Arduino Grundlagen Teil 1: Der Arduino im Detail

Arduino Grundlagen Teil 1

Arduino Grundlagen

Arduino ist eine Art Oberbegriff geworden, bzw. hat sich meiner Meinung nach als Oberbegriff etabliert. Sagen wir einfach erst mal, ein Arduino ist eine Blackbox (ein kleines Zauberkästchen), in der irgendwelche Hexerei von statten geht und auf einmal passiert irgendwas (hoffentlich Erwartetes). Ich drücke einen Taster  und eine LED leuchtet auf. Die Temperatur im Raum ändert sich, wodurch sich ein Servo bewegt. Eine Lampe (z.B. Nachtlicht) leuchtet, aber sobald ich im Zimmer das Deckenlicht anschalte oder die Sonne aufgegangen ist, geht die Lampe aus.

Mit einem Arduino kann man also, einfach gesagt, auf die Umgebung reagieren (Sensor) und die Umgebung verändern (Aktor). Dazu steht uns eigentlich alles zur Verfügung, was uns die Wunderwelt der Elektronik heutzutage bietet (also quasi alles, was es an Sensoren, Aktoren und Übertragungstechniken gibt). Um das zu ermöglichen, hat ein Arduino Eingänge, die man auslesen und Ausgänge, die man beschreiben/setzen kann. Man muss dem Arduino aber noch sagen, was er tun soll. Sonst schaltet man ihn an und es … passiert rein gar nichts. Okay, die Power-LED leuchtet auf, aber das ist ja nach einem ersten „Heureka, es lebt!“ auch nicht wirklich befriedigend.

Was ist das Tolle an einem Arduino?

Um einen Arduino also mit Leben zu füllen, wird noch ein Programm benötigt. Bei einem Arduino wird solch ein Programm meist als Sketch (engl. Skizze) bezeichnet. Aus dem Programm/Sketch wird in diesem Fall keine Software, sondern eine so genannte Firmware. Der Unterschied zwischen Software und Firmware (vom englischen firm = fest) ist, dass eine Firmware fest in einem elektronischen Gerät verankert ist und normalerweise nicht vom Anwender verändert werden kann. Um die Firmware zu erstellen, brauchen wir aber wieder eine Software. Die Software heißt in diesem Fall Arduino IDE. IDE steht für Integrated Development Environment, also integrierte Entwicklungsumgebung. Solch eine Entwicklungsumgebung besteht aus verschiedenen Einzelkomponenten, die wir uns jetzt aber nicht näher anschauen wollen.

 

Arduino Ethernet Shield

Beispiel für ein Arduino Board: das ETHERNET SHIELD

Jetzt kommen wir zum für mich ersten tollen Punkt an einem Arduino. Und zwar die Programmierung. Man kann einen Arduino ganz normal in C/C++ programmieren. Ja, jetzt höre ich schon Leute innerlich aufschreien: „C++!?! Weißt Du wie kompliziert das ist?!?“ Ähm… ja! Ich würde mich auf keinen Fall als guten Programmierer bezeichnen, konnte bisher aber alles realisieren, was ich realisieren wollte. Dazu gehörte auch nur zu oft C++. Aber keine Sorge, Du musst kein C++ können, um einem Arduino Kunststücke beizubringen. Die Entwickler haben Arduino (jetzt meine ich die Programmierung, nicht die Hardware) auf Basis der Sprache Processing entwickelt.

Wofür sind Arduinos entwickelt worden?

Processing und Arduino (diesmal Hardware und Software) wurden von Designern für Designer entwickelt, damit diese schnell und einfach etwas programmieren/realisieren können. Dadurch ist auch die Programmierung eines Arduino (jetzt ist wieder die Hardware gemeint!) sehr einfach geworden. Wie das genau aussieht, schauen wir uns natürlich noch im Detail an. Aber wir behalten im Hinterkopf:

„Arduinos sind einfach zu programmieren und wir können schnelle Erfolge erzielen!“ – Versprochen!

Es gibt noch viele andere Punkte, die einem die Arbeit mit Arduinos versüßen, aber wir wollen uns ja noch ein paar Bonbons für später aufheben.

Fassen wir also zusammen:

Es gibt eine Arduino Software (die Arduino IDE), in der ein Programm (Sketch) geschrieben wird. Die Arduino IDE macht daraus eine Firmware, welche dann auf die Arduino Hardware geladen wird. Und diese macht dann irgendwelche tollen Sachen für uns!

Zum Glück werden uns die Arduino IDE und die Hardware (also die Boards) schon fertig zur Verfügung gestellt. Beides steht Open-Source zur Verfügung, weshalb quasi jede Firma Arduino Boards (in diesem Fall besser gesagt Arduino-kompatible Boards) entwickeln und vertreiben kann/darf. Das genaue Lizenz-Modell interessiert uns an dieser Stelle wohl eher nicht, da wir die Boards ja privat nutzen und nicht entwickeln und verkaufen wollen.

Was sind die Vorteile von Arduinos?

Die Vorteile von Arduinos sind:

  • die fertige Hardware (also die Boards)
  • eine sehr einfache Programmiersprache
  • viele Quellen mit Beispielen und Hilfen
  • der Open-Source Gedanke
  • der günstige Preis

Prototypen lassen sich durch Zusammenstecken auf Breadboards (engl.: Frühstücksbrettchen) schnell realisieren. Funktioniert der Prototyp, kann die fertige Schaltung auf Lochraster-Platinen fest aufgebaut werden. Die Stromverbrauch eines Arduinos ist recht gering, meist verbraucht die zusätzlich angeschlossene Hardware weit mehr Strom, als der Arduino selber. Je nach Aufgabe bzw. Anforderung, kann ein Arduino auch über eine kleine Batterie betrieben werden. Die Einsatz-Möglichkeiten sind dadurch also so gut wie unbegrenzt.

