Ratgeber
Als offizieller Arduino-Vertriebspartner bietet Conrad Electronic eine Vielzahl von Arduino-Produkten. Nutzen Sie Arduino-Boards im Unternehmen und möchten diese für neue Projekte erweitern, werden Arduino Shields interessant. Was ist ein Arduino Shield und welche Versionen gibt es? Nähere Informationen erhalten Sie in unserem Ratgeber.
Arduino ist eine Open-Source-Plattform für die Entwicklung von DIY-Projekten. Die Plattform umfasst sowohl Hardware als auch Software und spricht Personen an, die sich für Elektronik und Programmierung interessieren, unabhängig von ihrem Erfahrungslevel.
Die physischen Leiterplatten samt Mikrocontroller werden Arduino-Boards genannt und sind mit verschiedenen analogen sowie digitalen Anschlüssen (Ein- und Ausgänge) ausgestattet. Es gibt verschiedene Modelle mit unterschiedlichen Funktionen und Spezifikationen, wobei der Mikrocontroller immer programmiert werden kann, um diverse Aufgaben auszuführen.
Arduino-Boards können mit Erweiterungsplatinen, sogenannten Arduino Shields, bestückt werden, die spezielle Funktionen oder Sensoren hinzufügen, je nach den Anforderungen des Projekts. Shields sind oft themenspezifisch und reichen von WLAN- und Bluetooth-Kommunikation bis hin zu Motorsteuerungen und Sensoren für Umweltmessungen.
Diese Shields sind darauf ausgelegt, die Funktionalität eines Arduino-Boards zu erweitern, indem sie verschiedene Sensoren, Aktuatoren oder Kommunikationsmodule integrieren.
Häufige Komponenten sind beispielsweise Ports für Temperatursensoren und Infrarot-Empfängermodule. Hinzu kommen meist Elemente zur Datenausgabe und Dateneingabe: 7-Segmentanzeigen für visuelles Feedback, Druckknöpfe für Anwender und Piezo-Summer als akustisches Signal.
Die Idee ist stets, mehrere Hardwarekomponenten auf einer einzigen Platine zu vereinen, um die Verkabelung zu vereinfachen und Platz zu sparen.
Funktionen können im Regelfall auch kombiniert werden, etwa indem ein Sensor die Temperatur erfasst, für den Menschen als lesbare Anzeige über ein LED-Display ausgibt und zugleich die Daten via Funk an ein kombiniertes Gerät weiterleitet.
Diese Module wurden speziell für die Integration von Netzwerkfähigkeiten entwickelt. Auf der Hardware aufgesetzte Projekte können dank Ethernet Shield mit einem lokalen Netzwerk oder dem Internet kommunizieren. Dafür wird ein Ethernet-Controller auf die Pins 10 bis 13 gesteckt und kann im Anschluss mit einem handelsüblichen Ethernet-Kabel verbunden werden.
Diese Shields eignen sich gut für IoT-Projekte (Internet of Things), bei denen die Vernetzung von Geräten im Mittelpunkt steht. Verwendungsszenarien können das Erstellen von Webservern, das Abrufen von Daten von Webseiten und Online-Diensten oder das Senden von E-Mails sein.
Gut zu wissen: Wird die Programmierumgebung geöffnet, stehen in der Library (Programmbibliothek) zwei Möglichkeiten zum Aufbau eines Netzwerkes über das Ethernet-Modul zur Auswahl. Es können Objekte genutzt werden, um das Modul als Server oder Client aufzubauen.
Die Erweiterungsplatine versetzt Arduino-Boards in die Lage, Lasten zu steuern.
Dabei stehen meist Motoren im Zentrum der Projekte und das Shield ermöglicht die einfache Ansteuerung von Gleichstrom- und Schrittmotoren.
Das macht es besonders nützlich für Robotikprojekte und Anwendungen, bei denen die präzise Bedienung von Motoren erforderlich ist. Möglich ist aber die Steuerung angeschlossener Relais und Magnetspulen über das Modul.
