Arduino-Kurs

Im ersten Teil möchte ich auf die Voraussetzungen, die generellen Funktionen und Möglichkeiten sowie auf die verfügbare Hardware eingehen.

Was ist Arduino?

Arduino nennt sich im Allgemeinen die Plattform der Hardware und der Software. Sie wurde ursprünglich für Künstler, Designer usw. entwickelt, die in ihre Werke Elektronik einbauen wollen und sich nicht mit komplizierter Maschinensprachenprogrammierung auseinandersetzen sondern mit wenigen und klaren Befehlen schnell zu Ergebnissen kommen wollen.

Das Herz aller "Arduinos" ist immer ein Mikroprozessor der Firma Atmel aus der AVR-Reihe. Es handelt sich um 8-Bit-Prozessoren mit RISC-Befehlssatz mit 8 bzw. 16 MHz.

Auf den Arduino-Boards sind alle nötigen Bauteile bereits vorhanden, damit der Prozessor funktioniert, also Spannungsregelung, Quarz usw.

Dazu befindet sich noch eine USB-Buchse auf dem Board, über die die Schaltung mit dem Computer verbunden und programmiert wird.

Arduino NANO

Arduino-Nano

Welche Voraussetzungen braucht man?

Grundsätzlich sollte man die Grundlagen der Elektrotechnik beherrschen, also schon mal einen Lötkolben in der Hand gehalten und die ein oder andere Schaltung zusammengelötet, wissen, wie ein Transistor funktioniert usw.

Vorkenntnisse in der Programmierung von Mikroprozessoren sind nicht unbedingt nötig. Wer es trotzdem schon mal gemacht hat, wird sich sehr schnell zurechtfinden. Vielleicht sollte man wissen, was ein Byte, ein Bit usw. ist.

Was kann ein Arduino?

Der Atmel-Prozessor bringt von Hause aus viele Möglichkeiten mit, ihn zu beschalten und mit seiner Umgebung zu kommunizieren. All diese Möglichkeiten sind auf den Arduino-Boards ebenfalls nutzbar.

Diese sind u.a.:

Digitale Ein- und Ausgänge
Analoge Ein- und Ausgänge
Kommunikation über RS232, i2c, TWI, SPI, 1-Wire usw.
Ausgänge mit Pulsweitenmodulation ansteuern

Die Anzahl der Anschlüsse variiert je nach Arduino und sind mit Stiftleisten nach außen geführt, so dass man das Board bequem auf eine selbst angefertigte Platine stecken oder mit Hilfe von Drähten verdrahten kann.

Was sind Arduino-Shields?

Damit man nicht jedes Mal eine Standard-Schaltung entwerfen und aufbauen muss, gibt es solgenannte "Shields".

Das sind Module, man fertig aufgebaut kaufen kann und man direkt auf die Hauptplatine mit dem Prozessor stecken kann. Sie passen allerdings mechanisch nur auf die beiden größten Boards (Uno und Mega). Nutzen kann man sie jedoch auf allen Boards, man muss dann nur die Verdrahtung selber vornehmen.

Es gibt unzählige Shields. Hier einige Beispiele:

LCD-Shield: enthält z.B. ein Display mit 2 Zeilen mit jeweils 16 Zeichen in den unterschiedlichsten Farben.
Motor-Shield: zum Anschluss von Schrittmotoren, DC-Motoren zur Drehzahlregelung über Pulsweitenmodulation, ansteuern von Servos aus dem Modellbau.
Ethernet-Shield: hiermit lässt sich die Kommunikation z.B. über TCP/IP aufbauen. Mit wenigen Zeilen ist ein Webserver programmiert, damit man z.B. Messwerte von irgendwo über das Internet abrufen kann. Oft enthält dieses Shield noch ein Lesegerät für eine SD-Karte, auf der ganze Webseiten, Messwerte usw. gespeichert werden können.
GPS-Shield: fertiger GPS-Empfänger, aus dem die aktuelle Position und Uhrzeit vom Prozessor gelesen werden können.
DCF-77-Shield: empfängt die Funksignale vom Zeitzeichensender.
GSM-Shield: bestückt mit einer Sim-Karte kann mit diesem Shield über das Handynetz über GPRS usw. kommuniziert werden.
433MHz-Shield: zur Kommunikation über das ISM-Band
Keypad-Shield: enthält einen Ziffernblock zur Eingabe von Zahlen.
MP3-Shield: enthält einen Decoder zum Abspielen von MP3-Dateien.

Zu jedem Shield gibt es fertige Bibliotheken mit Dokumentation, die man in das Programm nur einbinden und sofort nutzen kann.


Motor-Shield	LCD-Shield

Was kann man mit dem Arduino noch alles machen?

Generell eignen sich die Arduinos für alle Anwendungen, in denen irgendetwas gesteuert, gemessen, geregelt, kommuniziert usw. werden muss. Hier nur einige Bespiele:

Rotorsteuergerät: Der Arduino wertet die aktuelle Position des Rotors aus und zeigt sie auf einem LCD-Display. Zusätzlich kann man eine Sollposition über eine Tastenfeld eingeben, die dann automatisch angefahren wird. Weiterhin kann man die Befehle von einem PC-Programm zur Steuerung des Rotors zur Satellitenkomunikation auswerten und weiterleiten.
Programmierung von PLL-ICs über z.B. I2C mit QRG-nzeige usw.
Aufbau einer CQ-Rufmaschine mit dem MP3-Shield mit Steuerung des Transceivers.
Solarladeregler: Überwacht die Ladung einer Batterie und schaltet bei Erreichen der Ladeschlussspannung ab.

Welchen Arduino nehme ich?

Es gibt rund 10 verschiedene Typen. Allen gemeinsam ist i.d.R. immer ein USB-Schluss zum Programmieren sowie die nötige Grundbeschaltung zum Betrieb.

Am weit verbreitesten und für erste Versuche am geeignetesten ist der Arduino Uno und der Mega. Der Mega hat lediglich ein paar mehr Aus- und Eingänge.

Schön sind die Arduino Nano und Micro, da sie sehr klein sind (IC-Größe, DIL-Gehäuse).

Arduino UNO

Original Arduino oder Nachbauten aus China?

Da das ganze Systen Open Source ist und keine Kopierechte bestehen, gibt es zig Anbieter der Boards und Shields. Ich habe bis jetzt keine schlechten Erfahrungen mit Modulen aus China gemacht. Beim Kauf (über Ebay oder so) sollte man nur darauf achten, dass der Vertrieb aus Deutschland passiert. Somit spart man sich die Rennerei zum Zoll und kann ggf. leichter reklamieren. Empfehlungen kann ich bei Bedarf geben.

Woher bekomme ich die Software zum Programmieren?

Einfach auf ardiono.cc gehen und runterladen und installieren. Es gibt die Programmierumgebung für die gängigen Betriebssysteme Linux und MacOS sowie für das weniger gängige und wenig verbreitete Windows.

73 de Max DH7AHK

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