Heute kann Arduino alles in einen Computer verwandeln. Wenn Sie eine LED oder LCD mit einer Tastatur sehen, hat möglicherweise jemand einen Laptop in dieses Gerät gesteckt. Einige dieser Geräte enthalten sogar sechs, sieben oder mehr kleine Computer, sogenannte Mikrocontroller.
Von diesen ist Arduino am beliebtesten. Wenn Sie sich vorstellen, Ihre elektronischen Geräte mit eingebauten Computern zu bauen, müssen Sie verstehen, was sie sind und wie sie funktionieren.
Erst dann können Sie zum PCB-Shop gehen und ein paar Kits kaufen, um Ihr Projekt zu starten.
Was it Arduino?
Diese kleinen Mikrocontroller-Computer werden oft als eingebettete Controller oder Mikrocontroller-Einheiten (MCUs) bezeichnet. Sie sind komplette Computersysteme mit allem, was Sie sich vorstellen können. Sie alle verfügen über eine zentrale Verarbeitungseinheit, die Programme ausführt, einen temporären RAM-Speicher, ein permanentes Speichersystem und Anschlüsse für Peripheriegeräte und Zubehör.
Mikrocontroller sind einfach Computer für den persönlichen Gebrauch, die nur für wenige spezifische Aufgaben gebaut und entwickelt wurden. Meistens führen diese Geräte nur ein Programm aus, das in einem ROM gespeichert ist. Sie können jedoch auch einen externen Speicher an sie anschließen. In jedem Fall gelten sie als Low-Power-Geräte, und darin liegt ihr Charme. Sie können es vollständig im Akkubetrieb betreiben.
Arduino ist nur eine Open-Source-Version eines Mikrocontrollers. Es ist ein Hardware-Entwicklungsboard, mit dem Sie Ihre eigenen Geräte entwerfen und bauen können. Arduino ist perfekt für Tüftler, Bastler und Hersteller, sowohl wenn es darum geht, bestimmte Arten von Boards zu entwerfen, als auch für die Unternehmen, die diese Boards herstellen, und die Community der Entwickler, die sie verwenden. Aus diesem Grund finden Sie sie in fast jedem Geschäft oder Katalog für Elektronik- oder Leiterplattenteile.
Die Plattform umfasst eine physisch programmierbare Leiterplatte, den Mikrocontroller selbst und die Software oder IDE (Integrated Development Environment), die zum Erstellen der Programme verwendet wird, die auf dem Gerät ausgeführt werden. Arduinos sind bei neuen Entwicklern beliebt und erfordern kein separates Programmiergerät, wodurch sie einfacher zu verwenden sind als andere Mikrocontroller-Kits auf dem Markt. Es verwendet sogar eine vereinfachte Version der Programmiersprache C++, um die Programmierung einfach und unkompliziert zu machen.
1.1 Woraus besteht Arduino?
Als Mikrocontroller-Kits werden Arduinos-Boards mit einigen wenigen Komponenten und Schnittstellen geliefert und sind auf einer einzigen Leiterplatte (PCB) vorinstalliert. Diese Komponenten legen einen Standardformfaktor fest, um Mikrocontroller zugänglicher zu machen.
Grundbestandteile von
Während sich das Design im Laufe der Jahre geändert hat, enthält das grundlegende Arduinos-Kit die folgenden Komponenten:
Pin-Anschluss
Diese Pins sind in einem bestimmten Muster angeordnet und ermöglichen es Ihnen, die MCU mit anderen Platinen für benutzerdefinierte Geräte zu verbinden. Sie ermöglichen es Ihnen auch, eine zusätzliche Zusatzplatine, die als „Schild“ bezeichnet wird, an Ihrem Gerät anzubringen. Es gibt zwei Arten von Stiften:
Digital – Single-State Input/Output (I/O)-Anschluss, den Sie ein- oder ausschalten können. Die meisten Arduinos haben 14 digitale Pins
Analog – ein Konnektor mit mehreren Zuständen, der eine Reihe von Werten lesen kann. Sie können sie für eine feinkörnigere Steuerung verwenden. Normalerweise sind es sechs.
