Hi,

im zweiten Teil unseres Kurses wirst du endlich deine erste Schaltung aufbauen.

Letztes Mal haben wir den Arduino in Betrieb genommen, die nötige Software installiert und einen ersten Test-Sketch übertragen.

Wenn du das alles gemacht hast und dir sogar Bauteile am Schluss der Lektion besorgt hast: Super!

Dann bist du bereit für deinen ersten Schaltkreis.

Falls nicht, keine Sorge. Du kannst jederzeit zur vorherigen Lektion zurückkehren und alles nachlesen, was du zum Start brauchst.

Und sollten dabei Probleme auftauchen, dann kannst du in den Kommentaren oder im Forum fragen.

Fangen wir also an . . .

Vom Programm zur Schaltung

Was die Arbeit mit dem Arduino eigentlich ausmacht ist ja, dass du eigene Schaltungen entwickeln und aufbauen kannst, also den Schritt vom Software- zum Hardware-Entwickler machen kannst. Damit erweiterst du deinen Computer, gibst ihm quasi Sinne um mit der Umwelt zu kommunizieren und darauf zu reagieren. Neben den Programmiertechniken des Softwareentwicklers braucht der Arduino-Maker also auch ein wenig Elektrotechnik.  In dieser Lektion werden wir es zum ersten Mal mit elektronischen Bauteilen und deren Aufbau zu tun bekommen, aber wir bleiben erstmal noch ganz praktisch. Erst beim nächsten Mal werden wir ein wenig in die Hintergründe der Schaltungstechnik einsteigen.

Du hast also dein Breadboard, eine Leuchtdiode und einen Widerstand bereit? Prima, dann kann es losgehen.

Dank Breadboard ist kein Löten nötig

Das Breadboard, auch Steckbrett genannt, ist so aufgebaut, dass immer eine Reihe von 5 Kontakten miteinander verbunden sind.  Alle Bauteile, die mit einem Bein im gleichen Fünferfeld stecken, haben also miteinander Kontakt. In diesem Beitrag über Breadboards erfährst du alles, was du über das Brotbrett noch wissen musst.

Breadboard_skize

Wir bauen erstmal einen einfachen Stromkreis. Der Arduino dient uns dazu jetzt nur als Spannungsquelle. Er bekommt aber später noch mehr zu tun.

Für die  Verbindungen zwischen Breadboard und Arduino oder auch auf dem Board brauchst du ein paar kleine Kabelstücke. Mit einem Seitenschneider lassen sie sich bequem aus der Schaltlitze schneiden. Zur Not tut’s dafür aber auch eine Haushaltsschere. Die Isolierung an beiden Enden musst du dann entfernen, so dass der blanke Metalldraht einige Millimeter herausschaut. Das geht am besten mit einem Taschenmesser. Einfach die Klinge ohne Druck locker einmal um den Draht herumführen, damit wird die weiche Plastikisolierung durchtrennt, aber der Draht bleibt unbeschädigt. Die Isolierung lässt sich danach wie ein Käppchen ganz leicht nach oben abziehen.

 

Mit dem Seitenschneider lassen sich kleine Verbindungsdrähte herstellen
Mit dem Seitenschneider lassen sich kleine Verbindungsdrähte herstellen

 

Es werde Licht sprach der Arduino

So vorbereitet kann’s jetzt endlich losgehen:

  1. Setzte den 220 Ohm Widerstand etwa mittig auf das Breadboard
  2. Verbinde den Ausgang +5V am Arduino mit dem rechten Anschlussbeinchen des Widerstands
  3. Verbinde das längere Anschlussbeinchen der LED auf der linken Seite mit dem Widerstand
  4. Setze einen Verbindungsdraht vom kurzen LED-Beinchen zum Anschluss GND am Arduino

 

LED_Schaltkreis
Ein einfacher Stromkreis mit LED und Widerstand und dem Arduino als Spannungsquelle

Na, alles richtig gemacht? Prima, dann leuchtet die LED! 🙂

Wenn nicht, überprüfe erst mal, ob wirklich das kürzere Anschlussbeinchen mit dem GND-Anschluss verbunden ist. Die Leuchtdiode funktioniert nämlich nur in einer Richtung.

Jetzt nehmen wir Kontakt auf

Lassen wir die LED erstmal weiter vor sich hin leuchten und schauen uns den Arduino genauer an. Da sind an zwei Seiten Leisten mit Kontakten, die alle beschriftet sind. Wir haben bisher nur die Anschlüsse +5V und GND benutzt, die einfach eine Betriebsspannung für die Schaltung bereitstellen. Das siehst du auch daran, dass über dem Block „Power“ steht. Es gibt aber noch viel mehr Kontakte mit interessanteren Funktionen. Gegenüber unserer Spannungsversorgung haben wir eine Reihe, die mit DIGITAL (PWM ~) beschriftet ist. Das sind die digitalen Ein- und Ausgänge.

