Erste Schritte mit Arduino: Eine Anleitung für Anfänger

Erste Schritte mit Arduino: Eine Anleitung für Anfänger

Im Prototypenbau sind die Arduino-Plattform und ihre Leiterplatten feste Größen, die für Design und Entwicklung neuer Lösungen in etlichen Branchen wesentlich sind. Wer neu in den Prototypenbau einsteigt, muss daher unbedingt wissen, was Arduino ist und wie es funktioniert. Aber auch Experten auf diesem Gebiet werden gerne das grenzenlose Potenzial dieser Marke bestätigen.

Im Grunde ist Arduino eine quelloffene Elektronikplattform mit programmierbarer Leiterplatte bzw. Einplatinencomputer. Dank der Fähigkeit, eine Eingabe (z. B. einen Knopfdruck, die Wahrnehmung einer Lichtquelle oder eine SMS-Nachricht) in eine Ausgabe (z. B. das Versenden einer E-Mail, das Anlassen eines Motors oder das Einschalten eines LED-Blinklichts) umzuwandeln, eignet sich diese kompakte Lösung mit ihren gut zugänglichen Schnittstellen hervorragend für günstige und effiziente Anwendungen im Prototypenbau.

Durch ihre Einfachheit und Vielseitigkeit ist die Plattform mit Leiterplatte bei Anfängern und Fachleuten gleichermaßen beliebt. Was sie von anderen Einplatinencomputern unterscheidet, ist nicht nur die gut zugängliche und klare Programmierumgebung, sondern auch die Quelloffenheit von Hard- und Software. Dadurch können Mitglieder der Arduino-Community ihrer Kreativität freien Lauf lassen und mit Arduino-Leiterplatten, der Wiege der Innovation, spannende neue Anwendungen entwickeln. Weil Arduino-Leiterplatten in verschiedenen Betriebssystemen eingesetzt werden können und preislich günstig sind, unterliegen die Benutzer nicht den Einschränkungen, die man häufig bei anderen Einplatinencomputern und Plattformen vorfindet.

Es ist unglaublich einfach, die ersten Schritte mit Arduino zu machen, aber angesichts der enormen Auswahl an erhältlichen Produkten profitieren absolute Anfänger von Tipps, wie sie anfangen sollten. In dieser Anleitung erklären wir Ihnen, wie Sie mit Ihrer ersten Arduino-Leiterplatte loslegen können – vom Kauf der richtigen Produkte bis zu den Möglichkeiten, die Sie damit haben.

Ihre erste Arduino-Leiterplatte

Wenn Sie Arduino zum ersten Mal anwenden, empfiehlt es sich, mit einer der einfacheren Leiterplatten anzufangen. Das Arduino Uno Board ist perfekt für Anfänger – es ist leicht zu bedienen, wird mit einem austauschbaren Mikrocontroller geliefert und ist zu einem günstigen Preis erhältlich, wobei es alle grundlegenden Funktionen für einfachere Projekte bietet. Andere Boards verfügen über mehr Speicher oder mehr Pins, aber wenn Sie Ihr Board nur verwenden, um sich mit Arduino vertraut zu machen und nicht sicher sind, ob Sie es darüber hinaus nutzen werden, müssen Sie nicht mehr Geld für eine Leiterplatte mit zusätzlichen Funktionen ausgeben, die Sie vielleicht nie brauchen werden.

Das Arduino Uno SMD R3 ist ein Mikrocontroller-Board, das auf dem ATmega328 basiert. Es hat 14 digitale Input/Output-Pins (von denen 6 als PWM-Outputs genutzt werden können), 6 analoge Eingänge, einen 16-MHz-Schwingquarz, einen USB-Anschluss, einen Netzstecker, einen ISP-Anschluss und eine Rückstelltaste. Es verfügt über alles Nötige für den Mikrocontroller – schließen Sie es einfach mit einem USB-Kabel an einen Computer an oder versorgen Sie es über einen Wechselstrom-Gleichstrom-Adapter oder eine Batterie mit Strom, und schon können Sie loslegen.

Das Uno unterscheidet sich von früheren Boards und hat keinen FTDI USB-Seriell-Treiber.