Masse – Diese drei Pins sind mit GND gekennzeichnet und ermöglichen Ihnen, Ihr Gerät zu erden.
Netzteil –Vier 5-V- und fünf 3-V-Pins liefern Stromsignale für Zubehör und anderes Zubehör.
Pulsweitenmodulation (PWM) – 8 digitale Pins dienen gleichzeitig als PWM-Anschlüsse. Sie können analoge Ausgangssignale für Anwendungen wie das Dimmen von LEDs simulieren
Analoge Referenz (AREF) – Wird manchmal verwendet, um externe Spannungen zu regulieren, aber diese neun Pins werden selten verwendet.
Stecker
Dieser Anschluss versorgt das Gerät mit Strom und versorgt Komponenten wie LEDs, Sensoren und mehr mit Niederspannung. Sie können den Anschluss mit einem Netzteil oder einem kleinen Akku verwenden.
Hauptprozessor
Die Single-Chip-CPU ist das Herzstück der Plattform. Es ermöglicht dem Arduino, Befehle auszuführen und Entscheidungen basierend auf verschiedenen Eingaben und laufenden Programmen zu treffen. Die genauen Informationen variieren für verschiedene Arten von Arduinos, aber die meisten Kits bieten Atmel-Chipsätze mit verschiedenen Onboard-Speichern. Zu den gängigen Prozessormodellen gehören:
ATmega8
ATmega168
ATMega328
ATmega1280
ATmega2560
Serienanschluss
Boards haben einen Standard-USB-Anschluss, um die MCU mit einem Computer zu verbinden, um neue Programme zu laden. Bei einigen Singleboards kann der USB-Anschluss auch als Stromanschluss verwendet werden.
Reset-Knopf
Board enthält auch eine Reset-Taste. Durch Drücken der Taste wird der Reset-Pin ausgelöst. Es wird jeden derzeit ausgeführten Code neu starten. , es ist perfekt, wenn Sie etwas testen möchten, Ihr Programm jedoch keine Neustartfunktion hat.
Power-LED-Anzeige
MCUs haben eine Power-LED, die anzeigen kann, ob das Gerät eingeschaltet ist. Wenn Sie das Gerät an eine Stromquelle anschließen, leuchten normalerweise die LED-Leuchten auf. Wenn diese Leuchte nicht aufleuchtet, ist wahrscheinlich etwas nicht in Ordnung.
Signalübertragungs- und -empfangs-LEDs
Diese LEDs sind mit TX (Senden) und RX (Empfangen) gekennzeichnet und zeigen die Aktivität der seriellen Kommunikation an. Sie bieten subtile visuelle Hinweise, wenn Geräte Daten empfangen oder übertragen.
Spannungsregler
Das Arduino-Board ist zwar nicht vom Benutzer programmierbar, verfügt jedoch über einen Spannungsregler. Der Regler steuert die Spannung auf der Platine. Es hat sicherlich Grenzen, aber die meisten Projekte werden 20 Volt nicht überschreiten.
1.2 Arduino-Plugins und Zubehör
Die oben genannten Komponenten sind in allen Arduino-MCUs enthalten, aber sie sind nicht die einzigen elektronischen Komponenten, die Sie mit dieser Plattform verwenden können. Diese Boards erfüllen alle IEEE- und ISO-Standards. Sie können also alle vorgefertigten Teile verwenden, um Ihre Arduino-Projekte nützlich zu machen. Die Arduinos-Plattformspezifikation erfordert jedoch einige plattformkompatible Add-Ons. Aus diesem Grund führen die meisten Arduino-Anbieter auch einige Arduino-Sensoren und -Abschirmungen. Ohne sie wäre kein Arduino-Projekt vollständig.
Sensor
Sie können Arduinos steuern lassen und mit einer Reihe von Sensoren interagieren, indem Sie eine kleine Menge Code verwenden.
