Computer für Bastler Was ist eigentlich ein Arduino?

Als Mikrocontroller-Board kann er Lautsprecher, Motoren und Displays steuern, längst ist er ein wichtiger Teil vieler Hobby-Elektronik-Projekte. Hier erfahren Sie, was es mit dem sogenannten Arduino auf sich hat.

Arduino Uno
arduino.cc

Arduino Uno

Von "t3n"-Autor Moritz Stückler


Vielleicht ist Ihnen der Begriff Arduino schon einmal in den Medien begegnet. Außer, dass es sich um "irgendwas mit Technik" handelt, ist eventuell nicht viel hängengeblieben. In Bastlerkreisen hingegen dürfte mittlerweile jeder wissen, was Arduino ist.

In den Hobby-Elektronik-Projekten spricht man dann von "einem" Arduino oder "dem" Arduino. Dabei wird der Markenname Arduino als Synonym für eine ganze Reihe verschiedener Geräte verwendet. Auch wenn das der häufigste Kontext für den Begriff ist, so steckt hinter dem Namen eigentlich noch viel mehr als die bloßen Mikrocontroller-Boards.

Mehr als nur ein Stück Hardware

Das Arduino-Projekt wurde im Jahr 2005 von einer Gruppe befreundeter Entwickler in Italien gestartet. Sie veröffentlichten die Pläne für ihr erstes Mikrocontroller-Board unter einer Open-Source-Lizenz und fertigten die ersten 200 Prototypen.

Von da an entwickelte sich das Projekt rasend schnell und inzwischen befinden sich viele Millionen Boards auf der ganzen Welt im Umlauf. Nach einigen Streitigkeiten der Projektgründer gibt es die Arduino-Boards heute in Europa auch unter dem Namen Genuino zu kaufen. Außer dem Namen bleibt dabei aber alles gleich.

Der Hauptbestandteil des Arduino-Projekts ist eine Vielzahl von Mikrocontroller-Boards, die jeweils verschiedene Modellbezeichnungen tragen, zum Beispiel Arduino Mega, Arduino Uno, Arduino Due oder Arduino Nano. Die Boards variieren in der Ausstattung, sind jedoch alle maximal so groß wie eine Zigarettenschachtel und meistens blau gefärbt.

Oft kopiert und trotzdem nicht dasselbe

Durch das liberale Lizenzmodell gibt es inzwischen auch Tausende Arduino-Klone. Die nachgemachten Modelle, die unerlaubterweise unter demselben Namen verkauft werden, sind oftmals noch günstiger als die Original-Boards. Verantwortlich dafür ist eine schlechtere Verarbeitung. Das unscheinbare Herzstück befindet sich in der Mitte aller Boards: der Mikrocontroller.

Eine Auswahl verschiedener Arduino-Boards
arduino.cc

Eine Auswahl verschiedener Arduino-Boards

Manchmal wird der Begriff Mikrocontroller synonym für einen Prozessor verwendet. Das ist aber nicht korrekt. Der Prozessor ist nur ein Teil des Mikrocontrollers. Unter dem schwarzen Deckel eines Mikrocontrollers verstecken sich viele elektronische Komponenten, unter anderem ein Prozessor, aber auch kleine Speicher, Timer-Bausteine oder Digital-Analog-Wandler. Der Mikrocontroller ist also ein großer Werkzeugkasten für alle digitalen Aufgaben.

Die Front eines Arduino Due: In der Mitte sitzt der Mikrocontroller, am Rand finden sich die GPIO-Anschlüsse
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Die Front eines Arduino Due: In der Mitte sitzt der Mikrocontroller, am Rand finden sich die GPIO-Anschlüsse

Modellbau, Kunstprojekte, Heim-Automatisierung

Ein Mikrocontroller-Board sollte nicht mit einem herkömmlichen Computer verwechselt werden. Es handelt sich um ein sogenanntes Embedded System. Es übernimmt nur ganz spezielle Steuerungs- oder Kontrollaufgaben und ist in andere Systeme eingebettet. Eine grafische Benutzeroberfläche, wie bei Windows oder Linux, gibt es nicht. Ein Arduino läuft ohne Betriebssystem.

Der Mikrocontroller verfügt über viele Ein- und Ausgänge, an die beliebige elektronische Komponenten angeschlossen werden können. Deswegen nennt sich die Menge der Ein- und Ausgänge auch GPIO: General Purpose Input/Output.

An diese Steckleisten können zum Beispiel Leuchtdioden, Lautsprecher, Displays, Motoren oder Sensoren angeschlossen werden. Der Mikrocontroller kann alle diese Komponenten steuern, auslesen und miteinander verknüpfen. Deswegen eignet sich der Arduino für so viele Einsatzgebiete: Modellbau, Kunstprojekte, Heim-Automatisierung, Wettermessung und vieles mehr.

