Einführung¶
Die nachfolgende Beschreibung gibt einen Überblick über die verschiedenen Produkte und Konzepte des Tinkerforge Baukastensystems. Detaillierte Beschreibungen über die Funktion und die zur Verfügung stehende API befindet sich in der Dokumentation des jeweiligen Produktes.
Produkte¶
Unsere Produkte gliedern sich in fünf verschiedene Kategorien:
Bricks: Basismodule des Tinkerforge Systems mit eigenen Funktionen.
Bricklets: Sensor-/Aktormodule, die die Fähigkeiten von Bricks erweitern und per Kabel an Bricks angeschlossen werden.
Master Extensions: Module, die Alternativen zur USB-Schnittstelle des Master Bricks bieten (WIFI, Ethernet, RS485).
Stromversorgungen: Module, die einen Stapel aus Bricks mit Strom versorgen.
Die Verwendung von Bricks und Bricklets demonstriert dieses Tutorial.
Bricks¶
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Bricks sind die Basismodule von jedem Tinkerforge System. Es können verschiedene Bricks in einem System genutzt werden. Minimal ist aber immer mindestens ein Brick notwendig. Bricks können eigene Fähigkeiten besitzen (zum Beispiel Motoren steuern oder über einen Sensor verfügen), hauptsächlich können an Bricks aber sogenannte Bricklets angeschlossen werden. Jeder Brick verfügt über mehrere Brickletanschlüsse.
Viele Bricks können über ein externes Gerät ferngesteuert werden, wie zum Beispiel über einen (Embedded-)PC, mittels Schnittstellen wie USB-C, WIFI oder Ethernet. Das externe Gerät führt dann dein Programm aus, welches das System über unsere API steuert.
Es gibt Bricks, welche auf ein Raspberry Pi gesteckt werden können (HAT Brick, HAT Zero Brick), so dass deine Software auf dem Raspberry Pi die angeschlossene Hardware direkt steuert.
Master Bricks, ein spezieller Typ von Bricks mit USB-C Schnittstelle, können gestapelt werden (Beschreibung zum Stapelkonzept). Die USB-C Schnittstelle eines Master Bricks kann mit sogenannten Master Extensions durch WIFI, Ethernet oder RS485 ersetzt werden. Durch das Stapelkonzept können somit alle Bricks und Bricklets anstatt per USB auch per WLAN oder Ethernet ferngesteuert werden.
Es gibt einen extra Abschnitt für abgekündigte Bricks.
Name |
Beschreibung |
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Für Firmware Entwickler: JTAG und serielle Konsole |
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ESP32 Mikrocontroller basierter Brick mit 6 Bricklet-Ports |
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ESP32 Mikrocontroller basierter Brick mit Ethernet und 6 Bricklet-Ports |
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HAT für Raspberry Pi mit 8 Bricklet-Ports und Echtzeituhr |
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HAT für Raspberry Pi Zero mit 4 Bricklet-Ports |
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Voll ausgestattetes AHRS mit 9 Freiheitsgraden |
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Grundlage um Stapel zu bauen und bietet 4 Bricklet Anschlüsse |
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Führt Programme aus und steuert andere Bricks/Bricklets selbständig |
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Steuert einen bipolaren Schrittmotor lautlos mit bis zu 46V und 1,6A pro Phase |
Bricklets¶
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Bricklets erweitern die Fähigkeiten von Bricks. Es gibt Bricklets um physikalische Größen wie Rotation, elektrische Spannung, elektrischen Strom, Umgebungshelligkeit oder Umgebungstemperatur zu messen. Es gibt auch Bricklets für Steuerungsaufgaben wie Relais, digitale Ein- und Ausgänge sowie alphanumerische Ausgaben auf LCDs.
Jedes Bricklet hat die kleinste mögliche Größe. Jeder Brick hat typischerweise mehrere Anschlüsse für Bricklets. Über den Brick werden die angeschlossenen Bricks gesteuert.
Es gibt einen extra Abschnitt für abgekündigte Bricklets.
