Arduino hardware and software - an overview

Der „Arduino“ ist ein Mikrocontroller-Board – im Grunde eine Leiterplatte mit viel Elektronik rund um den eigentlichen Mikrocontroller. Am Rand sitzen viele Steckplätze, Pins genannt, an denen du die unterschiedlichsten Dinge anschließen kannst: Schalter, LEDs, Ultraschallsensoren, Temperatursensoren, Drehregler, Displays, Motoren, Servos und vieles mehr.

Es gibt verschiedene Boards, die sich mit der Arduino-Software programmieren lassen. Dazu gehören die großen und kleinen offiziellen Boards mit dem Namen „Arduino“ – Arduino UNO, Arduino MEGA, Arduino Mini und so weiter – ebenso wie viele oft günstigere, aber gleichwertige kompatible Boards. Die heißen zum Beispiel Funduino UNO, Funduino MEGA, Freeduino, Seeeduino oder Sainsmart UNO.

Der Begriff Arduino steht dabei im allgemeinen Sprachgebrauch sowohl für die Boards selbst als auch für die Programmierumgebung.

Neben Sensoren und Aktoren brauchst du für schnelle, flexible Versuchsaufbauten vor allem zwei Dinge: Steckkabel und ein Breadboard. Damit ersparst du dir zeitraubende Lötarbeiten.

Ein Breadboard – auf Deutsch Steckbrett – ist ein Hilfsmittel, um Schaltungen ohne Löten aufzubauen. Darin sind jeweils mehrere Kontakte fest miteinander verbunden. An diesen Stellen kannst du also mehrere Kabel zusammenführen, ohne sie zu verlöten oder zu verschrauben. Im Bild ist farbig eingezeichnet, welche Kontakte zusammengehören.

Leuchtdioden (LEDs)

Mit LEDs prüfst du in Sekunden, ob dein Projekt tut, was es soll. Deshalb sind sie in fast jedem Arduino-Projekt nützlich. Das Wichtigste dazu:

• Der Strom kann nur in eine Richtung durch die LED fließen, sie muss also richtig herum angeschlossen werden. Der längere Kontakt ist Plus, der kürzere Minus.
• Jede LED ist für eine bestimmte Spannung ausgelegt. Liegt weniger an, leuchtet sie schwächer oder gar nicht. Liegt mehr an, brennt sie schnell durch und wird an den Kontakten sehr heiß.
• An den digitalen Ports des Boards liegen 5 Volt an. Schließt du eine LED direkt daran an, gibt sie rasch den Geist auf. Deshalb gehört immer ein Vorwiderstand in den Stromkreis. Im Internet findest du unter dem Suchbegriff „Widerstandsrechner LED“ gute Hilfen dazu.

Typische Spannungswerte nach Farbe: Blau 3,1 V, Weiß 3,3 V, Grün 3,7 V, Gelb 2,2 V, Rot 2,1 V.

Unverbindliche Empfehlung für Vorwiderstände beim Anschluss an die 5V-Pins:

• Weiß: 100 Ohm
• Rot: 200 Ohm
• Gelb: 200 Ohm
• Grün: 100 Ohm
• Blau: 100 Ohm
• Infrarot: 100 Ohm

Die Software, mit der du den Mikrocontroller programmierst, ist Open-Source-Software. Du lädst sie kostenlos auf arduino.cc herunter. In dieser Arduino-Software schreibst du kleine Programme, die der Mikrocontroller später ausführt – sie heißen „Sketch“. Per USB-Kabel überträgst du den fertigen Sketch auf das Board. Mehr dazu im Themengebiet Programmieren.

Nach der Installation gibt es zwei wichtige Einstellungen:

• Das richtige Board auswählen. Ein Funduino-UNO-Board wird dabei als „Arduino Uno“ erkannt.
• Den richtigen Port auswählen, damit der Computer weiß, an welchem USB-Anschluss das Board hängt. Das klappt nur, wenn der Treiber richtig installiert ist.

So prüfst du das: Sieh dir die Portliste einmal an, solange das Board noch nicht angeschlossen ist. Dort stehen meist schon ein oder mehrere Einträge (COM1, COM4, COM7 …) – unabhängig davon, wie viele USB-Anschlüsse dein Rechner hat. Ist das Board später richtig installiert und angeschlossen, findest du genau einen Port mehr in der Liste. Das ist deiner.

Der ideale Ablauf sieht so aus:

• Du schließt das Board an den Computer an.
• Der Computer erkennt es und möchte einen Treiber installieren.

An dieser Stelle nicht zu schnell sein: Der Treiber wird meist nicht automatisch gefunden. Wähle ihn im Verlauf der Installation selbst aus – er liegt im Arduino-Programmordner im Unterordner „Drivers“.

Zur Kontrolle öffnest du den Gerätemanager. Nach einer erfolgreichen Installation steht das Arduino-Board dort in der Liste. Hat es nicht geklappt, findest du entweder gar nichts Auffälliges oder ein unbekanntes USB-Gerät mit einem gelben Ausrufezeichen. In dem Fall klickst du das unbekannte Gerät an, wählst „Treiber aktualisieren“ und führst die manuelle Installation noch einmal durch.

Eine Bibliothek (englisch Library) vereinfacht die Programmierung: Du greifst im Sketch auf fertige Funktionen zurück, statt sie selbst auszuschreiben. In vielen Anleitungen dieses Blogs kommen solche Bibliotheken vor – hinzufügen musst du sie vorher selbst.

Am einfachsten geht das über Sketch › Bibliothek einbinden › Bibliotheken verwalten. Dort suchst du im Suchfeld nach der gewünschten Bibliothek und installierst sie direkt. Danach kannst du sie sofort verwenden.

Mit einer Bibliothek kommen oft auch Beispielsketche mit. Du findest sie unter Datei › Beispiele – ein guter Einblick in das, was die jeweilige Bibliothek kann.

Alternativ kannst du eine Bibliothek von einer externen Seite herunterladen und über „.ZIP-Bibliothek hinzufügen“ einbinden. Das ist aber umständlicher als der Weg über die Bibliotheksverwaltung.