Der ultimative Leitfaden zur Verwendung von Arduino

• Was ist Arduino?
• Die Marke Arduino
• Arduino ist open source und preisgünstig
• Von einfach bis komplex: Jeder kann mit Arduino erfolgreich sein
• Die Arduino-Programmiersprache
• Vereinfachte Programmierung mit einem Sketch
• Erste Schritte: Arduino für Anfänger
  • Holen Sie sich die Arduino IDE
  • Mit dem Kauf eines Arduino-Starterkits können Sie mehr Dinge hinzufügen
  • Erfahren Sie mehr über Arduino mithilfe von Büchern
• Zwei Arten von Arduino-Boards
  • Allgemeine Boards
  • Boards mit Peripheriegeräten
• Was kann ich mit Arduino realisieren?
• Werden Sie kreativ!

Was ist Arduino?

Arduino ist ein Konzept, das um 2006 herum entstanden ist. Ursprüngliches Ziel war es, die Leistung von Mikrocontrollern auch Menschen zugänglich zu machen, die keine formale Ausbildung in den Bereichen Elektronik oder Programmierung haben, ohne dass dafür spezielle Tools oder Geräte benötigt werden. Heute kann man Arduino als eine Kombination aus drei Dingen betrachten:

1. Ein einfaches, kostengünstiges Mikrocontroller-Board. Das bekannteste Arduino-Board ist das Arduino UNO, das auf dem ATmega328-Mikrocontroller basiert, aber es gibt viele andere kompatible Boards mit anderen Mikrocontrollern. Arduino-Boards sind offene Hardware, das heißt, jeder kann seine eigenen bauen (und sogar verkaufen).
2. Eine kostenlose, leicht zu erlernende und einfach zu bedienende Mikrocontroller-Programmierumgebung. Die Software „Integrated Development Environment“ (IDE) von Arduino verwandelt die Komplexität, die normalerweise mit der Entwicklung eingebetteter Software assoziiert wird, fast schon in eine Plug & Play-Erfahrung. Für die ersten Schritte mit Arduino benötigt man nur ein paar Minuten.
3. Eine riesige Gemeinschaft und Sammlung von frei verwendbaren Open-Source-Bibliotheken, Programmierbeispielen und Anwendungen. Viele Tausende, vielleicht sogar Millionen von Menschen haben Anwendungen für Arduino-Boards entwickelt und ihre Arbeit im Internet veröffentlicht, damit jeder sie nach Belieben nutzen kann. Für die meisten Benutzer ist die Erstellung einer Arduino-Anwendung nichts anderes als die Kombination einiger Bibliotheken aus dem Internet.

Die Marke Arduino

Arduino ist ebenfalls eine Marke, die von einem Unternehmen namens Arduino verwaltet wird. Dieses Unternehmen entwirft und vertreibt neue Boards, überwacht die Entwicklung der Software IDE und führt neue Produkte und Dienstleistungen ein. Die Marke Arduino ist geschützt und darf nicht frei verwendet werden.

Arduino ist open source und preisgünstig

Arduino ist sehr beliebt geworden, weil alles einfach, open source und kostenlos ist. Der Einstieg in Arduino muss nicht mehr als 5 Euro kosten. Ein günstiges Arduino-kompatibles Board, das im Internet gekauft werden kann, reicht völlig. Die Einfachheit des Boards ist auch seine Stärke.

Dank der Erweiterungsanschlüsse lassen sich andere Geräte leicht anschließen. Tausende von preiswerten kompatiblen Erweiterungs-Boards (auch Shields genannt) sind entstanden und ermöglichen eine schnelle und dennoch komplexe Anwendungsentwicklung, ohne dass tiefgreifende Kenntnisse in Elektronik, Sensorik oder Programmierung erforderlich sind.

Von einfach bis komplex: Jeder kann mit Arduino Erfolg haben

Die Programmierung eines Arduino-Boards ist für jedermann zugänglich, da die Software IDE von Arduino einfache Möglichkeiten bietet, die meisten Funktionen des Mikrocontrollers zu nutzen. Ergänzt wird dies durch eine ständig wachsende Sammlung von Bibliotheken, die Methoden zur Verfügung stellen, mit denen sich einfache bis hochkomplexe Dinge auf einfache Art und Weise erledigen lassen. Vom Blinken einer LED bis zur Erstellung von IoT-Anwendungen mit Cloud-Anbindung: Jeder kann in kürzester Zeit mit Arduino erfolgreich sein.