Name |
Beschreibung |
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Misst Beschleunigung in drei Achsen |
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Misst IAQ Index, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Luftdruck |
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Misst Umgebungslicht bis zu 64000Lux |
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Misst Gleichspannung zwischen 0V und 42V |
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Erzeugt konfigurierbare Gleichspannung zwischen 0V und 12V |
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Misst Luftdruck und Höhenänderungen |
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Misst Luftdruck und Höhenänderungen |
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Macht alle Bricklet Signale zugänglich |
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Kommuniziert mit CAN-Bus Geräten |
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Kommuniziert mit CAN-Bus Geräten |
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Misst CO2-Konzentration, Temperatur und Luftfeuchte |
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Misst Farbe (RGB Wert), Beleuchtungsstärke und Farbtemperatur |
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Misst Farbe (RGB Wert), Beleuchtungsstärke und Farbtemperatur |
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3-Achsen Kompass mit 10 Nanotesla und 0,1° Auflösung |
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Steuert einen Gleichstrommotor mit bis zu 28V und 5A (Peak) |
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Misst Entfernung bis zu 150cm mit Infrarot-Licht |
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Misst Entfernung bis zu 150cm mit Infrarot-Licht |
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Misst Entfernung zwischen 30cm und 500cm mit Ultraschall |
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DMX Master und Slave |
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Zwei Taster mit eingebauten blauen LEDs |
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Misst Staubdichte |
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Dreifarbiges 296x128 E-Paper-Display |
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Misst Spannung, Strom, Energie, Wirk-/Schein-/Blindleistung, Leistungsfactor und Frequenz |
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Bestimmt Position, Geschwindigkeit und Höhe mittels GPS |
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Bestimmt Position, Geschwindigkeit und Höhe mittels GPS |
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Detektiert Magnetfelder |
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Misst magnetische Flussdichte zwischen -7mT und +7mT |
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Misst relative Luftfeuchtigkeit |
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Voll ausgestattetes AHRS mit 9 Freiheitsgraden |
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Erzeugt konfigurierbare Gleichspannung und -strom, 0V bis 10V und 4mA bis 20mA |
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4-Kanal Zähler bis zu 4MHz |
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4 galvanisch getrennte digitale Eingänge |
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4 galvanisch getrennte digitale Ausgänge |
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4 galvanisch getrennte digitale Ausgänge |
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Misst zwei Gleichströme zwischen 0mA und 20mA (IEC 60381-1) |
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Misst zwei Gleichströme zwischen 0mA und 20mA (IEC 60381-1) |
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2 Eingänge die AC-Spannungen von bis zu 230V detektieren können |
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Zwei Relais um Wechselstromgeräte zu schalten |
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Misst zwei Gleichspannungen zwischen -35V und +35V mit jeweils 24Bit Auflösung |
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Zwei Relais um Gleich- und Wechselstromgeräte zu schalten |
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Liest Temperaturen von Pt100 und Pt1000 Sensoren |
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4 galvanisch getrennte Halbleiterrelais (Solid State Relais) |
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16 digitale Ein- und Ausgänge |
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16 digitale Ein- und Ausgänge |
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4 digitale Ein- und Ausgänge |
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Trennt Verbindung zwischen Bricklets und Bricks galvanisch |
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2-Achsen Joystick mit Taster |
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2-Achsen Joystick mit Taster |
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Misst Entfernung bis zu 40m mit Laser-Licht |
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7,1cm (2,8inch) Display mit 128x64 Pixel und Touchscreen |
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20x4 Zeichen alphanumerisches Display mit blauer Hintergrundbeleuchtung |
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Steuert bis zu 2048 RGB(W) LEDs |
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Misst Reflektivität einer Oberfläche |
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59mm Linearpotentiometer |
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59mm Linearpotentiometer |
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Misst Gewicht mit einer Wägezelle |
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Passiver Infrarot (PIR) Bewegungssensor mit 12m Reichweite und dimmbarer Beleuchtung |
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Motorisiertes Linearpotentiometer |
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Kapazitiver Touch Sensor für 12 Elektroden |
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Kapazitiver Touch Sensor für 12 Elektroden |
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NFC Tag Lesen/Schreiben, NFC P2P und Card Emulation |
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3,3cm (1,3inch) OLED Display mit 128x64 Pixel |
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1,68cm (0,66inch) OLED Display mit 64x48 Pixel |
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Kommuniziert mit bis zu 64 1-Wire Geräten |
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433MHz Empfänger für Außen-Wetterstation |
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Misst Feinstaub concentration (PM1.0, PM2.5 und PM10) |
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Steuert einen Gleichstrommotor mit bis zu 36V und 10A |
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Erzeugt Piepton mit konfigurierbarer Frequenz |
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Erzeugt Piepton und Alarm mit konfigurierbarer Lautstärke und Frequenz |
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Batteriegepufferte Echtzeituhr |
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Batteriegepufferte Echtzeituhr |
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Steuert Funksteckdosen und empfängt Signale von Fernbedienungen |
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Steuert eine RGB LED |
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Taster mit eingebauter RGB LED |
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360° Drehgeber/Drehencoder mit Taster |
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300° Drehpotentiometer |
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300° Drehpotentiometer |
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Kommuniziert mit RS232 Geräten |
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Kommuniziert mit RS232 Geräten |
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Kommuniziert mit RS485/Modbus Geräten mit voll- oder halb-duplex |
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Vier 7-Segment-Anzeigen mit schaltbarem Doppelpunkt |
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Vier 7-Segment-Anzeigen mit schaltbare Punkten |
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Steuert bis zu 10 RC Servos |
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Steuert einen bipolaren Schrittmotor lautlos mit bis zu 46V und 1,6A pro Phase |
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Schaltet AC und DC Halbleiterrelais (Solid State Relais) |
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Misst Schallintensität |
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Misst Schalldruck in dB(A/B/C/D/Z) |
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Misst Umgebungstemperatur mit 0,5°C Genauigkeit |
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Misst Umgebungstemperatur mit 0,2°C Genauigkeit |
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Kontaktlose Objekttemperaturmessung zwischen -70°C und +380°C |
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80x60 Pixel Wärmebildkamera |
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Misst Temperatur mit Thermoelementen |
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Erkennt Neigung des Bricklets (Neigungsschalter offen/geschlossen) |
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Misst UV-A, UV-B und UV Index |
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Misst Leistung, Gleichspannung und Gleichstrom bis zu 720W/36V/20A |
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Entwicklungsboard für Infineon XMC1400 Mikrocontroller |
Master Extensions¶
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Wird ein Master Brick alleine oder im Stapel eingesetzt, läuft die Kommunikation über seine USB Schnittstelle. Master Extensions erweitern die Kommunikationsmöglichkeiten von Master Bricks. Es gibt kabelgebundene (RS485, Ethernet) und drahtlose Master Extensions (WIFI). Anstatt über USB können Bricks und Bricklets somit über WLAN (Wi-Fi) oder Ethernet gesteuert werden. Über RS485 ist eine Vernetzung untereinander, auch über größere Strecken, möglich.
