Arduino Boards werden derzeit in mindestens 50 verschiedenen Ausführungen angeboten. Dann kommen noch dutzende Erweiterungen hinzu. Diese werden als „Shields“ bezeichnet und an den Arduino angeschlossen, daher können sie bestimmte Aufgaben erfüllen.
Was ist ein Arduino Board?
Dass Arduino Boards elektronische Geräte, die aus Hard- und Software bestehen, ist Dir sicherlich bewusst. Schließlich kennst Du diese Begriffe bereits im Zusammenhang mit Deinem Computer oder Handy. Denn Hardware ist alles das, was Du anfassen und sehen kannst. Im Gegensatz dazu kannst Du Software nicht sehen oder anfassen, denn sie befindet sich im Speicher des Computers. Sie erledigt die Aufgaben, die der Programmierer vorher eingegeben hat. Des Weiteren gehört die Arduino Hardware zur Familie der Mikrocontroller-Boards, welche heutzutage in vielen technischen Geräten zu finden sind.
Daher solltest Du wissen, dass sie beispielweise Fahrstühle, Roboter, Drohnen, Elektroroller, Fotoapparate, Fernseher, Autoelektronik, Hauselektronik, Uhren und u.v.m. steuern (vgl. Bartmann, 2014). Das Herz des Mikrocontroller-Boards stellt natürlich der Mikrocontroller dar. Die übrige Hardware auf dem Board erfüllt Aufgaben, um mit der Außenwelt in Kontakt zu treten, bzw. mit anderen elektronischen Schaltungen zu verbinden.
Im Folgenden wir uns zunächst einmal einige technische Begriffe an, um im weiteren Verlauf besser folgen zu können. Denn so kannst Du Dir unsere Erklärungen zunutze machen, um das perfekte Board für Dein Coding Projekt zu wählen.
Erklärungen zu den technischen Begriffen
Mikrocontroller: Er stellt das Herz des Arduino Boards dar und verarbeitet Programme und Daten. Du hast die Möglichkeit, eigene Programme für den Mikrocontroller zu schreiben und eigene Elektronik zu entwerfen, die Du dann an die Ein- und Ausgänge des Arduino Boards anschließt.
Taktfrequenz: Das ist der Takt des Mikrocontrollers, der mit einer bestimmten Anzahl pro Sekunde schlägt. Als Faustregel kann man sagen: Je höher die Taktfrequenz, desto schneller verarbeitet der Mikrocontroller Dein Programm.
Flash-Speicher: In diesen Speicher lädst Du Dein Programm hoch. Es bleibt dort auch ohne Stromversorgung erhalten. Beim Flash-Speicher gilt ebenfalls die Faustregel „Je größer, desto besser“.
SRAM: Das ist der Speicher, in dem während der Programmausführung Daten abgelegt werden. Schaltest Du Dein Arduino Board aus, dann gehen die Daten im SRAM leider verloren. Für ihn gilt auch die Faustregel „Je größer, desto besser“.
Digitale I/O Pins: Das sind die digitalen Ein- und Ausgänge des Arduino Boards. Der Buchstabe „I“ bedeutet dabei „Input (Eingang)“ und „O“ bedeutet „Output (Ausgang)“. Beispielsweise könntest Du eine Leuchtdiode an einen digitalen Ausgang anschließen und sie per Programm zum Blinken bringen. Weiterhin könntest Du an einen digitalen Eingang einen Taster anschließen, der bei Druck ein Programm startet.
Analoger Eingangspin: An diesen Pin können veränderliche Spannungen von 0 bis 5 V gemessen werden. Z.B. könntest Du einen Temperatursensor an diesen Pin anschließen. Natürlich benötigst Du dafür noch etwas zusätzliche Elektronik.
Analoger Ausgangsspin: An diesen Pin können Spannungen per Programm erzeugt werden. Du könntest damit z.B. mit ein wenig zusätzlicher Elektronik die Helligkeit einer LED steuern oder die Umdrehungsgeschwindigkeit eines Elektromotors regeln.
Netzteil: Hier geht es um die Spannung des Netzteils, die das Arduino Board benötigt.
Shields (Schilde): Das sind Erweiterungskarten für Arduino Boards, die für bestimmte technische Zwecke ausgelegt sind. Z.B. werden sie zur Ansteuerung von Motoren verwendet.
So wählst Du ein Arduino Board aus
Arduino Boards haben unterschiedliche Fähigkeiten, Formen, Leistungsmerkmale und Preise. Wir werden versuchen, Licht ins Dunkle zu bringen, indem wir Dir einige Arduino Boards vorstellen. Hierdurch wirst Du in der Lage sein, das perfekte Arduino Board für Dein nächstes Projekt auszuwählen. Dementsprechend ist es wichtig, sich auch mit den technischen Daten der Arduino Boards zu beschäftigen, um die richtige Entscheidung treffen zu können.
Gewusst?
Auf der Webseite werden hunderte von Projekten basierend auf der Arduino Hardware vorgestellt. Dort kannst Du Dir viel Inspiration für Deine Elektronikprojekte holen.
