Arduino-Einsteigerset
Im Arduino-Einsteigerset von bausteln.de (erhältlich in unserem Online-Shop) findest du folgende Bauteile:
- Einen Arduino Duemilanove mit USB-Kabel
- Bunte Drahtbrücken in verschiedenen Längen
- Zehn einfarbige Leuchtdioden (3 gelbe, 3 grüne, 3 rote, 1 blaue)
- Eine RGB-Leuchtdiode (alle Farben)
- Einen Piezo-Lautsprecher
- Einen Servo
- Zwei Mini-Taster
- Einen Drehregler (Potentiometer, 10 kΩ)
- Einen Lichtsensor (Photowiderstand)
- Einen Temperatursensor (NTC-Heißleiter)
- Einen Magnetsensor (Hall-Sensor)
- 14 Widerstände mit 150 Ω (braun-grün-braun)
- 5 Widerstände mit 1 kΩ (braun-schwarz-rot)
- 5 Widerstände mit 10 kΩ (braun-schwarz-orange)
- Einen Schieberegister-IC 74HC595
- Einen Transistor 2N2222a
- Eine Steckplatine (Breadboard)
- Eine Aufbewahrungsbox
Was dir jetzt noch fehlt, ist die Arduino-Software. Du kannst sie unter arduino.cc (englisch) für Linux, OS X oder Windows herunterladen, aktuell ist Version 0017. Nach dem Entpacken des Installationsarchivs musst du den USB-Treiber installieren, danach kannst du die Arduino-IDE (Entwicklungsumgebung) starten. Eine detaillierte Anleitung (bisher nur auf Englisch) gibt es ebenfalls hier bei arduino.cc.
Arduino Duemilanove
„Duemilanove“ ist italienisch für 2009 und bezeichnet die neueste Version der Arduino-Hardware. Eine genaue Einleitung findest du auf unserer Seite über den Arduino. Der Arduino wird mit dem beiliegenden USB-Kabel an einen freien USB-Anschluss des Computers angeschlossen.
Der Arduino bezieht seinen Strom über das USB-Kabel vom Computer. Oft möchte man aber den Arduino unabhängig betreiben. An die Stromversorgungsbuchse kann eine beliebige Stromquelle angeschlossen werden, die zwischen 9 und 12 Volt liefert. Das kann eine Batterie oder ein Steckernetzteil sein. Eigene Stromquellen sollten ebenfalls einen passenden Stecker haben (5,5 mm Außendurchmesser, 2,1 mm Innendurchmesser, Pluspol innen. Achtung: Netzteile von Gitarren-Bodeneffektgeräten haben den richtigen Stecker, sind aber andersherum gepolt. Ein solches Netzteil würde den Arduino beschädigen.)
Draht
Mit dem Draht baut man seine Schaltungen auf. Im Einsteigerset ist eine kleine Box mit 140 fertigen Drahtbrücken verschiedener Längen enthalten.
Einfarbige Leuchtdioden
Leuchtdioden (LEDs) fangen an zu leuchten, wenn sie von elektrischem Strom durchflossen werden. Sie unterscheiden sich von Glühlampen (abgesehen von der Art der Lichterzeugung) aber dadurch, dass nur dann leuchten, wenn sie richtig gepolt sind, also der Strom in der für sie „richtigen“ Richtung fließt. Außerdem muss der Strom begrenzt werden, sie dürfen nicht direkt an die Stromquelle angeschlossen werden, sondern benötigen einen Vorwiderstand.
Im Einsteigerset sind die passenden Vorwiderstände enthalten. Sie haben einen Widerstandswert von 150 Ω (Ohm), was bei einer Spannung von 5 Volt (die der Arduino für alle Stromkreise verwendet) den Strom für die Leuchtdioden passend begrenzt. Der Vorwiderstand kann über eine Formel ausgerechnet werden, wenn du LEDs an einer anderen Spannung betreiben möchtest. Näheres zum Ablesen des Widerstandswertes anhand der Farbringe siehe unten.
Die Anschlüsse einer Leuchtdiode (und anderer gepolter Bauelemente) nennt man Anode und Kathode. Die Kathode wird mit dem „Minuspol“ der Stromquelle verbunden, die Anode mit dem „Pluspol“, beim Arduino entspricht das den Anschlüssen „GND“ (Ground, Masse) und „5V“ (5 Volt) bzw. einem Digitalausgang des Arduinos, der einen entsprechenden Pegel hat. Der Vorwiderstand kann entweder in der Verbindung zur Masse oder zum Pluspol liegen. Ist die Leuchtdiode falsch herum angeschlossen, geht sie nicht kaputt, sondern leuchtet nur einfach nicht.
Die Anode hat bei Leuchtdioden in der Regel ein etwas längeres Anschlussbeinchen. Die Kathode hat entsprechend das etwas kürzere Beinchen, außerdem ist das runde Plastikgehäuse an dieser Seite abgeflacht, was du am besten beim Blick von unten auf die LED erkennen kannst. So kannst du auch noch die Polung der Leuchtdiode erkennen, wenn du die Beinchen z.B. beim Einlöten in eine Schaltung abgeknipst hast.
RGB-Leuchtdiode
Im Set ist auch eine RGB-Leuchtdiode, die über die additive Farbmischung von rotem, grünem und blauem Licht prinzipiell jede gewünschte Farbe erzeugen kann. Dazu sind in einem Gehäuse vier Leuchtdioden untergebracht: Eine rote, eine grüne und zwei blaue. Die RGB-Leuchtdiode hat sechs Anschlussbeinchen, die nach folgendem Plan belegt sind (von unten gesehen):
Die beiden längeren Beinchen in der Mitte entsprechen der Kathode, werden also mit Masse (GND) verbunden. Zur Benutzung in der Steckplatine müssen diese Beinchen eventuell einige Millimeter mit dem Seitenschneider gekürzt werden, damit alle sechs Beinchen in den Löchern der Platine Halt finden. Die vier äußeren Beinchen sind die Anoden der vier eingebauten Leuchtdioden, die über vier entsprechende Vorwiderstände (je 150 Ω) mit digitalen Ausgängen des Arduinos verbunden werden.