Die meisten Arduino-Anbieter bieten Sensoren zum Messen von:
Hell
Temperatur
Krümmung
Druck
nahe
Beschleunigung
Kohlenmonoxid
Radioaktivität
Feuchtigkeit
Luftdruck
Arduino-Steckbrett
Sie können auch ein lötfreies Steckbrett für Ihr Projekt erhalten. Mit dieser Leiterplatte können Sie Prototypen erstellen und mit Ihren Schaltungsdesigns und -layouts experimentieren, ohne Ihre Komponenten dauerhaft auf die Leiterplatte zu löten. Sie können Ihre Layout- und Designideen experimentieren und testen. Das Steckbrett hat kein Netzteil. Sie müssen also Überbrückungsdrähte verwenden, um die Stromversorgung über das Motherboard zu gewährleisten.
Schild
Das letzte Stück des Arduino-Puzzles ist das Arduino-Schild. Diese vorgefertigten Tochterplatinen passen auf die Arduino-Hauptplatine, um zusätzliche Funktionen bereitzustellen.
Einige gängige Blockierungsfunktionen umfassen
das Auto kontrollieren
Internetverbindung
Mobile und zellulare Netzwerke und Kommunikation
LCD-Bildschirm-Controller
Arduino-Entwickler verwenden die offizielle Arduino Integrated Development Environment (IDE), um ihre eigenen Arduino-Programme zu schreiben. Diese Java-basierte Open-Source-IDE funktioniert auf allen Plattformen mit Windows, Mac und Linux. Es bietet Ihnen eine einzigartige Umgebung zum Schreiben und Testen von Code, der in der Programmiersprache Processing geschrieben wurde, bevor Sie ihn auf das Gerät hochladen.
Der Arduino Uno – der beliebteste Arduino
Da kein Projekt dem anderen gleicht, veröffentlicht das Arduino-Team Spezifikationen für einige Arduino-Board-Typen. Das Arduino Uno ist das beliebteste dieser Boards.
Eine ausgezeichnete Wahl für Anfänger, das $22 Arduino Uno MCU ist ein Skelettboard. Es stellt nur die notwendigen Komponenten zur Verfügung, ermöglicht es Ihnen jedoch, Ihr Projekt so zu gestalten, wie Sie es möchten. Mit 25 Gramm ist diese 68,5 x 53,4 mm große Leiterplatte leicht genug, um in ein Gehäuse zu passen.
Die aktuellen Versionen von Arduino Uno R3 sind:
ATmega328P Mikroprozessor
14 digitale Ein-/Ausgangspins
6 PWM
Eingebaute LED (an Pin 13 anschließen)
5 V, 3,3 V, Massepin-Spannungsausgang
sechs analoge Pins
USB-Anschluss
Stromanschluss
Reset-Knopf
Betriebsspannung 5 Volt
32kb-Flash
2 KB SRAM und 1 KB EEPROM
Das Uno ist vielleicht nicht das erste Arduino-Board, aber es ist bei weitem das aktivste. Es ist auch der am besten dokumentierte Formfaktor, und es gibt viele Projekt-Tutorials und Foren im Internet.
Arduino Mega – MCU für große Projekte
Das Arduino Mega ist praktisch vier Uno-MCUs in einem und das Board für Ihre Großprojekte. Angetrieben von Atmels ATmega2560-Chip, gibt es vier serielle Ports und einen separaten USB-Port für die Stromversorgung und die Verbindung mit einem Computer. Es wird sogar mit einem dedizierten ATmega16U2-Prozessor für den zusätzlichen USB-Anschluss geliefert. Sie können die MCU auch über eine Batterie mit Strom versorgen.
Große sind:
54 digitale Input/Output (I/O) Pins mit 14 PWM-kompatibel
16 analoge IO-Pins
USB-Anschluss
Stromanschluss
Reset-Knopf
Eine große Anzahl von Pins aus dem Mega machen das Board. Sie können sie in Projekten verwenden, die viele digitale E/A-Verbindungen, LEDs oder Tasten erfordern.