Uno – Das Einsteigerboard
„Uno“ bedeutet „Eins“ auf Italienisch und ist das Arduino Board für Einsteiger. Beispielsweise könntest Du damit experimentieren, eine Spielkonsole bauen, Haustechnik steuern oder einen Roboter konstruieren. Demzufolge eignet es sich perfekt, um in das Thema Arduino Boards einzusteigen (vgl. Boxall, 2013). Falls Du aus Versehen den Mikrocontroller bei Deinen Experimenten beschädigst, hast Du die Möglichkeit, ihn abzunehmen und auszutauschen. Denn der Mikrocontroller ist wie bereits erwähnt das Herz des Boards und fällt auf dem Board als das größte Bauteil ins Auge. Übrigens passen die meisten Shields bzw. Erweiterungen mit dem Uno zusammen, was ein weiterer Vorteil ist.
- Atmega328 Mikrocontroller
- 16 MHz Taktfrequenz
- 32 KB Flash-Speicher
- 2 KB SRAM
- 14 Digitale I/O-Pins
- 6 Analoge Eingangspins
- 7-12V Netzteil
Leonardo – Wahrscheinlich Dein zweites Board
Das Leonardo Board ist dem Uno ähnlich, hat aber ein paar mehr I/O-Pins und einen leistungsstärkeren Mikrocontroller.Weiterhin verfügt es über eine integrierte USB-Hardware, die perfekt für Experimente mit Maus oder Tastatur geeignet ist. D.h. wenn Du den Leonardo an Deinen PC per USB anschließt, dann kannst Du so einstellen, dass der PC „denkt“ er wäre eine Tastatur oder Maus. Wozu benötigt man so etwas? Du könntest beispielsweise einen eigenen Controller oder Joystick für Deine PC-Spiele entwickeln.
Gewusst?
Die Universität von Osnabrück setzt Arduino Boards in der Lehre ein. Obendrein nutzt die Technische Universität Kaiserslautern diese Boards, um den Studenten im Fachbereich Informatik das Coden beizubringen.
Falls Du mit Flugsimulatoren spielst, dann könntest du beispielsweise Dein eigenes Flugzeugcockpit mit USB- Anschluss bauen. Des Weiteren würde ein Simulator für ein Autorennspiel infrage kommen. Hierzu könntest Du die Position des Lenkrads mittels des Leonardos einlesen und dann per USB an den PC senden. Das PC-Spiel muss natürlich entsprechend konfiguriert werden.
- ATmega32u4 Mikrocontroller
- 16 MHz Taktfrequenz
- 32 KB Flash-Speicher
- 2.5 KB SRAM
- 20 Digitale I/O-Pins
- 12 Analoge Eingangspins
- 7-12V Netzteil
Due – für viel Prozessorleistung
Dieses Board ist eines der stärksten, die derzeit angeboten werden. Schließlich verfügt es über einen ATSAM3X8E Prozessor mit einer schnellen 84 MHz Taktfrequenz. Was bedeutet das jedoch? Hierdurch ist die Arduino Hardware für Projekte geeignet, die einen schnellen Rechenkünstler benötigen. Demzufolge wären als Beispielprojekte zu nennen: Bildverarbeitung, Gesichtserkennung, Schachcomputer oder künstliche Intelligenz.
- ATSAM3X8E ARM Mikrocontroller
- 84 MHz Taktfrequenz
- 512 KB Flash-Speicher
- 96 KB SRAM
- 54 Digitale I/O Pins
- 12 Analoge Eingangspins
- 2 Analoge Ausgangspins
- 7-12V Netzteil
MKR WiFi 1010 – für WLAN & Bluetooth Zugriff
In der heutigen Zeit ist fast alles vernetzt, was zu vernetzen geht. Entsprechend heißt der neue Trend „IoT“, was ausgeschrieben „Internet of Things (Internet der Dinge)“ heißt. Dieser Fachbegriff bedeutet, dass elektronische Geräte in einem WLAN-Netzwerk miteinander verbunden sind und Daten austauschen. Demzufolge ist das Besondere an diesem Arduino Board seine WLAN- und Bluetooth-Tauglichkeit, die es z.B. ermöglicht, einen ferngesteuerten Roboter, eine ferngesteuerte Überwachungskamera oder eine Steuerung für eine Kaffeemaschine innerhalb eines WLAN Netzwerks zu realisieren. Dabei könnte der PC als Schaltzentrale genutzt werden.
