügbar sind. Viele davon stammen direkt aus Fernost und sind häufig extrem preiswert zu haben. Solche Seiten sind oft die richtige Anlaufstelle, wenn Sie unübliche Komponenten oder Bauteile wie Laser-Module oder Hochleistungs-LEDs suchen, die bei den regulären Händlern sehr teuer sind. Hier lassen sich häufig auch größere Mengen sehr günstig erwerben. Manchmal gehören die angebotenen Komponenten allerdings nicht zur Güteklasse A; Sie sollten daher die Produktbeschreibung sorgfältig lesen und nicht allzu enttäuscht sein, wenn einige der Artikel einer Charge bereits im Auslieferungszustand defekt sind.
1.1.2 Geräte zum Hacken
Da Sie sich nun als Elektronikhacker betätigen, müssen Sie sich zunächst mit dem Gedanken vertraut machen, dass sich das Verhalten Ihrer Freunde und Bekannten ändert. Defekte elektronische Geräte werden künftig bei Ihnen abgeladen. Seien Sie in Ihrer neuen Rolle als Sperrmüllsammler aber wachsam, denn so manches der »defekten« Geräte lässt sich ohne Weiteres wiederbeleben.
Eine weitere bedeutende Quelle nützlicher Kleinteile sind 1-Euro-Läden. Begeben Sie sich zur Abteilung mit elektronischem Krimskrams: Taschenlampen, Ventilatoren, solarbetriebenes Spielzeug, beleuchtete Ständer zum Kühlen von Laptops usw. Es ist verblüffend, was man für einen einzigen Euro kaufen kann. Häufig bekommen Sie Motoren und Reihen von LEDs zu einem deutlich niedrigeren Preis als denjenigen, den Sie für die einzelnen Bauteile bei einem konventionellen Händler zahlen müssten.
Auch in ganz normalen Supermärkten findet sich preiswerte Elektronik, die sich hacken lässt. Schöne Beispiele hierfür sind billige PC-Lautsprecher, Mäuse, Netzteile, Radios, LED-Taschenlampen und Computertastaturen.
1.1.3 Die wichtigsten Werkzeuge
Sie glauben doch nicht etwa, dass Sie in diesem Kapitel davonkommen, ohne etwas gelötet zu haben? Dazu benötigen Sie einige einfache Werkzeuge. Diese müssen auch gar nicht teuer sein. Tatsächlich ist es beim Beginn neuer Projekte meist eine gute Idee, zunächst mit preisgünstigen Objekten zu hantieren, damit es nicht weiter schlimm ist, wenn Sie etwas beschädigen. Sie würden ja auch kaum auf einer Stradivari das Geigenspiel erlernen wollen. Und außerdem: Worauf sollten Sie sich noch freuen, wenn Sie schon jetzt nur Spitzenwerkzeuge kaufen?
Es sind eine Menge Werkzeugsätze für Anfänger verfügbar. Für unsere Zwecke sind ein einfacher Lötkolben, Lötzinn, ein Lötkolben-Ablageständer, eine Flachzange, ein Seitenschneider und ein oder zwei Schraubendreher erforderlich. Bei SparkFun gibt es einen solchen Werkzeugsatz (siehe Anhang, Code T1). Beschaffen Sie sich bei einem der genannten Händler diesen oder einen ähnlichen Werkzeugsatz.
Sie brauchen außerdem ein Multimeter (Abbildung 1.1). Ich empfehle ein preisgünstiges Digitalmultimeter, das keinesfalls mehr als 20 Euro kosten sollte. Selbst wenn Sie später ein besseres Gerät kaufen, werden Sie doch auch immer wieder das alte verwenden, da es oft sinnvoll ist, mehr als eine Messung gleichzeitig durchzuführen. Entscheidend ist, dass Sie Gleichspannung, Gleichstromstärke und Widerstand messen können und dass das Gerät eine Funktion als Durchgangsprüfer besitzt. Alles andere ist Spielerei und wird nur alle Jubeljahre gebraucht. Suchen Sie nach einem Modell, das den im Anhang (Code T2) genannten vergleichbar ist, oder einem unwesentlich besser ausgestatteten wie das in Abbildung 1.1.