Die Arduino-Programmiersprache

Auch wenn die Arduino IDE die Programmiersprache C/C++ verwendet, werden die komplexen Zusammenhänge dieser Sprachen durch einen „Vorhang“ verborgen. Sie wird oft auch als Arduino-Sprache bezeichnet. Mit dieser Sprache (in Wirklichkeit eine API) können Benutzer Programme schreiben, ohne Kenntnisse in C/C++ zu benötigen. Nur die grundlegendsten Konstruktionen, die in jeder Programmiersprache vorkommen (if-then, do-while usw.) sind erforderlich.

Der Benutzer ist jedoch nicht auf die Arduino-Sprache beschränkt. Diejenigen, die C/C++ oder sogar Assembler beherrschen, können sie neben oder anstelle der Arduino-Sprache verwenden. Dies ermöglicht die Erstellung schnellerer und kleinerer Programme und bietet Zugang zu speziellen Mikrocontroller-Funktionen, die von der Arduino-Sprache nicht nativ unterstützt werden.

Vereinfachte Programmierung mit einem Sketch

Die IDE vereinfacht die Programmierung noch weiter, indem sie für jedes Programm eine einfache Vorlage verwendet, die als Sketch bezeichnet wird. Der Sketch enthält zwei grundlegende Funktionen, die jede Anwendung benötigt: Setup (für die Initialisierung) und Loop (für den Normalbetrieb). Der Sketch dient der Strukturierung des Programms, da die meisten Arduino-Anwendungen nicht mehr als das benötigen. Hinter den Kulissen kümmert sich die Vorlage auch um die oft komplizierte Low-Level-Initialisierung des Mikrocontrollers.
 
Mit der Arduino-Sprache und der neuen Standard-Sketch-Vorlage kann sich der Benutzer auf die Erstellung einer funktionalen Anwendung konzentrieren, anstatt sich in den Details der C/C++-Sprache zu verlieren und sich von unverständlichen Mikrocontroller-Datenblättern entmutigen zu lassen.
 

Erste Schritte: Arduino für Anfänger

Um mit Arduino zu beginnen, wird ein Arduino-Board benötigt. Es gibt viele verschiedene Versionen, von offiziellen Arduino-Boards bis hin zu Klonen und Varianten von anderen Herstellern. Das beste Board für den Anfang ist wahrscheinlich das Arduino UNO, da es das am meisten unterstützte Board ist.
 
Das Arduino-Board benötigt einen freien USB-Port an einem Computer, also stellen Sie sicher, dass Sie einen haben.

Holen Sie sich die Arduino IDE

Die Arduino IDE benötigen Sie auch als Anfänger. Dieses Tool kann kostenlos von der offiziellen Arduino-Website heruntergeladen werden. Es gibt Versionen für Windows, Linux und MacOS. Es gibt auch eine Cloud-basierte Version, die die Softwareinstallation auf ein Minimum reduziert. Die Installation der IDE ist einfach. Auch die Einrichtung ist einfach: Wählen Sie einfach das Arduino-Board aus einer Liste aus und wählen Sie den Port, an den das Board angeschlossen ist.
 

Mit dem Kauf eines Arduino-Starterkits können Sie mehr Dinge hinzufügen

Auf dem Arduino-Board befindet sich eine LED, für die die IDE Beispiel-Sketches bereithält. Das bedeutet, dass Sie nur ein Arduino-Board und die IDE benötigen, um loszulegen. Aber der Wunsch, weiter zu gehen, wird sich schnell entwickeln, und so ist die Investition in ein starter kit interessant. Die Auswahl ist groß und umfasst in der Regel ein paar LEDs und Widerstände sowie andere elektronische Bauteile wie einen Servomotor, einen Summer oder ein Relais. Auch wenn einige dieser Teile direkt auf das Arduino-Board gesteckt werden können, ist es oft praktischer, eine lötfreie Steckplatine zu verwenden. Aus diesem Grund enthalten viele Starterpakete eine kleine Steckplatine und sogenannte Jumper (Überbrückungsdrähte).