- SAMD21 Cortex-M0+ Prozessor
- 48 MHz Taktfrequenz
- 256 KB Flash-Speicher
- 32 KB SRAM
- 7 Analoge Eingangspins
- 1 Analoger Ausgangspin
- 8 Digitale I/O Pins
- Wifi
- Bluetooth
- 7-12V Netzteil
MKR GSM 1400 – funkt über das Mobilnetz
Das folgende Arduino Board verfügt über die gleichen technischen Eigenschaften wie das Board MKR WiFi 1010, verwendet aber ein GSM-Mobilfunk-Modul für die Kommunikation. Damit ausgestattet, kann der MKR GSM 1400 für die Datenübertragung und Steuerung zudem weltweit an Mobilfunknetze angeschlossen werden. Folglich musst Du natürlich eine eigene SIM-Karte für den Zugriff auf das Mobilfunknetz besitzen, die Du in das Board steckst. Man könnte damit z.B. einen Kreditkartenleser bauen, der die Daten über das Mobilfunknetz an einen anderen Computer sendet oder eine Drohne, die über das Mobilfunknetz gesteuert wird. Eine Überwachungskamera oder eine Haussteuerung über Dein Handy aus weiter Entfernung wären weitere Ideen.
- SAMD21 Cortex-M0+ Prozessor
- 48 MHz Takt
- 256 KB Flash-Speicher
- 32 KB SRAM
- 7 Analoge Eingangspins
- 1 Analoger Ausgangspin
- 20 digitale I/O – Pins
- GSM 3G/Modul
- 7-12V Netzteil
Übersichtstabelle zur Arduino Hardware
Bei so vielen Arduino Boards verliert man allerdings leicht die Übersicht. Deshalb haben wir in der folgenden Tabelle Preis, Merkmale und Einsatzgebiete der oben beschriebenen Boards in Kurzform dargestellt.
Tabelle 1: Preis, Merkmale bzw. Einsatzgebiete ausgewählter Arduino Boards
| Arduino Board | Preis (2020) | Merkmale | Beispiel Einsatzgebiete |
| Uno | 20 € | Setzt den Standard | Spielkonsole, Roboter, Haustechnik, Experimentieren |
| Leonardo | 15 € | Simuliert Tastatur und Maus | Spielkonsole, Haustechnik, Experimentieren mit Maus und Tastatur, Spielcontroller, Joystick, Flugsimulator, Rennsimulator |
| Due | 35 € | Große Rechengeschwindigkeit | Künstliche Intelligenz, Schnelle Algorithmen, Schnelle Datenverarbeitung, Bildverarbeitung, Gesichtserkennung, Schachcomputer |
| MKR WiFi 1010 | 28 € | Miniatur, WLAN fähig | Vernetzte Hauselektronik, ferngesteuerte Roboter, Überwachungskameras, Internet of Things, Drohnen, Quadrocopter |
| MKR GSM 1400 | 60 € | Miniatur, Datenübertragung übers Mobilfunknetz | Autonome Roboter, Autonome Drohnen, ferngesteuerte Hauselektronik über große Distanzen, Elektroroller, Kreditkartenleser |
Nicht jedes Arduino Board ist für jedes Projekt geeignet. Vielmehr solltest Du Dir zuvor überlegen, welches Board am besten für die jeweilige Aufgabe geeignet ist. Denn bei so einer großen Auswahl ist es schon ratsam, dass Du Dich vorab ausreichend informierst, um die optimale Entscheidung zu treffen.
Außerdem solltest Du auch auf den Preis achten, denn es muss nicht immer die teuerste Arduino Hardware sein. Wir hoffen, dass wir mit diesem Artikel etwas Licht ins Dunkle bringen konnten, damit Du Dich mit Spaß ins nächste Projekt stürzen kannst. Hat Dein Kind noch Aufholbedarf im Umgang mit PCs? Dann ist unser Computerkurs genau das Richtige!
Literatur
Boxall, John (2013): Arduino: Eine praktische Einführung mit 65 Projekten.
Bartmann, Erik (2014): Die elektronische Welt mit Arduino entdecken.
FAQs zu den Arduino Boards
Nein, die Arduino Hardware unterscheidet sich von Board zu Board, je nach technischem Einsatzgebiet. Denn es gilt das passende Board für das jeweilige Projekt zu finden.
Das Arduino Uno Board ist das bekannteste aus der Serie und am besten dokumentiert. Zudem gibt es unzählige Projekte im Internet, von denen Du lernen kannst. Sicherlich ist auch etwas Spannendes für Dich dabei.
So einfach ist das leider nicht, denn Du kannst ja auch nicht sagen, welches das beste Auto ist. Vielmehr solltest Du je nach Einsatzgebiet das entsprechende Arduino Board auswählen.
Von den fünf vorgestellten Boards verfügt das „Due“ mit 84 MHZ zum Beispiel über die größte Rechenleistung. Mit einer Taktfrequenz von 320 MHz soll aber das „HiFive1“ das derzeit schnellste Arduino Board auf dem Markt sein. Dabei solltest Du jedoch beachten, dass Schnelligkeit nicht alles ist – berücksichtige stets auch andere wichtige Faktoren.
Die größeren Arduino Boards können beispielsweise optimal zum Experimentieren genutzt werden.Hauptsächlich werden sie dort eingesetzt, wo der Platz keine große Rolle spielt. Dementsprechend werden die kleinen Boards dort eingesetzt, wo Platz und Gewicht entscheidend sind.