Aus Programmierersicht sind die verschiedenen Kommunikationsmöglichkeiten transparent. Ein Stapel mit Master Extension verhält sich so, als wären alle Bricks einzeln per USB am PC angeschlossen.
Das bedeutet: Während Programme entwickelt werden, können allen Bricks einzeln per USB am PC angeschlossen werden. Wenn später die Bricks gestapelt und/oder über eine Master Extension angebunden werden sollen, funktioniert das zuvor geschriebene Programm ohne Änderungen weiter.
Es gibt einen extra Abschnitt für abgekündigte Extensions.
Name |
Beschreibung |
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Kabelgebundene Ethernet Verbindung zwischen Stapel und PC |
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Kabelgebundene RS485 Verbindung zwischen Stapeln |
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Drahtlose WLAN Verbindung zwischen Stapel und PC |
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Drahtlose WLAN Verbindung zwischen Stapel und PC |
Stromversorgungen¶
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Nahezu alle Bricklets werden über den Brick, an dem sie über das Brickletkabel angeschlossen sind, mit Strom versorgt. Sollte das Bricklet eine andere Art von Stromversorgung benötigen, so ist dieses in der Dokumentation des Bricklets beschrieben.
Wie ein Brick und seine an ihm angeschlossenen Bricklets mit Strom versorgt werden können, ist in der Dokumentation des Bricks beschrieben. Die meisten Bricks können per USB-C mit Strom versorgt werden oder verfügen über einen DC Eingang.
Wenn ein Master Brick zusammen mit einem Brick-Stapel eingesetzt wird, so kann der gesamte Stapel mit allen angeschlossenen Bricklets über die USB Verbindung des Masters mit Strom versorgt werden. Diese Möglichkeit ist durch die USB-Spezifikation auf 500mA beschränkt. Ein großer Stapel kann einen höheren Stromverbrauch aufweisen.
Um auch größere Stapel mit Strom versorgen zu können, kann die Step Down Power Supply eingesetzt werden. Diese ist genauso groß wie der Master Brick, besitzt einen weiten DC-Spannungseingang und wird unter den Stapel gesteckt.
Eine weitere Alternative zur Stromversorgung eines Stapels ist der Einsatz der Ethernet Extension mit PoE. Über Power-over-Ethernet (PoE) kann dann der Stapel über das Netzwerkkabel mit Strom versorgt werden.
Name |
Beschreibung |
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Versorgt einen ESP32 Brick oder ESP32 Ethernet Brick mit 5V |
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Versorgt einen Stapel von Bricks mit 5V |
Konzepte¶
Stapel aus Master Bricks¶
Ein spezieller Brick ist der Master Brick. Dieser 4x4cm Brick verfügt über eine USB-C Schnittstelle über die er und seine angeschlossenen Bricklets gesteuert werden können. Master Bricks können gestapelt werden, so dass mehr Anschlüsse für Bricklets zur Verfügung stehen.
Der unterste Master Brick kümmert sich um die Kommunikation aller anderen Teilnehmer im Stapel: Er routet Nachrichten zwischen den Teilnehmern und dem steuernden Gerät. Es ist also nur eine USB-Verbindung notwendig, um die Bricks und Bricklets eines Stapels zu steuern. Aus Benutzersicht verhält sich ein Stapel so, als wären alle Bricks einzeln per USB am Gerät angeschlossen. Das Stapel-Tutorial beinhaltet weitere Informationen über Stapel.
Über Master Extensions kann die USB-Verbindung eines Stapels durch Ethernet, WLAN (Wi-Fi) oder RS485 ersetzt werden. Reicht die Stromzufuhr über USB nicht aus, kann ein Stapel auch mit einer Stromversorgung betrieben werden.
Programmierung/API¶
Eine generelle Beschreibung der Programmierschnittstelle kann hier gefunden werden. Eine Übersicht der API Bindings für die jeweilige Programmiersprache befindet sich hier. Die API eines Produkts ist auf der jeweiligen Produktseite dokumentiert. Dort finden sich auch spezifische Programmbeispiele für jedes Produkt in jeder unterstützen Programmiersprache.
Die folgenden Tutorials bilden einen Einstieg in die Verwendung von Bricks und Bricklets: