Erik Bartmann - Mit Arduino die elektronische Welt entdecken

Falls du dich an dieser Stelle fragen solltest, was wohl ein Arduino-Board kosten mag und ob du nach dieser Investition deinen gewohnten Lebensstil fortführen kannst, kann ich nur sagen: Yep, du kannst! Das Board kostet um die 25€, und das ist wirklich nicht viel. Ich verwende in allen grundlegenden Kapiteln das Arduino Uno -Board. Und auch die anderen Bauteile, die wir in den Bastelprojekten verwenden werden, sind bezahlbar.

Abb. 1:Der Arduino Uno – das Original

Wenn du dich so richtig im Brass befindest und voll konzentriert bist auf etwas, was dir unheimlich viel Spaß macht, treten folgende Effekte auf:

Verminderte Nahrungsaufnahme, die zu kritischem Gewichts- und besorgniserregendem Realitätsverlust führen kann.

Unzureichende Flüssigkeitszufuhr bis hin zu Dehydrierung und vermehrter Staubentwicklung in der Umgebung.

Vernachlässigung sämtlicher hygienischer Maßnahmen wie Waschen, Duschen, Zähneputzen, verbunden mit erhöhtem Auftreten von Ungeziefer.

Abbruch jeglicher zwischenmenschlicher Beziehungen.

Lass es nicht so weit kommen und öffne ab und zu das Fenster, um zugewanderten Insekten das Verlassen des Zimmers zu ermöglichen und Frischluft und Sonnenlicht hereinzulassen. Um den oben genannten Effekten entgegenzuwirken, kannst du den Wecker stellen, damit du in regelmäßigen Zeitabständen zu einer Unterbrechung deiner Tätigkeit aufgefordert wirst. Ich möchte mich nach der Veröffentlichung dieses Buches nicht mit einer Beschwerdewelle konfrontiert sehen, die von erbosten Partnern oder vernachlässigten Freunden über mich hereinbricht. Sag also nicht, ich hätte dich nicht vor den Risiken gewarnt. Ich wünsche dir nun eine Menge Spaß und viel Erfolg beim Basteln mit deinem Arduino-Board!

Wie in der Einleitung erwähnt, wurde das Arduino-Projekt in Ivrea (Italien) an der dortigen Kunsthochschule entwickelt. In einer Kneipe nahe der Hochschule trafen sich gelegentlich Massimo Banzi und David Cuartielles, die 2005 das erste Arduino-Board entwickelten. Die Kneipe war nach Arduin von Ivrea benannt, der um das Jahr 1000 König von Italien war. Arduino ist seitdem die Bezeichnung sowohl für die Software als auch für die Hardware dieses Open-Source-Projektes.

In diesem Kapitel werde ich auf die Arduino-Hardware eingehen. Dabei werde ich auch wichtige Grundbegriffe und -themen erklären, die für die Mikrocontroller-Technik insgesamt von Bedeutung sind. Ich erkläre ausführlich, welche Bauteile zu einem Mikrocontroller gehören. Diese Komponenten befinden sich praktisch in jedem Mikrocontroller-Board, deshalb gehe ich ausführlich darauf ein. Und nebenher frische ich deine Physikkenntnisse ein wenig auf, indem ich einige Grundbegriffe wie Spannung oder Strom behandle.

Ich werde in diesem Kapitel – wie auch im gesamten Buch – mit dem Arduino Uno -Board arbeiten. Das Arduino-Uno-Board war das erste Board, das von den Arduino-Machern entwickelt und produziert wurde. Weitere Arduino-Boards kamen dann später hinzu, die technisch etwas besser wurden. Was bedeutet eigentlich besser? Wenn man sich Kennwerte wie Prozessortakt oder verfügbarer Arbeitsspeicher als Entscheidungskriterium für den Kauf eines neuen Arduino-Boards aussucht, dann gibt es sicherlich Boards, die besser geeignet sind, weil sie schneller arbeiten und größere Programme speichern und verarbeiten können. Doch das ist eben nicht immer besser. Für einen geeigneten Einstieg in die elektronische Bastlerwelt ist das Arduino-Uno-Board eben in meinen Augen die bessere Wahl, weil es sehr robust ist und sehr weite Verbreitung gefunden hat.