Die anderen Funktionen der Mega MCU kommen vom Prozessor. Der Mikroprozessor ATmega2560 kann alles tun, was Sie wollen. Es hat eine Taktrate von 16 MHz, 256 KB Flash, 8 KB SRAM und 4 KB EEPROM. All dies macht den Arduino Mega zur ersten Wahl für 3D-Drucker und Robotik.
Machen Sie Ihr Projekt drahtlos mit Arduino ESP8266
Kein Arduino-Board selbst ist mit drahtlosen Netzwerken ausgestattet. Sie werden es auch auf keinem verfügbaren Schild finden. Wenn Sie Ihr Projekt drahtlos machen möchten, benötigen Sie ein Arduino ESP8266 Wi-Fi-Modul.
Während es neuere Module gibt, ist das ESP2866 das originellste. Es wurde möglicherweise nicht als eigenständige MCU entwickelt, aber Ihr Projekt benötigt eine auf dem heutigen Mobilfunkmarkt.
Es bietet jedoch eine anständige drahtlose Konnektivität. Das Board verfügt über Strom-, Masse-, Sende- und Empfangspins, um diese Funktionen mit Ihrem Haupt-Arduino zu verbinden, und einen Schalter, den „Chip Control Power Down“ (CH_PD) Pin. Sie haben auch einen Reset und zwei GPIO-Datenpins.
Aber es gibt auch eine Kehrseite. Der ESP8266 benötigt ein 5V-Stromsignal. Es funktioniert nicht mit dem Arduino-Standard 3,5 Volt.
Arduino PWM Subsystem und Framework
5.1 Arduino-PWM
Pulsweitenmodulation (PWM) ist ein Verfahren zur Simulation analoger Signale unter Verwendung von Rechtecksignalen unterschiedlicher Frequenzen und Amplituden. Die Arduino-Plattform verwendet diese Signale, um den digitalen Ausgang der analogen Schaltung zu konditionieren.
Die Arduino PWM-Plattform ist keine separate Hardware. Alle Arduino-Boards verfügen über integrierte Systemaufrufe. Sie müssen ein Programm schreiben, um sie zu verwenden. Dieser Befehl erzeugt eine Rechteckwelle aus kompatiblen Pins.
5.2 Arduino Nano – geeignet für kleine Geräte und Projekte
Als kleinste Version der Arduino-Plattform bietet der Arduino Nano
Nano kommt mit:
14 digitale E/A-Pins und 6 pwn-kompatible Pins
Acht analoge Pins
Betriebsspannung 5 Volt
Reset-Knopf
USB-Anschluss
serielle Schnittstelle
32 kb Flash
8kb SRAM
1 kb eepm
Trotz seiner Größe zeichnet sich Nano durch folgende Projekttypen aus:
Eingebettete Systeme
Automatisierung
Roboter
Kontrollsystem
Meter
Warum arduino statt Raspberry Pi wählen?
Die arduino-Plattform ist nicht der einzige Mikrocontroller auf dem Markt. Viele andere MCUs bieten die gleiche Funktionalität, einschließlich des Raspberry Pi. PI und Arduino sind jedoch völlig unterschiedliche Produkte.
In erster Linie ist der Raspberry PI ein vollständiger Computer. Aber Arduino ist es nicht. Ein Mikrocomputer ist nur eine kleine Komponente, aus der ein Computer besteht. Aus diesem Grund bietet die Arduino-Plattform nur einen Bruchteil dessen, was der Pi zu bieten hat. Beispielsweise kann es nur kleine Anwendungen ausführen, kein vollwertiges Computerbetriebssystem.
6.1 Vor- und Nachteile von arduino
Aber das bedeutet nicht, dass der Arduino nutzlos ist. Es ist perfekt für Elektronikprojekte, für deren Ausführung kein vollständiger Computer erforderlich ist. Sie können es direkt an Ihre Komponenten und Sensoren anschließen und haben alles sofort einsatzbereit mit wenig oder gar keiner Einrichtung.