Abb. 1.1: Ein Digitalmultimeter
Steckplatinen (Abbildung 1.2) ermöglichen es, ohne Lötarbeiten schnell mal eine Schaltung auszutesten. Sie müssen einfach nur die Anschlussbeinchen in die kleinen Buchsen einer Anschlussleiste stecken – und schon sind alle in diese Leiste eingesteckten Bauteile durch eine hinter den Buchsen befindliche Metallklammer miteinander verbunden. Und diese Steckplatinen sind auch nicht teuer (siehe Code T5 im Anhang). Darüber hinaus brauchen Sie Drähte in verschiedenen Farben (T6), um Verbindungen auf der Steckplatine herzustellen. Es gibt zu diesem Zweck auch preiswerte vorgefertigte Verbindungsstecker, die äußerst nützlich, aber nicht unbedingt notwendig sind.
Diese Steckplatinen gibt es in den verschiedensten Größen und Formen. Besorgen Sie sich im Zweifel lieber eine möglichst große. Wenn ich im Buch eine Steckplatine verwende, handelt es sich um das Modell mit dem Code T5 (siehe Anhang). Auf dieser Platine gibt es zwei Spalten mit 63 Anschlussleisten, die jeweils fünf Kontakte bereitstellen. Außerdem gibt es links und rechts jeweils zwei durchgehende Leisten für die Stromversorgung (Abbildung 1.2a). Das von mir genutzte Modell ist außerdem auf einer Aluplatte montiert, die ihrerseits auf Gummifüßchen steht, um ein Verrutschen zu verhindern. Ein solches Arrangement ist sehr verbreitet und etwas Vergleichbares ist bei den meisten Anbietern im Angebot.
In Abbildung 1.2b ist dargestellt, wie die Anschlussleisten unter der Kunststoffoberfläche der Steckplatine angeordnet sind. Die Buchsen mit zusammenhängendem grauen Hintergrund sind in Fünfergruppen leitend miteinander verbunden. Die langen vertikalen Reihen links und rechts, jeweils eine positive und eine negative, dienen zur Stromversorgung der Komponenten und sind farblich gekennzeichnet (rot und blau).
Abb. 1.2: Steckplatine: Schaltungen ohne Löten
1.2 Abisolieren eines Kabels
Beginnen wir mit einigen grundlegenden Techniken, die Sie kennen sollten. Die einfachste davon dürfte das Entfernen der Isolierung von einem Kabelende sein.
1.2.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge
Anzahl
Objekt
Code im Anhang
Kabel zum Abisolieren
T9 oder Kabelreste
1
Flachzange
T1
1
Seitenschneider
T1
Beim Hacken elektronischer Geräte haben Sie es fast immer mit irgendwelchen Kabeln zu tun. Sie sollten daher damit umzugehen wissen. Abbildung 1.3 zeigt eine kleine Auswahl gängiger Kabeltypen und zum Größenvergleich ein Streichholz.
Direkt neben dem Streichholz befinden sich drei eindrähtige Kabelabschnitte. Dieser Typ wird auch als Schaltdraht bezeichnet und wird vornehmlich auf Steckplatinen verwendet, da er nur aus einer einzelnen Ader innerhalb der Kunststoffisolierung besteht und früher oder später bricht, wenn er verbogen wird. Die einzelne Ader bedeutet aber auch, dass sich dieser Draht beim Aufbau von Prototypen sehr leicht in die Buchsen der Steckplatine einstöpseln lässt, da er sich im Gegensatz zur Litze dabei nicht aufspaltet.
Abb. 1.3: Gängige Kabeltypen
Für die Verwendung mit der Steckplatine gibt es vorgefertigte Sortimente in verschiedenen Farben (siehe im Anhang Code T6) oder Rollen mit Draht, den Sie sich selbst zuschneiden können (siehe im Anhang Code T7, T8, T9). Aus praktischen Gründen sollte man mindestens drei verschiedene Farben verwenden, wobei Rot, Gelb und Schwarz eine gute Wahl sind. Wenn Sie beispielsweise Rot bzw. Schwarz für die positive und negative Spannungsversorgung und Gelb für alle anderen Verbindungen verwenden, wird der Aufbau Ihres Bastelprojekts sehr viel übersichtlicher.
Rechts oben in Abbildung 1.3 sehen Sie ein Stück mehradriger Litze und darunter ein Stück Zwillingslitze. Litze wird zum Verbinden der Module eines Bastelprojekts verwendet. Beispielsweise könnte die Zwillingslitze dazu verwendet werden, einen Lautsprecher an ein Verstärker-Modul anzuschließen. Es ist praktisch, immer etwas Litze griffbereit zu haben. Die Litze aus defekten Geräten lässt sich bestens wiederverwenden und der Neukauf ist preisgünstig (siehe im Anhang Code T10 und T11).