Weitere Merkmale der neuesten Version R3:

• ATmega16U2 anstelle von 8U2 als USB-Seriell-Konverter
• 1.0 Pinbelegung:
  • Aufnahme von SDA- und SCL-Pins für TWI-Kommunikation in der Nähe des AREF-Pins
  • Zwei weitere neue Pins in der Nähe des RESET-Pins: IOREF ermöglicht eine Anpassung des Shields an die Spannung des Boards, und ein nicht angeschlossener Pin ist für zukünftige Verwendungszwecke reserviert
• Stärkerer RESET-Schaltkreis

Produktspezifikationen

Mikrocontroller	ATmega328P
Betriebsspannung	5 V
Eingangsspannung (empfohlen)	7–12 V
Eingangsspannung (maximal)	6–20 V
Digitale I/O-Pins	14 (davon 6 mit PWM-Output)
Digitale I/O-Pins für PWM-Outputs	6
Analoge Eingangs-Pins	6
Gleichstrom je I/O-Pin	20 mA
Gleichstrom für 3,3 V-Pin	50 mA
Flash-Speicher	32 KB (ATmega328P), wovon 0,5 KB vom Bootloader benötigt werden
SRAM	2 KB (ATmega328P)
EEPROM	1 KB (ATmega328P)
Taktrate	16 MHz
LED_BUILTIN	13
Länge	68,6 mm
Breite	53,4 mm
Gewicht	25 g

Das Arduino Uno Board dient als Gehirn von Prototypenanwendungen. Es sind jedoch zusätzliche elektrische Bestandteile erforderlich, um ein Projekt in Gang zu bringen. Hier haben wir eine kleine Übersicht über die Grundlagen zusammengestellt, denen Sie bei einem ersten Projekt begegnen dürften:

• Breadboard  Ein Breadboard (also eine Steckplatine) ist für Prototypenschaltungen unerlässlich. Dabei handelt es sich um einen Baublock aus Kunststoff mit Löchern, in denen Drähte und andere Komponenten miteinander verbunden werden können. Ein Breadboard besteht aus mehreren Reihen und Spalten zum einfachen Anlegen von Schaltungen.
  
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• USB-Kabel, Typ B Sie können Ihr Arduino-Board für die Stromversorgung mit dem USB-B-Kabel an den USB-A-Port Ihres Computers anschließen.
  
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• Schaltdrähte Mit Schaltdrähten erstellen Sie auf dem Breadboard temporäre Verbindungen zwischen verschiedenen Bauteilen.
  
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• Widerstände Widerstände begrenzen den elektrischen Strom und sind praktisch immer erforderlich, um Bauteile vor Überlastung zu schützen und Kurzschlüsse zu verhindern. Sie sind ein günstiger und unerlässlicher Grundbestandteil von Elektronikprojekten.
  
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• Fotowiderstände Mit einem Fotowiderstand kann das Arduino Veränderungen des Lichteinfalls messen. Der Widerstand nimmt mit zunehmender Lichtintensität ab.
  
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• Kondensatoren Mit einem Kondensator kann elektrische Ladung gespeichert werden, womit er die Funktion einer kleinen wiederaufladbaren Batterie übernimmt – auch wenn er ganz anders funktioniert.
  
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• Transistoren Ein Transistor wird zum Ein-/Ausschalten oder Verstärken eines Signals eingesetzt. Als Halbleiterelement funktioniert er wie ein durch elektrischen Strom steuerbarer Schalter. Ein MOSFET ist eine spezielle Art von Transistor.
  
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• Dioden  Dioden sind ebenfalls Halbleiterelemente und ermöglichen Ihnen die Lenkung des elektrischen Stroms in die gewünschte Richtung.
  
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• Relais Ein Relais wird ähnlich wie ein Transistor durch einen Steuerstromkreis aktiviert und ist ein mechanisches Element mit einer Spule, die eine Feder anzieht.
  
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• LED  Eine Leuchtdiode (LED) ist eine Diode, die Energie in Form von Licht emittiert. Für den Betrieb einer LED muss ein Widerstand eingesetzt werden.
  