Erfahren Sie mehr über Arduino mithilfe von Büchern

Im Internet gibt es eine Fülle von Arduino-Ressourcen, von Anleitungen für Anfänger bis hin zu komplexen, vernetzten Robotern und vielem mehr. Dennoch ist es praktisch, sich ein Buch für Anfänger zu besorgen, da ein solches Buch einfache Projekte mit Erklärungen enthält und Ihnen hilft, schneller voranzukommen.

Zwei Arten von Arduino-Boards

Arduino-Boards können in zwei Gruppen unterteilt werden:

1. Allgemeine Boards ohne On-Board-Peripheriegeräte
2. Boards mit integrierten Peripheriegeräten

 

Allgemeine Boards

Die erste Gruppe enthält den Arduino UNO und seine Derivate. Bei diesen Boards handelt es sich im Wesentlichen um sogenannte Mikrocontroller-Breakout-Boards. Sie sorgen lediglich für einen einfachen Zugang zu den Stiften der winzigen Chips. Einige Boards sind identisch mit dem UNO, aber kleiner und günstiger, andere sind mit anderen Mikrocontrollern ausgestattet, die über mehr Speicher und/oder Rechenleistung und mehr Eingangspins/Ausgangspins verfügen, oder andererseits mit Mikrocontrollern, die weniger Pins und Ressourcen für kostengünstige Anwendungen haben. Boards dieser Gruppe benötigen externe Schaltungen, um eine funktionale Anwendung zu erstellen.

Boards mit Peripheriegeräten

Die zweite Gruppe umfasst Boards wie das Arduino Nano RP2040 Connect. Solche Boards können etwas teurer sein, da sie einige Sensoren oder WLAN-Konnektivität oder beides bieten, aber sie haben den Vorteil, dass sie in sich geschlossen sind, was bedeutet, dass (je nach Anwendung) keine externen Schaltkreise benötigt werden, um eine Anwendung zu erstellen. Ein Nachteil von Boards dieser Gruppe kann darin bestehen, dass sie weniger universell sind und weniger freie Eingangspins/Ausgangspins haben, da diese von den On-Board-Peripheriegeräten verwendet werden.
 

Was kann ich mit Arduino machen?

Boards wie das Arduino UNO sind lediglich Mikrocontroller-Breakout-Boards, die für jede Anwendung verwendet werden können, die einen Mikrocontroller erfordert. Es gibt keine bevorzugte oder beste Anwendung. Sie machen sich unter anderem gut in den Bereichen Robotik, 3D-Drucker, Heimautomatisierung, IoT, selbstfahrende Fahrzeuge, OBD2, Uhren, Musik und Kunst, Prüf- und Messtechnik, usw. Was auch immer Sie wollen. Natürlich benötigen manche Anwendungen mehr Ressourcen als andere, und die Wahl des Arduino-Boards muss sich nach den jeweiligen Anforderungen richten. Werden Sie kreativ! Boards mit integrierten Peripheriegeräten wie der Arduino Nano RP2040 Connect haben dagegen bevorzugte Anwendungen. Einige eignen sich hervorragend für die Robotik, OBD2, oder Kunst, andere für die Heimautomatisierung, Uhren, Funkgeräte, IoT oder Prüf- und Messtechnik. Man kann mit guten Gewissen sagen, dass es für fast jede denkbare Anwendung ein Arduino-kompatibles Board gibt. Arduino-Boards werden in Anwendungen eingesetzt, auf die man selbst nie gekommen wäre.

Werden Sie kreativ!

Boards mit integrierten Peripheriegeräten wie der Arduino Nano RP2040 Connect haben dagegen bevorzugte Anwendungen. Einige eignen sich hervorragend für die Robotik, OBD2, oder Kunst, andere für die Heimautomatisierung, Uhren, Funkgeräte, IoT oder Prüf- und Messtechnik. Man kann wahrscheinlich ruhig sagen, dass es für fast jede denkbare Anwendung ein Arduino-kompatibles Board gibt. Arduino-Boards werden in Anwendungen eingesetzt, auf die man selbst nie gekommen wäre.