Programmierkenntnisse von Nöten

Dafür muss der Mikrocontroller einmalig entsprechend programmiert werden. Das funktioniert relativ komfortabel mit der sehr etablierten Programmiersprache C, die für den Arduino-Einsatz an einigen Stellen vereinfacht wurde. So lässt sich mittels weniger Textzeilen viel Funktionalität erreichen. Ein kleines Arduino-Programm, welches eine Leuchtdiode blinken lässt, die über den GPIO angeschlossen ist, könnte so aussehen:

Arduino-Boards zeichnen sich gegenüber anderen Mikrocontrollern dadurch aus, dass sie neben dem Mikrocontroller noch weitere praktische Komponenten auf ihrer Platine beherbergen. Am wichtigsten ist dabei das Programmier-Interface.

Damit kann der Code auf dem Mikrocontroller einfach über den USB-Anschluss eines anderen Computers verändert werden. Bei vielen älteren Mikrocontroller-Boards brauchten die Benutzer ein zusätzliches Gerät, um einen neuen Code aufspielen zu können. Anfänger können mit jedem handelsüblichen PC innerhalb von wenigen Minuten ihr erstes Programm auf den Arduino laden.

Nutzerfreundliche Entwicklungsumgebung für Einsteiger

Die zweite, große Komponente für den Erfolg des Arduino-Projekts ist die Entwicklungsumgebung, also die Software mit der man den Mikrocontroller programmiert. Diese Programme sind oft sehr groß, teuer, unübersichtlich und komplex, also sehr abschreckend für Einsteiger. Die Arduino-Entwicklungsumgebung ist das genaue Gegenteil: Die Software ist fast schon minimalistisch, verfügt über nur wenige Buttons und kann sofort verwendet werden.

Wer anfängt, einen Arduino zu programmieren, kann sich dank der Entwicklungsumgebung sofort auf den Code konzentrieren und muss sich nicht mit Einstellungen und Konfigurationen aufhalten. Inzwischen können Arduino-Boards sogar direkt im Browser programmiert werden, ohne dass eine Entwicklungsumgebung installiert werden muss.

Die Entwicklungsumgebung für Arduino ist sehr einsteigerfreundlich
t3n

Die Entwicklungsumgebung für Arduino ist sehr einsteigerfreundlich

Arduino ist eine Macht im IT-Markt

Durch das offene Lizenzmodell, die Vielseitigkeit und den geringen Preis hat sich Arduino heute zu einer wahren Macht im IT-Markt entwickelt. Die hohe Verbreitung sorgt dafür, dass es eine riesige Community um die Boards gibt. Es gibt Anleitungen, Tipps und Foren für wirklich jeden erdenklichen Einsatzbereich.

Zwar gibt es inzwischen eine Flut ähnlicher Projekte und Boards, die versuchen, das Arduino-Prinzip zu verbessern oder für andere Bereiche zu adaptieren. Trotzdem aber bleibt das Original in seiner Verbreitung, gerade wegen der etablierten Community, ungeschlagen.

