Make: Basic Arduino Projects 26 Experiments with Microcontrollers and Electronics Don Wilcher Make: Basic Arduino Projects by Don Wilcher Copyright © 2014 Don Wilcher. All rights reserved. Printed in the United States of America. Published by Maker Media, Inc., 1005 Gravenstein Highway North, Sebastopol, CA 95472. Maker Media books may be purchased for educational, business, or sales promotional use. Online editions are also available for most titles (http://my.safaribooksonline.com). For more information, contact O’Reilly Media’s corporate/institutional sales department: 800-998-9938 or [email protected]. Editor: Patrick Di Justo Production Editor: Kara Ebrahim Copyeditor: Charles Roumeliotis Proofreader: Jasmine Kwityn Indexer: Ellen Troutman Cover Designer: Juliann Brown Interior Designer: David Futato Illustrator: Rebecca Demarest Photographers: Frank Teng and Don Wilcher February 2014: First Edition Revision History for the First Edition: 2014-02-05: First release 2014-03-07: Second release See http://oreilly.com/catalog/errata.csp?isbn=9781449360665 for release details. The Make logo and Maker Media logo are registered trademarks of Maker Media, Inc. Make: Basic Arduino Projects and related trade dress are trademarks of Maker Media, Inc. Many of the designations used by manufacturers and sellers to distinguish their products are claimed as trademarks. Where those designations appear in this book, and Maker Media, Inc., was aware of a trademark claim, the designations have been printed in caps or initial caps. While every precaution has been taken in the preparation of this book, the publisher and author assume no responsibility for errors or omissions, or for damages resulting from the use of the information contained herein. ISBN: 978-1-449-36066-5 [LSI] Contents Preface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix 1. The Trick Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Let’s Build a Trick Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Trick Switch with On/Off Indicators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. Sunrise-Sunset Light Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Let’s Build a Sunrise-Sunset Light Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Sunrise-Sunset Detector with Serial Monitor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3. Tilt Sensing Servo Motor Controller. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Let’s Build a Tilt Sensing Servo Motor Controller. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Upload the Tilt Sensor Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 A Simple Animatronic Controller Using the Serial Monitor. . . . . . . . . . . . . 24 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4. Twin LEDs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 iii Twin LED Flasher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Build the Adjustable Twin LED Flasher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 It’s Alive! Build a FrankenBot Toy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 5. The Opposite Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 The Opposite Switch (aka the NOT Logic Gate). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Build an Arduino NOT Logic Gate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Upload the Arduino NOT Logic Gate Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6. The AND Logic Gate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 The Arduino AND Logic Gate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Upload the Arduino AND Logic Gate Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 7. The OR Logic Gate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 The Arduino OR Logic Gate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Upload the Arduino OR Logic Gate Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 8. Tilt Flasher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 The Up-Down Sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 9. Multicolor RGB Flasher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 The RGB Flasher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 iv Contents Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 10. The Magic Light Bulb. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Let’s Build a Magic Light Bulb. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Upload the Magic Light Bulb Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 11. Metal Checker: The Electronic Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Let’s Build a Metal Checker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Upload the Metal Checker Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 12. The Theremin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Let’s Build a Theremin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Upload the Theremin Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 13. An Arduino Ohmmeter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Let’s Build an Arduino Ohmmeter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Upload the Arduino Ohmmeter Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 14. The LCD News Reader. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Let’s Build the LCD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Upload the LCD News Reader Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 15. A Logic Tester (with an RGB LED). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Contents v Let’s Build a Logic Tester. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Upload the Logic Tester Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 16. A Logic Tester( with an LCD). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Let’s Build a Logic Tester. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Upload the Logic Tester Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Circuit Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 17. The Amazing Pushbutton (with Processing). . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Let’s Build an Amazing Pushbutton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Upload the Amazing Pushbutton Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Download and Install Processing Notes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Let’s Visualize Digital Data with Processing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Troubleshooting Tips for Processing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 18. The Terrific Tilt Switch (with Processing). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Let’s Build a Terrific Tilt Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Upload the Terrific Tilt Switch Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Let’s Visualize Digital Data with Processing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 19. The Rocket Launching Game (with Processing). . . . . . . . . . . . . . 169 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Let’s Build a Rocket Game. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Upload the MultiDigital4 Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 The Rocket Launcher with Processing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 20. Temperature Indicator (with Processing). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Let’s Build a Temperature Indicator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 vi Contents Upload the Temperature Indicator Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 The Negative Temperature Coefficient (NTC) Sensor with Processing. . . 188 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 21. Sweeping Servo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Let’s Build a Servo Motor Tester. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Upload the Sweeping Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 22. Electronic Cricket. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Let’s Build an Electronic Cricket. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 Upload the Electronic Cricket Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 23. A Pocket Stage Light. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Let’s Build a Pocket Stage Light. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Upload the Pocket Stage Light Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 24. Electronic Pixel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Let’s Build an Electronic Pixel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Upload the Electronic Pixel Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 25. The Metronome. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Let’s Build a Metronome. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 Upload the Metronome Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 26. The Secret Word Game. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Parts List. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Let’s Build a Secret Word Game. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 Upload the Secret Word Game Sketch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Rules for the Secret Word Game. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Contents vii Something to Think About. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 viii Contents