Das sind meiner Meinung nach die Vorteile eines Arduinos gegenüber anderen µC-Boards.

Was sind die Nachteile von Arduinos?

Eigentlich sind mir keine Nachteile bewusst, bzw. es gibt keine Dinge, die mich an Arduinos stören. Ein einziger Punkt wären Nachbauten. Da prinzipiell „jede“ Firma Arduino (kompatible) Boards herstellen und verkaufen kann, findet man auf verschiedenen Plattformen Boards, die „billige“ (ich meine wirklich billige, nicht günstige) Nachbauten sind. Sie werden aber oftmals als „original“ Arduino angepriesen. Da die Firma Arduino nichts dafür kann, würde ich das aber nicht „Arduino“ selber zuschreiben.

Was ist ein Arduino in einem Satz erklärt?

In einem Satz: Der Kindheitsraum eines jeden Bastlers, Tüftlers und Hobbyisten!

Spaß beiseite! Also, Arduino…

  • ist eine Open-Source Plattform
  • basiert auf einfach zu nutzender Hard- und Software
  • erlaubt das schnelle Erstellen von Prototypen.

Arduinos sind meiner Meinung und Erfahrung nach für jedermann geeignet, der irgendwelchen Objekten Leben einhauchen will. Man muss dafür kein großes Wissen oder Vorkenntnisse mitbringen, sondern einfach ein bisschen Spaß am Basteln und Tüfteln haben. Ist man dann auch noch motiviert ein bisschen zu lesen und ein paar Dinge zu testen, bleibt der eigenen Kreativität beim Verwirklichen seiner Ideen keine Grenzen mehr gesetzt.

Ich denke, aller Anfang ist leicht, nur das Durchhalten ist schwer. Schwer aber auch nur dann, wenn man keinen Spaß an etwas hat oder einem die nötige Unterstützung fehlt. Aber dafür hast Du jetzt ja uns!

Wir könnten uns jetzt noch stundenlang theoretisch über Arduinos, µC und LED-Farben unterhalten, aber richtig lernen werden wir erst etwas, wenn wir einfach loslegen. Für die ersten von vielen coolen Projekten braucht man keinen teuren Arduino. Mit einem >> Arduino Nano lässt sich das Meiste schon realisieren. Starten wir am besten direkt durch. Mit unserem ersten Programm lassen wir einfach eine LED blinken (>> Eine LED blinken lassen – Dein 1. eigenes Programm!). Danach geht es rasant weiter!

 


Arduino Grundlagen Kurs im Überblick:

>> Teil 1: Der Arduino im Detail
>> Teil 2: Die Bauteile des Arduino
>>Teil 3: Ein Programm auf einen Arduino laden
>> Teil 4: Eine LED blinken lassen!
>> Teil 5: Eine externe LED blinken lassen
>> Teil 6: Die LED Schaltung im Detail
>> Teil 7: Mehrere LEDs ansteuern & blinken lassen
>> Teil 8: Eine LED dimmen
>> Teil 9: Mehrere LEDs dimmen
>> Teil 10: Taster an Arduino anschließen
>> Teil 11: Serielle Schnittstelle
>> Teil 12: Softwareserial Library

3 Kommentare zu "Arduino Grundlagen Teil 1: Der Arduino im Detail"

  1. “”findet man auf verschiedenen Plattformen Boards, die „billige“ (ich meine wirklich billige, nicht günstige) Nachbauten sind.””
    Hi,
    nur so mal als grobe Richtung damit man weis wo billig aufhört und günstig anfängt.
    Was sollte denn ein günstiges Board kosten?
    MfG Klaus

    • Hallo Klaus,
      jetzt müssen wir ein wenig ausholen 😉
      Bei eBay findet man schon Arduino Nachbauten für 2-5€, die aus China oder Hong Kong versendet werden. Einige davon funktionieren auch recht gut, andere konnten wir gar nicht zum Arbeiten bewegen. Manchmal gibt es bei ihnen Probleme mit dem verbauten FTDI und Windows Rechnern. Das ist also ein bisschen ein Glücksspiel ob sie funktionieren, auch wenn die Chancen gut stehen „können“.
      Bisher waren gute Anlaufstellen Conrad.de, EXP-Tech.de, Reichelt.de und Watterott.com (alphabetisch ohne Wertung). Diese Händler haben originale Arduinos aber auch Nachbauten von etablierten Firmen. Gute Erfahrungen haben wir beispielsweise (neben den Originalen) mit den Arduinos von Seeed Studio (heißen dann Seeeduino) oder Watterott (Wattuino) gemacht.
      Welches Modell hängt etwas davon ab, wie man arbeiten möchte. Arduinos in Richtung Leonardo, Uno, Mega und so weiter haben den Vorteil, dass sie Buchsen verbaut haben. Man kann Bauteile also direkt anstecken. Kleinere Arduinos Richtung Mini, Micro oder Nano eignen sich besser, um sie auf ein Breadboard zu stecken, so wie wir es in den Beispielen zeigen.
      Vorteilhaft ist ein direkt verbauter USB-Anschluss. Ob Mini oder Micro USB ist dabei natürlich Geschmackssache.
      Hilft Dir das schon weiter?
      Viele Grüße, Micha

  2. Hallo Micha,
    ja Danke das hilft mir weiter. Das finde ich übrigens eine super Idee zusätzlich zu der erstklassigen Bauanleitung auch noch ein Coptermagazin bereitzustellen.
    MfG Klaus

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