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insgesamt 10 Beiträge
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Seite 1
skal666 31.07.2016
1. Gute Zusammenfassung
Es freut mich solche Artikel auf Mainstream-Medien zu sehen. Ich bin nämlich der Meinung, daß die heutige Zeit mit dem ganzen technischen Fortschritt eine technische Alphabetisierung der Bevölkerung nötig macht. Darunter versteht sich mehr als nur zu wissen welchen Knopf man drücken oder anklicken muss. Insbesondere das Raspi Projekt mit seiner bunten Oberfläche spricht auch Kinder an, es gibt zahlreiche Bastel-Projekte von Kids. Das gibt Hoffung, daß in der nächsten Generation die Aussage "Ich verstehe nichts von Technik" aufhören könnte als schick zu gelten und die Menschen etwas mehr Verständnis und damit Kontrolle über die technischen Geräten in ihrem Alltag erlangen werden.
Paul Panda 31.07.2016
2. Auf den Punkt gebracht
So ein Zufall: Habe gerade eben meinen Arduino an den PC, auf dem ich hier schreibe, angeschlossen, um etwas zu testen. Der Artikel bringt das Wesentliche auf den Punkt. Ich arbeite schon seit drei Jahren mit dem Arduino (unter Windows 7) und habe dadurch zum ersten Mal die Möglichkeit, externe Geräte auf einfache Weise vom PC aus per Mausklick (auf selbst programmierte Icons) ein- und auszuschalten oder zu steuern und externe, analoge Daten (z.B. Temperatur) in den PC zu übertragen, dort als Diagramm anzuzeigen und zu speichern. Der Arduino arbeitet übrigens nicht nur mit der einfachen (ebenfalls mit C verwandten) Programmiersprache Processing, sondern auch mit Visual Basic recht gut zusammen. Das einzige, was nervt, ist die Tatsache, dass die USB-Verbindung bei einer ununterbrochenen Datenübertragung gelegentlich abstürzt oder dass sich die Nummer des Ports (COM) gelegentlich von selbst ändert. Die Taktfrequenz des internen A/D-Wandlers könnte auch gerne etwas höher sein. Außerdem wäre eine 16-Bit-Auflösung (statt bisher 10 Bit) wünschenswert - aber sonst: OK!
burnedout 31.07.2016
3.
Im Studium mussten wir mit dem Arduino eine Installation anfertigen. Dafür haben Sensoren Position vom Betrachter erkannt, Servomotor auf richtige Position gedreht und dann mittels V2 Speaker spezifische Sätze aufgesagt. War schon ein tolles Gefühl, "richtige" Technik entwickelt/ programmiert zu haben. Wir brauchten allerdings 3 V2 Speaker, da + und - verwechselt wurden (ja, genau... 3)... ^^
Moridin 31.07.2016
4.
Zitat von skal666Es freut mich solche Artikel auf Mainstream-Medien zu sehen. Ich bin nämlich der Meinung, daß die heutige Zeit mit dem ganzen technischen Fortschritt eine technische Alphabetisierung der Bevölkerung nötig macht. Darunter versteht sich mehr als nur zu wissen welchen Knopf man drücken oder anklicken muss. Insbesondere das Raspi Projekt mit seiner bunten Oberfläche spricht auch Kinder an, es gibt zahlreiche Bastel-Projekte von Kids. Das gibt Hoffung, daß in der nächsten Generation die Aussage "Ich verstehe nichts von Technik" aufhören könnte als schick zu gelten und die Menschen etwas mehr Verständnis und damit Kontrolle über die technischen Geräten in ihrem Alltag erlangen werden.
Das ist ein fehlgeleiteter Anspruch. Die meisten Menschen fahren Autos, ohne zu wissen, wie es funktioniert. Sie nutzen Zahnpasta, ohne selbst einschätzen zu können, mit was sie da ihre Mundschleimhäute in Kontakt bringen. Sie vertrauen Ärzten blind, dass diese sie wieder gesund machen, ohne dazu selbst auch nur ansatzweise fähig zu sein. Es wäre schön, wenn alle Menschen alles wissen würden, aber das ist unrealistisch. Deswegen spezialisieren wird uns und bilden soziale Gemeinschaften, um uns gegenseitig am jeweiligen Wissen teilhaben zu lassen. Es ist gut, Menschen dazu zu animieren, sich mit bestimmten Dingen zu beschäftigen, aber daraus sollte sich kein Anspruch entwickeln.
Referendumm 31.07.2016
5.
Zitat von Paul PandaSo ein Zufall: Habe gerade eben meinen Arduino an den PC, auf dem ich hier schreibe, angeschlossen, um etwas zu testen. Der Artikel bringt das Wesentliche auf den Punkt. Ich arbeite schon seit drei Jahren mit dem Arduino (unter Windows 7) und habe dadurch zum ersten Mal die Möglichkeit, externe Geräte auf einfache Weise vom PC aus per Mausklick (auf selbst programmierte Icons) ein- und auszuschalten oder zu steuern und externe, analoge Daten (z.B. Temperatur) in den PC zu übertragen, dort als Diagramm anzuzeigen und zu speichern. Der Arduino arbeitet übrigens nicht nur mit der einfachen (ebenfalls mit C verwandten) Programmiersprache Processing, sondern auch mit Visual Basic recht gut zusammen. Das einzige, was nervt, ist die Tatsache, dass die USB-Verbindung bei einer ununterbrochenen Datenübertragung gelegentlich abstürzt oder dass sich die Nummer des Ports (COM) gelegentlich von selbst ändert. Die Taktfrequenz des internen A/D-Wandlers könnte auch gerne etwas höher sein. Außerdem wäre eine 16-Bit-Auflösung (statt bisher 10 Bit) wünschenswert - aber sonst: OK!
Ich finde gerade die Kombination von Raspberry Pi plus Ardino sehr elegant. Damit kann ich getrennt von meinem Hauptrechner alles umsetzen. Zudem lassen sich so beide Systeme zugleich erlernen. Toll finde ich auch - neben den zig bereits vorhandenen Softwarelösungen -, dass man sich auch eine Vielzahl an Sensoren, Aktuatoren etc. zu wirklich sehr günstigen Preisen kaufen lässt. Ob Wetterstation, Schrittmotorapplikation oder ... eine Vielzahl an Projekten lässt sich so relativ kostengünstig und ohne vertiefte Programmierkenntnisse umsetzen.
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