Arduino-Einführung
Der Arduino ist eine einfache und vielseitige Experimentierplattform, eine Art kleiner Mini-Computer. Sie besteht aus der Arduino-Hardware, einer handtellergroßen Platine mit einer Vielzahl von Anschlüssen und der Arduino-Software, einer Entwicklungsumgebung (IDE) für den PC, in der man die Programme schreibt, die auf dem Gerät ablaufen.
Sowohl die Software als auch die Hardware stehen unter Open-Source-Lizenzen. Alle Baupläne und Quelltexte sind also veröffentlicht und dürfen für eigene Zwecke angepasst werden. Die Entwicklungsumgebung ist für Linux, OS X und Windows kostenlos verfügbar.
Mit der Arduino-Plattform kann man ohne große Vorkenntnisse Sensoren wie Schalter, Drehregler, Licht– und Bewegungssensoren auslesen und diese Daten verarbeiten, indem man sie entweder über USB oder andere Schnittstellen weiterleitet oder direkt ohne angeschlossenen Computer eine entsprechende Ausgabe auslöst, zum Beispiel mit Leuchtdioden, Lautsprechern oder Motoren.
Hier ist die neuste Version der Arduino-Hardware abgebildet, der Arduino Duemilanove (italienisch für „2009“). Die wichtigsten Anschlüsse und Bestandteile sind die folgenden:
Mikrocontroller
Der Mikrocontroller ist das Gehirn des Arduinos. Er ist quasi ein kleiner Computer auf einem Mikrochip. Es handelt sich um einen Atmel ATmega168, der 16 Kilobyte Flash-Speicher (sozusagen die Festplatte) und 1 Kilobyte SRAM (den Arbeitsspeicher) enthält und einen Systemtakt von 16 Megahertz hat. Das ist viel weniger als z.B. ein normaler Laptop, aber die Programme im Arduino benötigen auch nur sehr wenig Platz.
USB-Anschluss
Über den USB-Anschluss verbindet man den Arduino mit dem PC. Über diese Verbindung kopiert man das Programm, das auf dem Arduino ablaufen soll, in den Speicher des Mikrochips. Während das Programm läuft, kann man außerdem Daten mit dem Arduino austauschen. Das kann man z.B. dazu nutzen, vom PC aus einen Motor zu steuern oder umgekehrt, um vom Arduino gemessene Werte wie die Stellung eines Drehreglers in einem PC-Programm auszulesen.
Stromversorgung
Der Arduino läuft aber auch ohne PC und führt das in ihm gespeicherte Programm aus, dazu braucht er nur Strom, mit dem man ihm über diese Buchse mit einer Batterie oder einem Netzteil (9 Volt) versorgen kann.
Digitale Ein– und Ausgänge
Die oberen Buchsenleisten sind insgesamt 14 digitale Ein– oder Ausgänge. Man kann dort also Schalter oder Taster anschließen, um etwas zu steuern (als Eingang) oder Lautsprecher, Leuchtdioden oder andere Bauteile ein– und ausschalten (als Ausgang). Digital bedeutet, dass dort entweder kein Strom fließt (digital 0) oder Strom fließt (digital 1), Zwischenwerte gibt es nicht. Elektrisch liegen bei „0“ bzw. „aus“ 0 Volt an, bei „1“ oder „ein“ 5 Volt.
Die sechs Ausgänge mit der Beschriftung „PWM“ (pulse width modulation) können dennoch dafür genutzt werden z.B. die Helligkeit von Leuchtdioden oder die Geschwindigkeit eines Motors zu regeln: Pulsbreitenmodulation bedeutet, dass der Ausgang sehr schnell ein– und ausgeschaltet wird, wobei die Dauer des „ein“-Zustands kürzer oder länger sein kann.
Analoge Eingänge
Der linke Teil der unteren Buchsenleisten ist mit „Analog in“ beschriftet: Hier werden Sensoren angeschlossen, die einen beliebigen Wert liefern können, also nicht nur „ein“ oder „aus“. Das können Dreh– oder Schieberegler sein oder Sensoren, die z.B. Druck, Helligkeit, Temperatur, Magnetismus oder Bewegung registrieren. Diese werden vom Arduino in der Regel mit 5 Volt versorgt und liefern als Meßwert dann eine Spannung zwischen 0 und 5 Volt zurück.
Dieser analoge Wert wird mit einer Auflösung von 10 Bit digitalisiert, das bedeutet, dass der Prozessor einen Wert zwischen 0 und 210–1 = 1023 erhält.
Weitere Anschlüsse
An der Buchsenleiste in der Mitte unten liegen diverse nützliche Anschlüsse:
An „Vin“ (Voltage in) steht die Eingangsspannung der Stromversorgung (um 9 Volt) zur Verfügung.
„Gnd“ (Ground) ist in diesem Fall der „Minuspol“, an dem O Volt anliegen und den man braucht, um Stromkreise zu schließen.
„5V“ (5 Volt) ist hier der „Pluspol“ der 5-Volt-Spannungsversorgung, mit der auch der Arduino läuft.
„3V3“ (3,3 Volt) ist eine weitere Spannung, die für manche andere eletronische Komponenten benötigt wird und hier abgreifbar ist.
An den „Reset“-Anschluß kann man einen Taster anschließen, der wie der auf der Platine aufgelötete Reset-Taster den Arduino neu startet, wenn diese Leitung mit „GND“ verbunden wird.