Was ist ein Arduino?

Dieser Leitfaden enthält Informationen für Arduino-Benutzer. Der Leitfaden soll erklären, was Arduinos sind, was sie können, welche Typen es gibt, wie sie programmiert werden, und Projektideen liefern.

Der Arduino ist ein in Italien entwickeltes elektronisches Board. Es ist nach Arduino d'Ivrea benannt, der um das Jahr 1000 Markgraf von Ivrea (Piemont, Italien) und auch König von Italien war (eigentlich war „Arduino“ der Name der Bar in Ivrea, in der sich die Gründer des Projekts trafen, aber die königliche Verbindung angesichts der Art und Weise, wie sich diese Lösung durchgesetzt hat, erscheint passender).

Der revolutionärste Aspekt des Projekts liegt in der Tatsache, dass es sich um ein Open-Source-Projekt handelt, sowohl was die Hardware (Platine) als auch was die Software betrifft. Es gibt tatsächlich eine Software namens „Arduino“, mit der die Programme geschrieben werden, die dann zur Ausführung auf das Board übertragen werden. Die Programmiersprache basiert auf Wiring, und die Software auf Processing.

Das Arduino-Projekt wurde ursprünglich für Bildungszwecke konzipiert, um Lernende in die Programmierung und in elektronische Aspekte einzuführen, z. B. durch die Verwendung einfacher 8-Bit-Boards. Es fand dann Anwendung in konstruktivistischen Lehransätzen sowie in fortgeschritteneren Bereichen der Forschung und der Implementierung automatisierter Prozesse (z. B. IoT, Robotik, 3D-Druck, Heimautomatisierung usw.).

Von seinen eher bescheidenen Anfängen hat es sich zur Grundkomponente der meisten Roboter und Automatisierungssysteme entwickelt, die in der Industrie und der Hausautomatisierung zu finden sind. Seine Popularität hat drei Gründe: eine clevere Mischung aus sekundären Chips und einem leistungsfähigeren Chip, dem Mikrocontroller, extrem günstige Kosten im Vergleich zu anderen Lösungen und die Leichtigkeit, mit der seine Programmiersprache erlernt werden kann.

Was kann man mit einem Arduino machen?

Die Antwort auf diese Frage ist recht einfach: Die Möglichkeiten sind endlos. Da es sich um eine kostengünstige Lösung handelt, kann jeder begeisterte Heimwerker versuchen, etwas zu bauen, das im Falle eines Scheiterns keine großen Auswirkungen hat.

Mit ein paar Arduinos, einem preiswerten Quadcopter-Rahmen und einem GPS kann eine voll funktionsfähige Drohne gebaut werden. Alle Arten von Robotern können auf der Grundlage eines Arduinos gebaut werden, und mithilfe von Gehirnsensoren haben Forscher sogar gehirngesteuerte Roboter hergestellt. Tatsächlich scheinen alle Arten von Sensoren nützliche Anwendungen zu finden, wenn sie mit Arduino kombiniert werden, wie z. B. Geschwindigkeitssensoren für Kameras, Bewegungsmelder für Sicherheitsvorrichtungen, Gasdetektoren zur Messung der Luftqualität oder sogar Lichtsensoren (z. B. zum Bau von Sonnenkollektoren, die die Position der Sonne für maximale Effizienz verfolgen). Infrarotsensoren wurden verwendet, um eine DIY-Herzschlagmessmaschine zu bauen.

Um mit dem Experimentieren mit Arduino-Boards beginnen zu können, ist es wichtig, neben einigen Sensoren auch diese 4 Zubehörteile zu besitzen:

Steckbretter (mindestens ein paar)
Jumper (die Drähte mit den Steckern)
Widerstände
LEDs in verschiedenen Farben

Um die Verbindungen zwischen den Löchern in den Platinen herzustellen, werden Jumper verwendet, von denen man viele benötigt. Aber sie sind günstig und immer in allen Arduino-Bausätzen enthalten. Widerstände werden verwendet, um Spannung oder Strom zu begrenzen, und sind ein Muss in jeder elektronischen Schaltung, selbst in der einfachsten. Sie werden auch verwendet, um eine einfache LED oder einen Elektromotor anzuschließen. LEDs sind „Mini-Glühbirnen“ mit sehr geringem Stromverbrauch. Sie sind in jedem elektronischen Gerät allgegenwärtig und befinden sich auf dem Arduino UNO-Board und in allen Arduino-Bausätzen.

Eine Einführung in die verschiedenen Arduino Boards

Auf der offiziellen Arduino-Website sind über 30 Boards aus sechs Produktfamilien aufgeführt. Das macht die Wahl des richtigen Boards vielleicht etwas komplizierter, aber tatsächlich deckt das Angebot ein breites Spektrum an Anwendungen und Möglichkeiten ab.

Das Arduino UNO (R3) ist mit Sicherheit das beliebteste Board, für das es eine Vielzahl von Anwendungen gibt. Die meisten Zusatzplatinen und Zubehörteile wurden für diese Version von Arduino entwickelt und die berühmten „Shields“ sind in der Regel für den Arduino UNO konzipiert. Es hat alles, was man benötigt, um sofort loslegen zu können. Er basiert auf einem ATmega328P-Mikrocontroller und verfügt über 20 getrennte Kanäle für INPUT und OUTPUT. Alle diese Kanäle können zum Lesen von digitalen Signalen (Null und Eins) verwendet werden, während sechs Kanäle doppelt verwendbar sind und auch analoge Signale lesen. Er verfügt über eine Standard-Stromversorgungsbuchse, eine Reset-Taste, eine serielle Programmierschnittstelle (ICSP) und einen USB-Anschluss. Mit dieser Ausstattung deckt er die Bedürfnisse von Anfängern und darüber hinaus ab.