Das Kabel im unteren Bereich von Abbildung 1.3 ist abgeschirmt. Dieser Typ wird insbesondere für Audio- und Kopfhörerkabel eingesetzt. Das Innere besteht aus einer mehradrigen isolierten Litze, die von einer Abschirmung umgeben ist. Solche Kabel finden Verwendung, wenn das auf dem inneren Kabel transportierte Signal nicht durch elektrische Störungen beeinflusst werden soll, wie etwa dem Netzbrummen (in Deutschland 50Hz bei 230V-Geräten). Das äußere Kabel schirmt das innere vor anderen, fehlgeleiteten Signalen und Störungen ab. Es gibt verschiedene Varianten solcher Kabel, bei denen mehr als eine Leitung abgeschirmt ist, wie etwa Stereo-Audiokabel.
Für unsere Zwecke sind isolierte Kabel nicht zu gebrauchen, sofern wir keine Möglichkeit finden, die Isolierung am Ende zu entfernen, denn hier wollen wir schließlich irgendetwas anschließen. Man bezeichnet das als Abisolieren des Kabels. Es gibt spezielle Abisolierzangen, bei denen Sie den Durchmesser des Kabels einstellen können, was natürlich voraussetzt, dass Sie den Durchmesser auch kennen. Das ist jedoch nicht der Fall, wenn Sie Kabel aus einem defekten Gerät wiederverwenden möchten. Mit ein klein wenig Übung können Sie Kabel aber genauso gut mit einer Flachzange und einem Seitenschneider abisolieren.
Diese beiden Werkzeuge sind für einen Elektronikhacker unverzichtbar, dabei müssen sie gar nicht teuer sein. Tatsächlich bekommen Seitenschneider schnell Scharten und sind dann kaum noch zu gebrauchen. Daher ist ein preiswerter Seitenschneider (ich bezahle etwa 2 Euro), der regelmäßig durch einen neuen ersetzt wird, viel praktischer.
Abbildung 1.4a und Abbildung 1.4b zeigen, wie man mit einer Flachzange und einem Seitenschneider ein Kabel abisoliert. Das Kabel wird durch den kräftigen Griff der Flachzange stillgehalten, während die eigentliche Abisolierung mit dem Seitenschneider durchgeführt wird.
Ergreifen Sie das Kabel ca. 2 bis 3cm vor dem Ende mit der Flachzange (Abbildung 1.4a). Setzen Sie dann den Seitenschneider an der für die Abisolierung vorhergesehenen Stelle an. Manchmal wird der Vorgang erleichtert, wenn vorher die Isolierung hier rundum eingeritzt wird. Ziehen Sie nun die Isolierung mit dem Seitenschneider ab (Abbildung 1.4b).
Abb. 1.4: Kabel abisolieren
Längere Kabel können Sie auch ein paar Mal um den Finger wickeln, anstatt die Zange zu verwenden.
Hierfür ist etwas Übung erforderlich. Gelegentlich wird es Ihnen passieren, dass Sie den Seitenschneider zu kräftig drücken und versehentlich das ganze Kabel durchtrennen. Hin und wieder werden Sie auch nicht kräftig genug drücken und die Isolierung bleibt an Ort und Stelle oder dehnt sich. Bevor Sie sich an wichtigen Werkstücken versuchen, sollten Sie das Abisolieren an Kabelresten üben.
1.3 Kabelverbindung durch Verdrillen
Kabel können auch ohne Löten miteinander verbunden werden. Zwar ist eine Lötverbindung beständiger, aber manchmal ist dieses Verfahren ausreichend.
Die einfachste Methode ist es, einfach die blanken Enden zweier Kabel miteinander zu verdrillen. Das funktioniert mit mehradriger Litze erheblich besser als mit einadrigem Schaltdraht, aber wenn es richtig gemacht wird, ergibt sich dennoch eine stabile Verbindung.
1.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge
Um das Verdrillen zweier Kabel auszuprobieren (das ein wenig aufwendiger ist, als Sie vielleicht denken), brauchen Sie folgende Dinge:
Anzahl
Objekt
Code im Anhang
2
Zu verbindende Kabel
T10
1
PVC-Isolierband
T3
Falls Sie die Kabel noch abisolieren müssen, um an das blanke Kupfer zu gelangen, siehe Abschnitt 1.2.
Abbildung 1.5 zeigt die einzelnen Schritte beim Verbinden zweier Kabel durch Verdrillen.
Abb. 1.5: Kabelverbindung durch Verdrillen
Verdrillen Sie zunächst die Adern der beiden Kabel im Uhrzeigersinn (Abbildung 1.5a). Dadurch werden einzelne abstehende Äderchen der Litze ausgerichtet. Verdrillen Sie dann die bereits vorverdrillten Kabel so miteinander, dass sich beide Kabel gegenseitig umschlingen (Abbildung 1.5b). Achten Sie darauf, dass sich nicht nur eines der Kabel um das andere wickelt, das dabei gerade bleibt. Ist dies der Fall, geschieht es leicht, dass das gerade gebliebene Kabel aus dem gewundenen herausrutscht. Verdrehen Sie nun die miteinander verdrillten Kabel fein säuberlich zu einem kleinen Knäuel (Abbildung 1.5c). Insbesondere bei dickeren Kabeln ist hierfür eine Zange besser geeignet als die bloße Hand. Ummanteln Sie zum Schluss die Verbindungsstelle mit vier oder fünf Wicklungen PVC-Isolierband (Abbildung 1.5d).
1.4 Kabelverbindung durch Löten
Beim Hacken elektronischer Geräte ist etwas Geschick beim Löten unverzichtbar.
1.4.1 Schutzvorkehrungen
Ich möchte Sie ja nicht abschrecken, aber ... es sollte Ihnen klar sein, dass beim Löten geschmolzenes Metall sehr hoher Temperatur im Spiel ist. Und darüber hinaus auch noch geschmolzenes Metall, das mit gesundheitsschädlichen Dämpfen einhergeht. Es ist eine Art Naturgesetz, dass jeder Motorradfahrer früher oder später einmal stürzt und dass jeder, der lötet, sich irgendwann einmal die Finger verbrennt. Seien Sie also vorsichtig und treffen Sie folgende Schutzmaßnahmen:
Platzieren Sie den Lötkolben immer im Ablageständer, wenn Sie nicht gerade tatsächlich etwas löten. Wenn Sie den Lötkolben auf Ihrem Arbeitstisch belassen, wird er früher oder später ins Rollen kommen. Oder wenn Sie versehentlich die Stromzuleitung des Lötkolbens mit dem Ellenbogen streifen, fällt er vom Tisch. Sie werden dann reflexartig versuchen, den Lötkolben aufzufangen – und die Chancen stehen nicht schlecht, dass Sie dabei das heiße Ende zu fassen bekommen. Wenn Sie den Lötkolben in der Hand behalten, während Sie etwas suchen oder Bauteile für das Löten vorbereiten, werden Sie früher oder später entweder Ihre Finger verlöten oder irgendetwas Wertvolles versengen.
Tragen Sie eine Schutzbrille. Es kommt vor, dass kleine Kügelchen des geschmolzenen Lötzinns plötzlich hervorschnellen, insbesondere beim Löten an Kabeln oder Bauteilen, die unter (mechanischer, nicht elektrischer) Spannung stehen. Sie möchten mit Sicherheit kein Lötzinnkügelchen ins Auge bekommen. Falls Sie weitsichtig sind, sollten Sie eine Schutzbrille mit Vergrößerungslinsen tragen. Das sieht zwar nicht besonders cool aus, schützt aber Ihre Augen und erlaubt es Ihnen gleichzeitig, ordentlich zu sehen.
Lassen Sie sofort mindestens eine Minute lang kaltes Wasser über die betroffenen Hautstellen laufen, falls Sie sich verbrennen. Suchen Sie bei ernsthaften Verbrennungen ärztliche Hilfe auf.
Löten Sie in einem gut durchlüfteten Raum und stellen Sie am besten einen Ventilator auf, der den Lötrauch von Ihnen fortbläst, vorzugsweise zum Fenster hinaus. In Abschnitt 1.6 später in diesem Kapitel werden wir uns ein hübsches kleines Projekt zum Üben der Lötfertigkeiten ansehen.
1.4.2 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge
Sie benötigen die folgende Dinge, um das Verbinden zweier Kabel durch Löten zu trainieren:
Anzahl
Objekt
Code im Anhang
2
Zu verbindende Kabel
T10
1
PVC-Isolierband
T3
1
Lötausrüstung
T1
1
»Dritte Hand« (optional)
T4
1
Kaffeebecher (erforderlich)
Ein kleines Werkzeug mit der treffenden Bezeichnung »Dritte Hand« ist eine große Hilfe beim Löten, denn man benötigt im Grunde tatsächlich drei Hände: eine für den Lötkolben, eine für das Lötzinn und eine für das Bauteil bzw. die Bauteile, die man verlöten möchte. Normalerweise hält die »Dritte Hand« die Objekte, die miteinander verlötet werden sollen. Sie besteht aus einem schwergewichtigen und daher solide stehenden Ständer, an dem Krokodilklemmen befestigt sind, die dazu verwendet werden, Werkstücke zu halten, sodass die Arbeitsfläche frei bleibt.
