Der Arduino ist eine beliebte programmierbare Mikrocontroller-Platine, die um 2005 begann. Basierend auf den ATmega-Chips von Atmel bietet es eine kostengünstige Plattform, auf der eine Vielzahl von elektronischen Steuerschaltungen erstellt werden können. Das Programmieren und Verwenden des Arduino ist ziemlich einfach, was es für Studenten und Bastler sowie Elektronikingenieure attraktiv macht. Das Arduino-Board verfügt über standardmäßige 2,54 mm Stiftleisten, die eine einfache Verbindung mit Steckbrettern und anderen elektronischen Prototyping-Tools ermöglichen. Als Mikrocontroller eignet er sich gut zur Echtzeitsteuerung von Lichtern, Sensoren, Motoren und anderen Geräten. Eine florierende Gemeinschaft von Benutzern und Hardware- und Softwareanbietern unterstützt das Arduino, sodass Sie eine Vielzahl von Projekten in Angriff nehmen können.
Arduino vs. PC
Ein typischer PC oder sogar ein Smartphone hat weit mehr Speicher und Rechenleistung als ein Arduino, aber lassen Sie sich davon nicht abschrecken. Der Arduino ist auf einfache, sich wiederholende Aufgaben spezialisiert, wie zum Beispiel die Geschwindigkeitsregelung eines Motors. Es werden nicht mehrere anspruchsvolle Apps gleichzeitig mit Hochgeschwindigkeits-Farbgrafiken ausgeführt. Da der Fokus auf elektronischen Steuerungsanwendungen liegt, haben sich die Entwickler für ein kostengünstiges Design mit nur wenigen Komponenten entschieden.
Für Anfänger: Starter-Kit
An sich macht ein Arduino-Board nicht viel; Sie benötigen ein paar andere Komponenten, mit denen das Board interagieren und auf die es reagieren kann. Obwohl Sie ein eigenständiges Arduino kaufen können, verkaufen Hobby-Outlets praktische Kits, die Ihnen helfen, die Grundlagen der Hardware und Software zu erlernen. Neben dem Arduino-Board selbst enthält ein gutes Kit ein Steckbrett für das Prototyping, Widerstände, Leuchtdioden (LEDs) und andere elektronische Komponenten, Verkabelung und ein 9-V-Netzteil für die Stromversorgung der Arduino. Bessere Kits enthalten Anleitungen, die Sie durch den Aufbau und die Codierung von Schaltungen führen.
Um den Arduino zu programmieren, benötigen Sie einen Computer. Sie können einen Windows-PC, Mac oder Linux-Rechner verwenden. Sie müssen auch eine Kopie der Arduino Interactive Development Environment (IDE) herunterladen, die ein Texteditor ist, mit dem Sie Arduino-Code schreiben. Die IDE ist ein kostenlos erhältliches Open-Source-Programm.
Der Lichtblinker
Eines der einfachsten und einfachsten Arduino-Projekte ist der LED-Blinker. In diesem Projekt verwenden Sie das Arduino, um eine Standard-LED-Anzeige in einem Zyklus ein- und auszuschalten, der sich wiederholt, solange der Mikrocontroller eingeschaltet bleibt. Sie stecken das Anodenkabel der LED in einen der digitalen Ausgänge des Arduino und die Kathode in den Masseanschluss des Arduino. Normalerweise verwenden Sie LEDs mit einem strombegrenzenden Widerstand, aber Sie können mit einer „nackten“ LED davonkommen. Das Arduino-Board gibt nur bescheidene Strommengen aus, die die LED nicht braten können. Dieses einfache Projekt macht Sie mit der Arduino IDE, dem Hochladen von Programmen auf den Arduino mit einem USB-Kabel und den Grundlagen der Codierung vertraut. Der Erfolg, das Licht blinken zu sehen, stärkt Ihr Selbstvertrauen für anspruchsvollere Projekte.
Drücke deine Knöpfe
Obwohl das Arduino ohne Sensoren arbeiten kann, wie im Lichtblinker-Projekt, ist es nützlicher, wenn es auf Daten aus der realen Welt reagiert. Ein Tastschalter ist eine der einfachsten Möglichkeiten, den Arduino zu steuern. Damit es jedoch richtig funktioniert, müssen Sie einen 10K-Ohm-Widerstand in einer „Pull-down“-Konfiguration an den Schalter anschließen. Verdrahten Sie eines der Widerstandskabel mit dem positiven 5-Volt-Pin des Arduino und das andere Widerstandskabel mit dem digitalen Pin, den Sie steuern möchten. Verdrahten Sie eine Seite des Schalters mit dem gleichen digitalen Pin und die andere Seite des Schalters mit dem Massestift des Arduino. Der Pull-Down-Widerstand zwingt den digitalen Pin entweder auf eine hohe oder eine niedrige Spannung, sodass er nie bei einem mehrdeutigen Wert dazwischen "schwebt". Verwenden Sie in Ihrem Programmcode die Anweisung digitalRead(), um den Wert des Schalters zu lesen. Verwenden Sie einen anderen digitalen Pin, um eine LED zu blinken oder eine andere Aktion auszuführen, wenn Sie den Schalter drücken.
Licht- und andere Sensoren
Zu den einfacheren Sensoren des Arduino gehören neben Schaltern auch solche für Licht, Temperatur und Magnetismus. Variable Widerstände sind eine weitere Möglichkeit, einen Arduino zu steuern. Das Board verfügt über einen Satz analoger Eingangspins, mit denen Sie den Arduino mit Signalen steuern können, die zusätzlich zum Ein-Aus-Zustand des digitalen Pins kontinuierlich variieren.
Töne, Melodien und Geräusche
Die digitalen Ausgangspins des Arduino können einen kleinen handtellergroßen Lautsprecher ansteuern. Durch Einstellen eines digitalen Pins auf hohe und niedrige Werte bei Audioraten (etwa hundert Mal pro Sekunde) können Ihre Programme Töne im Lautsprecher erzeugen. Um ein Audiosignal zu erzeugen, erstellen Sie eine sich wiederholende Schleife, die den Pin auf High setzt, 5 Millisekunden verzögert und dann den Pin auf Low setzt und eine weitere 5-Millisekunden-Verzögerung durchführt. Bei einer Gesamtzykluszeit von 10 Millisekunden erzeugt der Lautsprecher einen Ton von 100 Hertz. Mit der richtigen Programmierung können Sie Tonleitern erstellen und Melodien spielen. Mit unterschiedlicher Programmierung können Sie einen Summer oder eine Sirene machen.
Weitergabe von Daten: Serieller Monitor
Die Arduino-IDE, die auf Ihrem Computer ausgeführt wird, enthält ein serielles Monitorfenster, das Daten vom Mikrocontroller empfängt und anzeigt. Bei komplexeren Programmen kann der serielle Monitor ein Lebensretter sein, da Sie Programmwerte anzeigen können, um Programmfehler aufzuspüren. Ein einfaches Programm, das Daten an den seriellen Monitor sendet, hilft Ihnen, sich mit dieser wichtigen Funktion vertraut zu machen.