Auf dem Prüfstand : Grove Starter-Kit für Arduino

Es gibt heute kaum noch jemanden, dem die Handhabung eines Mikrocontrollers zu kompliziert erscheint. Dies gilt ganz besonders für den Arduino, der innerhalb weniger Jahre fast zu einem Bauelement für Jedermann geworden ist. Die Beliebtheit dieser Plattform ist in ihrer einfachen Bedienung und in ihrer frei verfügbaren Programmierumgebung (IDE) begründet, und letztlich auch im dynamischen Verhalten ihrer Usergemeinschaft.
Auch kreative Menschen, die nicht nur fast nichts von Technik verstehen, sondern auch keine Lust haben, sich damit auseinanderzusetzen, können mit dem Arduino ihre Träume Wirklichkeit werden lassen. Da es jedoch bei der Peripherie nicht immer ohne das Löten von Anschlussdrähten und elektronischen Bauelementen geht, möchten viele Anwender nur ungern auf ein entsprechendes Starter-Kit verzichten, zum Beispiel dasjenige, das ich Ihnen vor einigen Wochen hier vorgestellt habe: mcookie. Auf Grund seiner hochwertigen Ausstattung (WiFi, Bluetooth, Echtzeituhr usw.), seines extrem durchdachten Konzepts und seiner über ein ausgeklügeltes Magnetsystem verbundenen Module ist dieses Kit in einem Preissegment angesiedelt, das vor allem vielen Anfängern zu hoch erscheinen mag.

 

Zum Glück gibt es einfachere und günstigere Angebote auf diesem Sektor, wie zum Beispiel das Grove Starter kit for Arduino (v3) von Seeedstudio, das Sie im Elektor-Shop finden.

Kein Lötkolben und kein Steckbrett
Das Kit bietet dem Anfänger eine Reihe kleiner Module mit Sensoren und Bedienelementen zur allgemeinen Anwendung und sorgt für deren einfachen Anschluss an einen Arduino Uno. Der Anwender benötigt weder einen Lötkolben noch ein Experimentierboard: Alle Verbindungen erfolgen über eine Signalverteilerkarte zum und vom Arduino-Board (das nicht Teil des Kits ist). Ein Kabelsatz mit einrastenden Steckverbindern sorgt für die sichere Verbindung der etwa zehn Module untereinander. Die Länge der einzelnen Kabel beträgt ca. 20 cm. Wenn man für jedes Modul grob geschätzt mindestens drei Kabel veranschlagt und sich vorstellt, alles per Hand verdrahten zu müssen, wird sofort klar, wie nützlich dieses Kit ist: Kein Salat aus Kabeln, die sich bei der kleinsten Erschütterung lösen können.



 

Beginnen wir mit den im Kit enthaltenen Sensormodulen:
1. Tastsensor (kapazitiv)
2. Winkelsensor (Potentiometer)
3. Temperatursensor (NTC)
4. Lichtsensor (LDR)
5. Schallsensor (Mikrofon)


Die zu den Modulen gehörenden Platinen besitzen eine Abmessung von 2 x 2 cm und sind mit einem Stecker versehen, der die Kabelverbindung zur Signalverteilerkarte ermöglicht. Die Kabel besitzen an beiden Enden eine vierpolige Buchsenleiste. Die als Base-Shield bezeichnete Verteilerkarte besitzt die gleichen Abmessungen wie das Arduino-Board und ist mit einer passenden Stiftleiste ausgestattet. Sicher ist Ihnen bereits bekannt, dass die Stifte der als Shields bezeichneten Arduino-Erweiterungsboards genau in die auf dem Arduino-Board angebrachten Steckerleisten passen. Beim hier besprochenen Base-Shield befinden sich diese Stifte auf der Leiterbahnseite.

 

Erweiterungsstecker
Auf der Oberseite des Base-Shield befinden sich weitere Buchsenleisten (blau), die das Aufstecken zusätzlicher Arduino-Shields ermöglichen. Der Rest dieser Karte ist mit den Steckern für die bereits erwähnten Kabel belegt, auf deren genaue Anordnung wir noch zu sprechen kommen. Wenn Sie zufällig eine Arduino-R3-Vorgängerversion besitzen, werden Sie feststellen, dass vier der Stifte des Base-Shield in der Luft hängen, weil die entsprechenden Buchsen-Kontakte auf dem Arduino-Board fehlen. Dies sollte jedoch normalerweise zu keinerlei Beeinträchtigungen führen.