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Nutzung von Arduino-Software

Nach dem Kauf eines Arduino Uno können Sie sich bereits mit der entsprechenden Software vertraut machen. Alles, was Sie dafür benötigen, ist ein USB-Kabel des Typs B.

Installation

Nachdem Sie die integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) für Arduino von der Arduino-Website heruntergeladen haben (erhältlich für Windows, Mac und Linux), müssen Sie sie auf Ihrem Computer installieren. Die Anweisungen zur Installation finden Sie hier.

Alternativ können Sie auch den praktischen Web-Editor von Arduino verwenden – detaillierte Anweisungen dazu finden Sie hier.

Anschluss

Als Nächstes schließen Sie Ihr Board über das USB-B-Kabel an Ihren Computer an. Über diese USB-Verbindung wird das Arduino mit Strom versorgt und kann programmiert werden.

Konfiguration

Um Ihr Board nutzen zu können, wählen Sie im Menü Tools>Board den Eintrag „Arduino Uno“ aus. Als Nächstes wählen Sie unter Tools>Port den seriellen Anschluss (Serial Port) aus. Um herauszufinden, an welchem Port Ihr Arduino angeschlossen ist, können Sie die Verbindung zu Ihrem Board trennen und das Menü erneut aufmachen. Der Eintrag für Ihr Arduino Uno (sehr wahrscheinlich COM3 oder höher) sollte jetzt nicht mehr vorhanden sein. Stellen Sie die Verbindung zu Ihrem Arduino wieder her und wählen Sie den seriellen Anschluss aus, der jetzt wieder erscheinen sollte. Und schon haben Sie Ihr Arduino-Board konfiguriert!

Testprojekt

Für ein erstes Testprojekt können Sie die folgenden Anweisungen ausführen, in denen erklärt wird, wie Sie die eingebaute LED in Ihrem Arduino zum Blinken bringen.

1. Klicken Sie in der IDE auf File>Examples>01.Basics>Blink. Dadurch wird das Beispielprogramm für Ihr Projekt geladen und Sie müssen noch nicht selbst programmieren.

2. Als Nächstes setzen Sie ein Häkchen in der entsprechenden Schaltfläche oben links im IDE-Fenster. Dadurch wird das Programm auf Fehler überprüft und anschließend kompiliert, sodass es auf Ihr Arduino-Board hochgeladen werden kann.

3. Falls die Kompilierung erfolgreich war (was so sein sollte, wenn Sie das Beispielprogramm verwendet haben), wird in der IDE im Output-Fenster unten die Nachricht angezeigt, dass die Kompilierung des Programms abgeschlossen ist.

4. Der letzte Schritt nach der Kompilierung besteht darin, das Programm auf Ihr Arduino-Board zu laden. Zu diesem Zweck klicken Sie einfach das Pfeilsymbol neben dem Häkchen oben links im IDE-Fenster an.

5. Die in Ihrem Arduino eingebaute LED sollte jetzt blinken. Sie haben Ihr erstes Testprojekt abgeschlossen und sind jetzt bereit, mit Ihrem Arduino-Board komplexere Aufgaben in Angriff zu nehmen.

Das Arduino-Starterkit

Der ideale Ausgangspunkt für Ihr erstes Arduino-Projekt ist das Arduino-Starterkit. Das Kit wurde speziell für Anfänger entwickelt und führt Sie in praktischen Schritten durch die Grundlagen der Nutzung von Arduino. Sie erlernen den Umgang mit dem Arduino-UNO-Board durch die Ausführung verschiedener kreativer Projekte, für die ein Handbuch im Kit enthalten ist.

Darüber hinaus erhalten Sie eine Auswahl der wichtigsten nützlichen Elektronikbauteile, was Ihnen die Mühe erspart, alles Nötige selbst zu recherchieren und zusammenzustellen. Mit den Grundlagen der Elektronik ausgerüstet, können Sie mit der Zeit komplexere Projekte angehen und die materielle Welt mit Sensoren und Aktuatoren steuern. Wenn Sie die im Kit enthaltenen Projekte einmal ausgeführt haben, verfügen Sie über eine Palette an Software, Schaltungen und – besonders wichtig – Kenntnissen, mit denen Sie größere Dinge in Angriff nehmen können.

Was im Kit enthalten ist

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