Hier wird es spannend, denn auf diese Ausgänge können wir mit der Programmierung zugreifen. Jeder dieser Kontakte ist eine digitale Schnittstelle, die einem Bit entspricht, also 0 oder 1 sein kann. Sie kann eigentlich noch mehr, aber das kommt später.

Wir können jeden Kontakt entweder als Ausgang benutzen und per Sketch einen Wert darauf setzen, oder wir definieren ihn als Eingang und können dann einlesen, welcher Spannungspegel dort anliegt.

Das probieren wir natürlich gleich aus.

Und wir tasten uns heran

Für diesen Teil der Lektion brauchst du den Taster. Falls du keinen Taster hast, kannst du Folgendes machen: Lies die Beispiele durch und übernimm nur den Teil mit der LED. Schau dann in der letzten Lektion den Sketch mit dem Blinklicht an. Dann sollt es es kein Problem sein, die Sketches anzupassen und auch die LED auf dem Board über einen digitalen Ausgang zum Blinken zu bringen.

 

led_und_taster_komplett3

  1. Verbinde einen Anschluss des  Widerstands mit +5V am Arduino
  2. Verbinde den anderen Kontakt des Widerstandes mit dem langen Anschluss der LED
  3. Ziehe ein Kontaktkabel vom kurzen Anschluss der LED zum DIGITAL-Pin 9
  4. Setze den Taster mit seinen 4 Kontakten auf den Mittelsteg des Breadboards
  5. Kontaktiere einen Anschluss des Tasters mit dem DIGITAL-Pin 4
  6. Verbinde den anderen Anschluss des Tasters mit GND
  7. Öffne die Entwicklungsumgebung arduino.exe auf deinem Rechner
  8. Gehe auf Datei->Neu und kopiere den folgenden Code ins Editorfenster:

 

Wie du den Sketch an den Arduino sendest, weißt du schon aus der ersten Lektion:  Einfach auf den Pfeil in der Toolbar über dem Editorfenster klicken. Der Button links daneben mit dem Häkchen dient dazu, deinen Sketch auf Fehler zu überprüfen.

Nach erfolgreicher Übertragung  drücke ein paarmal auf den Taster. Die LED leuchtet solange, wie der Taster gehalten wird. Wir haben einen Morseapparat gebaut! 🙂

Untersuchen wir den Code:

In den Zeilen 1 und 2 definieren wir Variablen, damit wir uns nicht immer merken müssen, an welchen Pins der Taster und die LED angeschlossen sind. Die Variablen dienen einfach als Platzhalter.  Natürlich kannst du bei deinem Aufbau auch andere Pins verwenden, dann musst du die Zahlen hier entsprechend anpassen.

Im setup-Teil in den Zeilen 7 und 8  legen wir fest, wie die Pins arbeiten. Die LED soll vom Arduino ein- und ausgeschaltet werden. Das ist also ein OUTPUT -Pin.  Und der Taster dient natürlich zu Eingabe, denn damit wollen wir dem Arduino mitteilen, dass wir etwas schalten wollen, also haben wir einen INPUT-Pin.  Diese Zuordnungen legt die Funktion pinMode  fest.

Im loop-Block folgt nun in Zeile 17 ein sehr wichtiges Konzept aus der Programmierung: Eine If-Abfrage.

Hinter if  steht immer eine Aussage, zum Beispiel „Taster gedrückt“. Der Controller prüft nun, ob diese Aussage zutrifft oder nicht. Wenn sie zutrifft, arbeitet das Programm den Teil ab, der hinter dem if  Statement steht. Und wenn die Aussage nicht zutrifft, dann wird der Block hinter dem Schlüsselwort else  abgearbeitet. Damit kann man das Verhalten von Programmen von Bedingungen abhängig machen.

In unserem Beispiel steht im Bedingungsblock die Funktion digitalRead(Taster). Sie liest den Zustand des Pins aus, an dem der Taster angeschlossen ist. Wenn die Funktion den Zustand HIGH zurückliefert, dann gilt die Bedingung als erfüllt.

Und mit digitalWrite können wir analog dazu den Zustand eines Pins und damit den der LED setzen.

In Zeile 17  schalten wie also die LED auf HIGH genau dann, wenn der Zustand des Tasters auf HIGH ist und entsprechend mit LOW. Dadurch können wir mit dem Taster die LED schalten.