Arduino kann dies aufgrund der Funktionsweise der Arduino-Firmware tun. Firmware ist die Kernsoftware, die das Arduino-Board ausführt. Es kommuniziert auch über USB mit Ihrem Computer, sodass Sie auf alle programmierbaren Funktionen zugreifen können. Sie können die Firmware zwar jederzeit ändern, müssen dies aber nie. Sie müssen es nicht einmal neu starten. Sobald Sie Ihren Code hochgeladen haben, können Sie ihn sofort überall ausführen. Es ist keine Tastatur, kein Monitor oder eine Methode zum Auswählen von Anwendungen erforderlich. Das Board wird nur eine Sache tun, die Sie ihm geben.
6.2 Der Raspberry Pi ist ein vollständiger Computer
Im Gegensatz dazu ist der Raspberry Pi ein voll funktionsfähiger Computer. Es benötigt ein Betriebssystem, um ausgeführt zu werden, und das erfordert einen Neustart, um weiter ausgeführt zu werden. Das Mainboard hat auch keinen internen Speicher. Sie müssen einen externen Micro-SD-Stecker bereitstellen, um die Programme zu speichern, die Sie ausführen möchten. Es verfügt jedoch über ein integriertes Ethernet, sodass Sie die Software aktualisieren können, ohne die Karte zu entfernen.
Der Pi läuft auf einer Broadcom Arm-v6-CPU mit Speicher und HDMI-Grafik. Das Board funktioniert auch mit Tastatur und Maus, sodass Linux-Varianten geladen werden können, sodass niemand weiß, dass Sie eine so kleine Maschine verwenden, um alles zu steuern. Das ist seine Macht. Es ist die perfekte Plattform für Projekte, die eine vollständige Benutzerinteraktion und die gesamte Rechenleistung erfordern.
Diese Fähigkeit macht den Pi jedoch für kleinere Projekte ungeeignet. Zum Beispiel müssen Sie eine LED in das Arduino-Board stecken und es dauert nur 8 Codezeilen, um sie zu beleuchten. Zusätzlich zum Code benötigt der Pi zusätzliche Bibliotheken zum Booten, vorausgesetzt, Sie haben ein Betriebssystem auf dem Board installiert.
Das bedeutet nicht, dass Sie einen Raspberry Pi und einen Arduino nicht für die gleiche Art von Projekten verwenden können. Sie können Framework-Bibliotheken installieren, um dem Pi die gleiche Funktionalität wie dem Arduino zu geben. Es ist nur so, dass die Verwendung von Pi in einem Projekt mehr Zeit und Mühe kostet.
Arduino hat auch eine größere Entwickler-Community. Als beliebteste Plattform für Elektronikprojekte bietet Arduino viele Tutorials für Anfänger, um Ihnen den Einstieg zu erleichtern.
Unabhängig davon müssen Sie sich nie zwischen diesen beiden Boards entscheiden. Sie arbeiten gut zusammen. Mit dem richtigen Zubehör kann Ihr Arduino zu einem Tochterschild für Ihren Raspberry Pi werden, sodass beide Karten auf die Funktionen der anderen zugreifen können.
Abschließend
Arduino ist eine Familie von Mikrocontroller-Plattformen, die speziell für DIY-Elektronikprojekte entwickelt wurden. Diese Einwegplatinen bieten alle Automatisierungselemente, die Sie benötigen, und noch einiges mehr. Sie müssen es an Ihren Computer anschließen, Code erstellen und ausführen. Überlassen Sie den Rest ihm.
Um die eine oder andere Komponente für Ihr Projekt zu erhalten, kontaktieren Sie uns noch heute. Unsere Vertreter kennen Arduino und sind bereit, Ihnen bei der Entscheidung zu helfen, welches Board und Add-On das Richtige für Sie ist. Wir können Ihnen sogar helfen, die Teile zu beschaffen, die Sie benötigen, um Ihren Arduino mit dem Raspberry Pi zu verbinden und Ihr Gerät auf die nächste Stufe zu bringen.