Wenn viele Sensoren und Ebenen zu steuern sind, dann ist die richtige Lösung etwas mit mehr Funktionen als der Arduino MEGA 2560 Rev3. Er ist mit 54 Eingangs-/Ausgangsleitungen (Pins) ausgestattet und obwohl er etwas teurer ist als der Arduino UNO, teilt er dessen endlose Bibliothek an vorgefertigten Anwendungen. Der Arduino MEGA funktioniert genau wie der UNO und daher ist es nicht notwendig, die verfügbare Software anzupassen oder nach einer speziellen Dokumentation für dieses Produkt zu suchen.

Der Arduino Micro wurde in Zusammenarbeit mit dem Elektronik-Bastelunternehmen Adafruit entwickelt und verfügt über den ATmega32U4-Prozessor. Seit Jahren ist er der Maßstab für alle, die eine extreme Miniaturisierung bei gleichzeitiger Qualität und Langlebigkeit anstreben. Er lässt sich leicht auf einem Breadboard montieren und verfügt über 20 E/A-Anschlüsse mit den üblichen 7 PWM-Pins und 12 Analogpins. Der Arduino Micro enthält den gleichen seriellen/USB-Konvertierungschip wie der Arduino Uno: weniger Kompatibilitätsprobleme mit Windows 10-Treibern und weniger IDE-Fehler beim Laden.

Der Arduino Leonardo ist dem Arduino Uno sehr ähnlich, wird jedoch mit dem ATmega32u4-Controller mit integrierter USB-Unterstützung geliefert. Der Arduino Uno hingegen kommt mit einem ATmega328 und benötigt einen separaten Chip für die USB-Kommunikation. Der Leonardo ist der erste Arduino mit einem Mikrocontroller und integrierter USB-Funktionalität.

Wie ist ein Arduino aufgebaut?

Es gibt einige Komponenten des Arduino-Boards, die man kennen muss, um den Arduino programmieren zu können. Wie aus der Graphik ersichtlich, handelt es sich bei Arduino im Wesentlichen um eine Hardwareplattform, die aus verschiedenen Leiterplatten mit integriertem Mikrocontroller, einem Spannungsregler und einer USB-Schnittstelle besteht, über welche die Platte mit einem Computer verbunden ist. Die Pins des Mikrocontrollers sind direkt mit den I/O-Anschlüssen (Input und Output) auf der Platine verbunden. Die Plattform umfasst auch eine Software (die Arduino IDE, siehe unten), die auf dem Computer ausgeführt wird, um die Platine zu programmieren.

Wie programmiert man einen Arduino?

Mit der Arduino IDE (Software) können Benutzer Programme schreiben und auf das Board hochladen. Die Arduino-Software-Seite bietet zwei Optionen:

Wenn eine zuverlässige Internetverbindung vorhanden ist, sollten Benutzer die Online-IDE (Arduino Web Editor) verwenden. Sie ermöglicht es, Skizzen in der Cloud zu speichern, sie zu sichern und von jedem Gerät aus darauf zuzugreifen. Sie gewährleistet auch die Verfügbarkeit der aktuellsten Version der IDE, ohne dass Updates oder von der Community generierte Bibliotheken installiert werden müssen. Wenn Offline-Arbeiten erforderlich sind, können die Benutzer die neueste Version der Desktop-IDE herunterladen.

Arduino Projektideen

Wie bereits erwähnt, sind die Projekt-Möglichkeiten vielfältig. Die Arduino-Website bietet eine Fülle von Anleitungen und Ideen, die für jeden Tüftler lesenswert sind.

Für Anfänger lohnt es sich, mit einigen bereits existierenden Projekten zu beginnen, wie dem sozialen Abstandssensor, während erfahrenere Benutzer sich mit der Erstellung eines tragbaren Gefrierschranks, der dem Besitzer folgt, oder der Bluetooth-basierten Steuerung eines Autos beschäftigen können. Neue Möglichkeiten ergeben sich auch im Thema LCD, vor allem um die Vielzahl an Kommunikations-Kanäle.

Zusammenfassung: Arduino

Arduino-Boards sind in der Welt der Tüftler, Forscher und Start-up-Unternehmer eine echte Bereicherung. Sie sind solide und leistungsstark, aber zu einem Preis, der ein Herantasten nach dem Trial-and-Error-Prinzip ermöglicht – es macht eigentlich nicht so viel aus, wenn etwas schiefgeht und ein Board kaputtgeht. Außerdem bieten sie dank der zahlreichen Module und des Ökosystems, das um sie herum aufgebaut ist, ein hohes Maß an Flexibilität. Und nicht zuletzt sind die Arduino-Boards ein großartiges Hilfsmittel für den Einsatz in Schulen und Universitäten, um SchülerInnen in die Welt der Elektronik und IT einzuführen.

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