Weitere verfügbare Module

• LCD-Anzeige (16x2) mit RGB-Hintergrundbeleuchtung ;
• Relais 35 V / 1 A (zur Steuerung nicht allzu großer Lasten wie zum Beispiel eines kleinen Motors, eines Schalters oder eines weiteren, stärkeren Relais).
• Piezobuzzer zur Tonerzeugung
• Aufsteckbares LED-Modul mit drei 5-mm-LEDs (R, G, B)
• Taster
• Mini Servomotor
• Arduino-Versorgungskabel für 9-V-Batterien

Entsprechend ihrer Funktion sind die Module auf dem Base-Shield an verschiedenen Punkten angeschlossen. A0 bis A3 ist für die analogen Module, wie zum Beispiel den Winkelmesser (Poti) oder den Schallsensor (Mikrofon) vorgesehen. Für die Logikmodule (Relais, LED, Taster) stehen die Anschlüsse D2 bis D8 zur Verfügung (Null oder Eins). Für die Daten des UART, das serielle Arduino-Standard-Interface, ist der Logik-Port 1 zuständig. Die Ports D3, D5 und D6 können für Pulsbreitenmodulations-Anwendungen genutzt werden. Damit ist es möglich, analoge Informationen über einen einzigen, digitalen Kanal zu übertragen, um zum Beispiel die Drehzahl eines Motors oder die Helligkeit einer LED zu steuern. 


Die LCD-Anzeige ist mit dem I²C-Anschluss verbunden. Lassen Sie sich nicht verwirren: Die Bezeichnung RGB bezieht sich bei dieser Anzeige nur auf die Hintergrundbeleuchtung, deren Farbe einstellbar ist. Die Texte bzw. Pixel dieser Anzeige sind monochrom.

Wenn Sie einen Fehler beim Anschluss des Base-Shields machen, wird der betreffende Sketch zwar nicht funktionieren, aber es wird kein gravierender Schaden angerichtet - einer der wesentlichen Vorteile dieses Kits.


Alle kleinen Modulplatinen lassen sich dank entsprechender Aussparungen auf einer Montageplatte mit oder ohne Abstandshalter festschrauben.
Neben der grünen Anzeige-LED enthält das Base-Shield noch eine Reset-Taste und einen Schalter, mit dem zwischen den Versorgungsspannungen 3,3 V und 5 V gewählt werden kann. 


Das in einem festen, transparenten Plastikgehäuse mit Ablagefächern untergebrachte Kit wird mit einer Dokumentation in englischer Sprache ausgeliefert, die, ohne zu sehr ins Detail zu gehen, die Funktionen der einzelnen Module anhand einiger spielerischer Anwendungen sehr gut beschreibt und mit der auch Anfänger gut zurechtkommen dürften. Dazu genügt es, die betreffenden Sketches (das sind die Arduino-Programme) von der seeed-Seite herunter zu laden und sie in den Arduino zu übertragen. Die entsprechende Prozedur wird auf der Seite beschrieben.

Hier ein Beispiel-Sketch, mit dem sich eine LED (auf dem LED-Modul) über den Tastsensor einschalten lässt. Einfacher geht’s nicht.

 

const int TouchPin=9;
const int ledPin=12;
void setup()
{
pinMode(TouchPin,INPUT);
pinMode(ledPin,OUTPUT);
}  

void loop() {
int sensorValue = digitalRead(TouchPin);
if(sensorValue==1)
{
digitalWrite(ledPin,HIGH);
}
else
{
digitalWrite(ledPin,LOW);
}
}

Viele, die sich nur fürs Programmieren interessieren, wollen ihre Elektronik-Kenntnisse wahrscheinlich gar nicht erweitern, doch jemand, der genau wissen möchte, was in den Modulen vor sich geht, muss sich nun mal mit den herunterladbaren Schaltplänen beschäftigen. Diese könnten zwar besser dokumentiert sein, aber wenn Sie nur ein klein wenig neugierig sind, werden Sie anhand dieser Schaltpläne nicht nur verstehen, was die entsprechenden Module genau machen, sondern auch (wenn Sie ein Mal mit der Materie vertraut sind) in der Lage sein, das eine oder andere Modul durch Änderungen an Ihre eigenen Bedürfnisse anzupassen. Einmal in Fahrt gekommen, beginnt mit diesem Kit für viele eine abenteuerliche Entdeckungsreise ins Land der Elektronik.

Die Grove-Module bieten nicht nur einen leichten Einstieg in die Welt der Sensoren und der Programmierung, sondern sind auch zu Interface-Karten anderer Systeme kompatibel – unter anderem zum Beispiel zu den wesentlich leistungsfähigeren Karten für Raspberry Pi, Beaglebone oder mbed, Karten, die sich auch für das Internet der Dinge verwenden lassen.

Verwendete Links:
• Download der Arduino-IDE
• Wiki der Seeedstudio-Website
• Download der Sketche (Github) und der Anleitung zu sketchbook von Seeedstudio
• Allgemeine Päsentation von Prinzip der Grove-Module (betrifft nicht nur dieses Kit)
• Arduino-Referenzcode, zum Beispiel für die Bedienung des Servomotors

Anmerkung: Die Reaktionszeit der Seite www.seeedstudio.com kann stellenweise sehr lange sein.