Piezo-Lautsprecher
Der Piezo-Lautsprecher kann am Arduino sowohl für die Ausgabe von Tönen benutzt werden als auch als Klopfsensor: Er wandelt also eine Wechselspannung in Vibrationen als auch umgekehrt Vibrationen in eine Wechselspannung um, die mit dem Arduino verarbeitet werden kann.
Mini-Taster
Taster schließen einen Stromkreis, solange sie gedrückt werden, so wie z.B. die Tasten einer Tastatur oder die Knöpfe einer Computermaus. Die Taster können direkt in die Steckplatine eingesetzt werden.
Sie haben vier Beinchen, je zwei davon sind aber direkt verbunden, daher musst du darauf achten, den Taster richtig gedreht in die Schaltung einzusetzen:
(Grafik)
Drehregler
Der Drehregler (Potentiometer, Poti) hat drei Anschlüsse. Du musst etwas fester senkrecht drücken, um ihn in die Steckplatine einzusetzen. Mit dem Drehregler kannst du einen beliebigen Wert von 0 bis 100% an einen der Analogeingänge des Arduinos schicken, um zum Beispiel die Helligkeit einer Leuchtdiode oder die Frequenz eines Tons zu regeln.
In der Regel schließt man den linken Anschluss an Masse und den rechten Anschluss an 5 Volt an. Am mittleren Anschluß liegt dann eine Spannung an, die je nach Stellung zwischen 0 und 5 Volt liegt und die dann vom Arduino ausgelesen wird. Es gibt auch Potentiometer in Längsform, sogenannte Schieberegler, die z.B. in Mischpulten verwendet werden.
Sensoren
Die Sensoren für Licht, Temperatur und Magnetismus werden ähnlich wie ein Potentiometer ausgelesen. Der Licht– und der Temperatursensor sind Widerstände, deren Widerstandswert sich mit der Änderung der Meßgröße verändert. Der Magnetsensor schaltet ähnlich einem Taster einen Stromkreis, sobald ein genügend starkes Magnetfeld in seiner Nähe ist.
Einzelheiten zum Anschluss und Auslesen der Sensoren auf den jeweiligen Beispielseiten: Lichtsensor, Temperatursensor, Magnetsensor.
Widerstände
Im Set sind drei verschiedene Widerstandsausführungen enthalten: 150 Ω, 1 kΩ (Kilo-Ohm) und 10 kΩ.
Die Widerstände mit 150 Ω sind als Vorwiderstände für die Leuchtdioden gedacht. Es sind 13 Stück im Set, so dass man bei Bedarf alle neun LEDs und die RGB-LED (benötigt vier Vorwiderstände) gleichzeitig betreiben kann. Die Widerstände mit 1 kΩ und 10 kΩ werden als sogenannte Pull-down-Widerstände benötigt (Erklärung im Beispiel zur Benutzung von Tastern) und um mit den Sensoren eine sogenannte Spannungsteilerschaltung aufzubauen.
Widerstände in dieser Form gibt es schon seit vielen Jahrzehnten. Damals war es noch nicht möglich, den Wert in Zahlen so klein aufzudrucken, daher haben sie bis heute eine Farbcodierung mit vier oder fünf Ringen, an der man den Widerstandswert ablesen kann (eine Tabelle gibt es z.B. in der Wikipedia). Man liest dabei von links nach rechts („links“ ist dort, wo die drei Ringe nah beieinander sind), also in diesem Fall:
braun-grün-braun = | 1 | 5 | ·101 | = 15·10 = 150 Ω (gold: ±5% Toleranz)
braun-schwarz-rot = | 1 | 0 | ·102 | = 10·100 = 1000 Ω = 1 kΩ (gold: ±5% Toleranz)
braun-schwarz-orange = | 1 | 0 | ·103 | = 10·1000 = 10.000 Ω = 10 kΩ (gold: ±5% Toleranz)
Steckplatine
Die Steckplatine (das englische Wort Breadboard wird z.T. mit Steckboard oder ähnlich übersetzt) ist die Grundlage für alle Schaltungen, die man mit dem Arduino-Einsteigerset aufbauen kann. Ohne zu löten kann man so schnell beliebige Schaltungen zusammenstecken und problemlos verändern oder erweitern. Die Lücke in der Mitte der Steckplatine hat genau den passenden Abstand, um darauf ICs (Mikrochips) im sogenannten DIP-Gehäuse zu stecken, deren Anschlüsse man dann gut von Hand verkabeln kann. (Der große Atmel-Chip auf dem Arduino hat z.B. dieses Format).
Die Steckplatine ist im Inneren folgendermaßen verbunden:
Die zwei längeren Reihen an den Längsseiten der Steckplatine werden meistens für Masse (GND) und positive Versorgungsspannung (Vcc, in diesem Fall 5 Volt) benutzt, so dass auf der ganzen Fläche diese oft benötigten Anschlüsse nicht weit sind. (Verbunden sind längs jedoch immer nur 25 Löcher, so dass man über einen kurzen Draht ggf. selbst die gesamte Reihe verbinden muss). Der genormte Abstand der Löcher beträgt 2,54 mm bzw. ¹⁄₁₀ Zoll.
(Diese Anleitung bezieht sich auf die aktuelle Version 2.0 des Einsteigersets. Die Anleitung für das alte Set (vor September 2009) findest du hier.)