Der Arduino Yún beispielsweise ist sicherlich ein interessantes Board, das einiges an Erweiterungen wie das Betriebssystem Linux bietet. Dennoch hat sich das Board in der Bastler- und Hobbywelt nicht so richtig durchgesetzt, vermutlich auch, weil der Raspberry Pi bereits auf dem Markt war, als Arduino Yún erschien. Scheller und mehr ist eben nicht zwangsläufig auch besser.

Dennoch möchte ich einige wirklich gute Arduino-Bords anführen:

Arduino Leonardo

Arduino Mega 2560

Arduino Nano

Die genannten Boards unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Größe und Anzahl der Buchsen, also der Anschlussmöglichkeiten, um mit der Außenwelt in Verbindung zu treten. Des Weiteren haben sie unterschiedliche Prozessoren, Taktfrequenzen und Speichervolumen. Und dennoch arbeiten sie alle nach demselben Prinzip und können durch die einheitliche Arduino-Entwicklungsumgebung angesprochen und programmiert werden. Je nach Anwendungsgebiet und Erfordernissen ist das eine Arduino-Board vielleicht besser geeignet als das andere. Die einen benötigen ein Board mit vielen I/O-Pins und entscheiden sich beispielsweise für den Arduino Mega oder den Due. Andere wählen den Arduino Micro oder Nano aus, denn diese sind recht klein und passen wunderbar in kleine Gehäuse. Sie kommen dort zur Anwendung, wo das Platzangebot beschränkt ist.

Das Universalgenie ist in meinen Augen jedoch der Arduino Uno und er wird es wohl noch eine lange Zeit bleiben. Er bietet eine ideale Plattform für den Einstieg in die Mikrocontroller-Welt. Für ihn finden sich im Internet auch die meisten Tutorials, Projekte und Diskussionen. Steigen die Ansprüche für deine Projekte, ist es kein Problem, sich ein weiteres Arduino-Modell zuzulegen, denn die Preise sind wirklich moderat. Viele Bastler legen sich im Laufe der Zeit mehrere unterschiedliche Boards zu, um darüber auch mehr und mehr Erfahrungen zu sammeln, was in meinen Augen ein ganz normaler Entwicklungsfortschritt ist.

Über die nachfolgenden Links bekommst du Detailinformationen zu den gezeigten Boards:

Arduino Uno: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno

Arduino Mega: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560

Arduino Leonardo: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardLeonardo

Arduino Micro: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMicro

Arduino Nano: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardNano

Es gibt noch weitere zahlreiche Arduino-Boards und Erweiterungen, die unter den folgenden Adressen zu finden sind:

https://www.arduino.cc/en/Main/Products

https://www.arduino.cc/en/Main/Boards

Zu Beginn nehmen wir das Arduino-Board unter die Lupe. Auf der folgenden Abbildung habe ich einige der wichtigsten Komponenten auf der Platine markiert und beschriftet:

Wenn ich nun im Folgenden Details über das Arduino-Uno-Board aufliste, wird dir das eine oder andere vielleicht noch nicht ganz verständlich sein, aber ich verspreche, dass ich alle Details später ausführlich erläutere.

Abb. 1:Der Arduino Uno

Der Mikrocontroller ist das Herzstück des ganzen Arduino-Boards. Er ist quasi das Rechenzentrum des Arduino-Boards. Beim Arduino Uno kommt der Atmel AVR-Mikrocontroller vom Typ ATmega328 zum Einsatz. In der vorigen Abbildung 1ist es das große schwarze Bauteil mit den vielen Anschlüssen. Dieser Baustein wird von der amerikanischen Firma Microchip Technology Inc. hergestellt und ist in vielen Boards zu finden.