Aber Vorsicht: Dass der Pin, an den die LED angeschlossen ist auf HIGH liegt heißt nicht notwendig, dass die LED dann leuchtet. Das hängt nämlich davon ab, wie die LED genau geschaltet ist. Das werden wir uns beim nächsten Mal genauer anschauen.

Bis dahin: Experimentiere ruhig ein wenig mit der Schaltung und mit dem Sketch und probiere eigene Ideen aus.

Ein paar Anregungen:

  • Tausche im Code HIGH und LOW aus und beobachte, wie sich das auswirkt
  • Setze im if-Statement ein  !  vor digitalRead(TASTER) . Das ist das Zeichen für Verneinung, es kehrt die Aussage einfach um: Aus wahr wird falsch und umgekehrt. Was passiert dann?
  • Für Fortgeschrittene: Definiere eine Variable TOGGLE, die Werte True oder False annehmen kann. Die LED soll leuchten wenn TOGGLE=wahr ist. Der Taster soll nun lediglich den Zustand von TOGGLE umkehren und damit auf Knopfdruck die LED ein- oder ausschalten.  (Die Auflösung kommt in Lektion 4.)
  • Bau eine zweite, dritte LED ein, schalte sie mit dem Taster durch oder programmiere mit delay ein Lauflicht

Ein  Tipp noch: Bitte betreibe eine LED nie ohne einen Widerstand davor zu schalten. Wenn du sie direkt an die +5V anschließt, wird sie das nicht überleben.

Nächstes Mal machen wir an dieser Stelle weiter und dringen ein wenig tiefer in die Geheimnisse der Elektrotechnik ein, um den Arduino und seine Möglichkeiten besser zu verstehen. Bis dann!

 

 

 

 

 

 

 

 

Bist du bereit für deinen ersten Schaltkreis?

2 Gedanken zu „Bist du bereit für deinen ersten Schaltkreis?

  • 15. September 2015 um 13:40
    Permalink

    Hallo, zufällig bin ich auf Ihre Website gestoßen. Ich finde Ihr Angebot eines Arduino- Lehrgangs sehr interessant, bin mir aber nicht sicher, ob es sich für mich lohnt. Damit meine ich mein fortgeschrittenes Alter von 74 Jahren. Ich kann wohl behaupten im Erstellen von Elektronik-Schaltungen und -Schaltplänen recht versiert zu sein, allerdings nur im Zusammenhang mit Widerständen, Kondensatoren, Dioden, Transistoren, sowie IC’s verschiedenster Art. Mit der Anwendung von Prozessoren habe ich mich bisher nicht beschäftigt, habe aber einige Bedenken ob ich das geforderte Lernpensum auch verstehen kann. Von der Ausbildung her (Elektrotechnik und Elektronik) hätte ich keine Bedenken, doch wie ist es mit den Programmiersprachen?
    Bitte teilen Sie mir Ihre Meinung mit, raten Sie mir zu oder eher ab!?
    Danke.
    W. Meiser

    Antworten
    • 16. September 2015 um 14:20
      Permalink

      Hallo Wolfgang,

      es freut mich sehr, dass dir die Internetseite gefällt und finde es super, dass du dich für das Thema interessierst. Wir haben zwei verschiedene Lehrgänge. Zum einen den Online Kurs, welcher dir regelmäßig an deine E-Mail Adresse versendet wird als auch Lehrgänge bei uns in Düsseldorf vor Ort.

      Ich denke beide sind für dich geeignet. Beim Online Kurs kannst du ganz einfach in deinem Tempo lernen und uns auch immer Fragen in die Kommentare posten. Dieser ist kostenlos und du braucht nur deine E-Mail Adresse auf der Startseite eintragen.

      http://deskfactory.de/arduino-basis-kurs

      Bei den Lehrgängen vor Ort, z.B. Arduino Basis Kurs, haben wir viel Wert darauf gelegt diese möglichst einfach für Einsteiger zu gestalten. Zwischen durch gibt es immer wieder Zeit Dinge auszuprobieren oder eben auch gerne Verständnisfragen zu klären. In der Praxis funktioniert das hervorragend.

      In unserem letzten Basis Kurs hatten wir eine Altersspanne von 15 bis 57 Jahren. Dadurch das Du sicher sehr gute Kenntnisse in der Elektrotechnik hast, wirst du diesen Teil sehr schnell überspringen können und dich auf die Software Seite konzentrieren können.

      Ich rate dir also zu!

      Herzliche Grüße,

      Robert

      Antworten

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