Eine Alternative zur »Dritten Hand«, die bei Kabeln bestens funktioniert, ist ein leichtes Verbiegen des Kabels, sodass das zu verlötende Kabelende ein wenig über die Arbeitsfläche heraussteht. Ein schwerer Gegenstand wie z.B. ein Kaffeebecher, der auf dem Kabel abgestellt wird, sorgt dafür, dass es beim Löten nicht verrutscht.
1.4.3 Löten
Bevor wir uns damit beschäftigen, die beiden Kabel zu verbinden, wollen wir einen Blick aufs Löten werfen. Sehen Sie sich Abbildung 1.6 genau an, falls Sie noch nie gelötet haben, denn dort wird gezeigt, wie vorzugehen ist.
Vergewissern Sie sich, dass Ihr Lötkolben seine Betriebstemperatur erreicht hat.
Säubern Sie die Lötspitze, indem Sie diese am feuchten (nicht triefend nassen) Lötschwamm des Ablageständers abwischen.
Geben Sie ein klein wenig Lötzinn auf die Lötspitze, um diese zu verzinnen (Abbildung 1.6a). Die Lötspitze sollte nun hell glänzen. Falls das Lötzinn nicht schmilzt, ist der Lötkolben vermutlich noch nicht heiß genug. Wenn das Lötzinn nicht die Lötspitze überzieht, sondern sich stattdessen ein Lotkügelchen bildet, ist die Lötspitze möglicherweise verschmutzt. Wischen Sie diese am Lötschwamm sorgfältig ab und versuchen Sie es erneut.
Halten Sie die Lötspitze an das Kabel und belassen Sie sie ein bis zwei Sekunden lang dort (Abbildung 1.6b).
Berühren Sie das Kabel in der Nähe der Lötspitze mit dem Lötzinn, das nun in die Litze fließen sollte (Abbildung 1.6c).
Abb. 1.6: Verzinnen eines Kabels
Löten ist gewissermaßen eine Kunst und nur manche Leute sind dabei Naturtalente. Machen Sie sich also keine Gedanken, wenn Ihre Lötresultate anfangs etwas »klumpig« aussehen. Sie werden schon bald bessere Ergebnisse erzielen. Das Wichtigste, das es zu beachten gilt, ist das Erhitzen des zu verlötenden Objekts und das Lötzinn erst dann an die Lötstelle zu halten, wenn das Objekt heiß genug ist, um das Lötzinn zu schmelzen. Falls Sie Schwierigkeiten haben, sollten Sie probieren, das Lötzinn genau dorthin zu halten, wo die Lötspitze das Objekt berührt.
Im nächsten Abschnitt können Sie das Löten weiter üben, und zwar beim Zusammenlöten zweier Kabel.
1.4.4 Kabel verbinden
Um zwei Kabel zusammenzulöten, können Sie dieselbe Vorgehensweise wie im Abschnitt 1.3 verwenden und nachfolgend etwas Lötzinn in das Knäuel fließen lassen. In Abbildung 1.7 ist eine etwas elegantere Methode dargestellt, die zu einer weniger unförmigen Verbindung führt.
Abb. 1.7: Verbinden zweier Kabel durch Löten
Verdrillen Sie zunächst die beiden Kabelenden und verzinnen Sie sie, wenn es sich um Litze handelt (Abbildung 1.7a).
Halten Sie die beiden Kabelenden nebeneinander und erhitzen Sie sie (Abbildung 1.7b). Beachten Sie hier die »Essstäbchen-Technik«, mit der das zweite Kabel und das Lötzinn in einer Hand gehalten werden.
Berühren Sie die beiden Kabelenden mit dem Lötzinn, damit sie sich miteinander verbinden. Es sollte etwa wie in Abbildung 1.7c aussehen.
Umwickeln Sie die Verbindungsstelle auf einer Länge von etwa 2 bis 3cm mit drei oder vier Lagen Isolierband (Abbildung 1.7d).
1.5 Durchgangsprüfung
Bei den in den vorhergehenden Abschnitten angefertigten Verbindungen ist es ziemlich einleuchtend, dass sie auch elektrischen Strom leiten. Insbesondere bei eindrähtigen Kabeln wie Schaltdraht kommt es jedoch nicht selten vor, dass der Draht irgendwo unter der Isolierung bricht. Wenn Sie eine E-Gitarre besitzen, dürfte Ihnen dieses Problem defekter Anschlussleitungen bekannt sein.
1.5.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge
Anzahl
Objekt
Code im Anhang
1
Multimeter
T2
1
Zu prüfende Verbindung