Ob Motor, Magnetspule oder Relais, die Lasten werden über Schraubklemmen an die separat steuerbaren Ausgänge angeschlossen. Zwei weitere Klemmen stehen zur Verfügung, falls die benötigte Stromversorgung so groß ist, dass externe Stromquellen nötig werden.
Über die Arduino-Bibliotheken kann ein Motor Shield bestens in bestehende Projekte eingebunden werden und ist beispielsweise mit TinkerKit-Modulen kompatibel.
Diese Ergänzungsplatinen sind für Prototyping- und Entwicklungsaktivitäten konzipiert. Es handelt sich um universelle Platinen, auf der Benutzer ihre eigenen Schaltungen und Komponenten schnell und einfach aufbauen sowie testen können.
Die unbestückte Lochrasterplatine kann frei mit elektronischen Komponenten wie Widerständen, Kondensatoren, LEDS, ICs und mehr verlötet werden. Ein Bereich dient zum Hinzufügen von Spannungsreglern und Verbindungspunkten für die Stromversorgung.
Da das Proto Shield universell ist, kann es auch mit anderen Arduino Shields kombiniert werden, um spezifische Funktionen hinzuzufügen. Zum Beispiel kann es mit einem Motor Shield für die Motorsteuerung oder mit einem Ethernet Shield für die Netzwerkkommunikation zusammen genutzt werden.
Ein OLED-Bildschirm als Shield bietet eine kompakte und energieeffiziente Anzeigelösung. Das Shield integriert ein organisches LED-Display mit hoher Kontrast- und Helligkeitsqualität samt gutem Betrachtungswinkel in das Arduino-Board. Die leichte Implementierung ermöglicht die Darstellung von Texten, einfachen Grafiken sowie Animationen und dank der geringen Stromaufnahme eignet sich das Shield auch für batteriebetriebene Projekte.
In welcher Sprache wird der Arduino programmiert?
Die Programmierung erfolgt in Arduino API (Arduino Programming Language), einer abgewandelten Version der C++-Programmiersprache. C++ wurde dabei für die einfache Handhabung von Mikrocontrollern und den spezifischen Anwendungsfällen von Arduino-Boards angepasst. API enthält entsprechend viele vordefinierte Funktionen, um den Programmieraufwand zu reduzieren. Der Hauptcode, der auf einem Arduino ausgeführt wird, besteht dabei aus zwei Funktionen: setup() und loop(). Der setup()-Block wird einmal beim Start des Programms ausgeführt, während der loop()-Block wiederholt ausgeführt wird, solange das Board eingeschaltet ist.
Nutzer benötigen die Arduino-Software IDE (Integrated Development Environment), denn diese ermöglicht es, Programme für das Board zu schreiben, zu kompilieren und hochzuladen.
Welcher Einplatinencomputer sind eine Alternative zu Arduino?
Es gibt Single Board Computers wie Raspberry Pi und BeagleBone. Die Mini-Computer der Raspberry Pi Foundation sind die bekanntesten Einplatinencomputer mit leistungsfähiger Hardware, einschließlich ARM-Prozessor, HDMI-Ausgang, USB-Ports und GPIO-Pins für die Hardware-Interaktion. Raspberry Pi läuft mit verschiedenen Betriebssystemen und bietet ebenfalls Erweiterungsplatinen. Die Add-on-boards nennt man dort Pi HATs (Hardware Attached on Top).
Auch die verschiedenen Generationen von BeagleBone nutzen ARM-Prozessoren, bieten eine offene Plattform und werden von Entwicklern genutzt, die einfache Schnittstellen für Tools suchen. Während ein Raspberry Pi sehr häufig auch in Privathaushalten und zu Schulungszwecken im Einsatz ist, sind BeagleBone-Module auf industrielle Anwendungen mit vielen Peripheriegeräten ausgelegt.