Hi,

schön, dass du beim ersten Teil des Arduino Onlinekurs dabei bist.

Programmieren ist die Sprache des 21. Jahrhunderts.

Dies hat Ranga Yogeshwar im Zuge der Initiative “Start Coding” gesagt. Er möchte damit ausdrücken, dass die Fähigkeit eigene Programme zu schreiben in unserer vernetzten und digitalen Welt immer wichtiger wird.

Wenn Software entwickeln immer wichtiger wird, dann ist die Verbindung von Software und Hardware die Königsdiziplin. Der Arduino Onlinekurs wird nicht an der Innenscheibe deines Bildschirms enden. Wir wollen kleine Objekte bauen, die wie Roboter mit deinem Umfeld interagieren können.

Heute und in den folgenden 15 Lektionen werden wir zusammen die spannende Welt der Mikrocontroller mit dem Arduino entdecken.

Du brauchst dafür keine besonderen Vorkenntnisse. Es reicht schon, wenn du etwas Interesse an der Mikrocontrollertechnik mitbringst und Spaß am Aufbau von Schaltungen und der Entwicklung von Programmen hast. Aber sonst wärst du ja wahrscheinlich nicht hier. 🙂

In mehreren kleinen Projekten wirst du alles über die Programmierung und die benötigte Hardware lernen, um später eigene Ideen mit dem vielseitigen kleinen Mikrokontroller-Board zu verwirklichen.

Dabei haben wir versucht, interessante Beispielprojekte auszuwählen, die du auch nach dem Kurs noch nutzen oder weiterentwickeln kannst.

Wie wäre es zum Beispiel mit einer Weltzeituhr mit Timer- und Weckfunktion?

Doch lass uns direkt mal mit den ersten Schritten anfangen.

 

Los geht´s

In diesem  Teil des Online-Kurses werden wir erstmal alles zum Laufen bringen: Zuerst musst du die nötige Software runterladen und installieren. Danach kannst du den Arduino schon für einen ersten Test in Betrieb nehmen.

Achso, eins noch bevor es richtig los geht: Wenn du Ideen hast für neue Projekte oder Weiterentwicklungen der Kursprojekte, dann schreib sie einfach in die Kommentare, wir freuen uns immer über Beiträge aus der Community.

Für diese Lektion brauchst du:

  • Ein Arduino Uno Board
  • Ein USB Anschlusskabel
  • Das Softwarepaket von www.arduino.cc

Doch fangen wir erst mal ganz vorne an:

 

Was ist überhaupt der Arduino Uno?

Das Arduino Uno Board
Das Arduino Uno Board

Bei der Arduino-Plattform handelt es sich um eine komplette Experimentier- und Entwicklungsumgebung für die beliebten und weit verbreiteten Microcontroller der Firma Atmel.
Der Mikrocontroller-Chip ist zwar das Hirn und die Schaltzentrale eines jeden Projekts, aber um ihn zum Leben zu erwecken braucht man noch ein wenig zusätzlichen Aufwand. Der Chip muss mit Strom versorgt werden, außerdem muss es eine Möglichkeit geben, Programme und Daten darauf zu schreiben. Und natürlich braucht man noch weitere Ein- und Ausgänge, um Sensoren auszulesen oder zum Beispiel einen Motor oder ein Display anzusteuern.
All diese Grundfunktionen stellt die Arduino-Plattform schon bereit. Sie bettet den Atmel-Chip in eine Umgebung ein, in der alles Nötige schon da ist, damit du sofort mit eigenen Ideen und Projekten loslegen kannst. Dazu gehört auch eine komplette Entwicklungsumgebung, mit der du am PC deine Programme entwickeln und dann auf das Board übertragen kannst.

Von Arduino gibt mehrere verschiedene Boards, die für ganz unterschiedliche Anwendungen geeignet sind.   Zum Beispiel ist der Arduino Mega mit seinen 54 digitalen Ein- Ausgabeports ein wahrer Kommunikationskünstler, während der winzige ArduPilot seinen Dienst in kleinen Modellfliegern verrichten soll. Für diesen Kurs werden wir das Standardmodell benutzen. Der Arduino Uno eignet sich am besten zum Einstieg und ist auch der am weitesten verbreitete Controller der Arduino-Familie. Du bekommst ihn für um die 25 € bei den einschlägigen Elektronikhändlern, wie etwa conrad, reichelt etc.

 

Die Arduino Software runterladen

Die Treiber und die Entwicklungsumgebung kannst du unter http://www.arduino.cc/ herunterladen. Unter Downloads findest du dort ein Zip-Paket, in dem alles was du brauchst bereits zusammengestellt ist. Entpacke einfach die Zipdatei an eine beliebeige Stelle auf deiner Festplatte. Die Entwicklungsumgebung muss nämlich nicht installiert werden, sie startet einfach durch Doppelklick auf die Datei arduino.exe. Das hat den Vorteil, dass du die Umgebung mit deinen Projektdaten auch mobil von einem USB Stick aus einsetzen kannst. Damit ist es kein Problem,  sich mit anderen Makern auszutauschen und zusammen an Projekten zu arbeiten.
Die Datei arduino.exe startet die integrierte Entwicklungsumgebung (IDE). Hier werden die Programme erstellt und verwaltet und auch gleich auf den Controller übertragen. Die IDE verwendet als Programmiersprache eine speziell angepasste Version der Sprache C, in die  bereits umfangreiche Bibliotheken zur Ansteuerung des Controllers eingebunden sind. Das erleichtert den Einstieg in die Programmierung, weil man sich mit den hardwarenahen Details erst mal nicht näher beschäftigen muss. Der Atmel Controller selber versteht natürlich nur Maschinensprache, deshalb müssen die Programme – oder auch Sketches, wie sie im Arduino-Slang heißen – zuerst von einem Compiler übersetzt werden.

Aber bevor du deinen ersten Sketch übertragen kannst, musst du erstmal den USB-Treiber installieren. Wir beschreiben hier den Vorgang für Windows-Nutzer.
Wenn du Linux einsetzt, findest du entsprechende Anleitungen in der Readme-Datei des Download-Paketes. Aktuelle Informationen zum Betrieb des Arduino unter  den verschiedenen Linux- Distributionen stehen auch unter  http://playground.arduino.cc/Learning/Linux.

 

Den USB-Treiber unter Windows installieren

  1. Verbinde den Arduino-Uno über das USB-Kabel mit deinem Rechner und warte, bis Windows ein „unbekanntes Gerät“ erkennt
  2. Öffne im Startmenü die Systemsteuerung, dort den Bereich „Geräte und Drucker“.
  3. Öffne mit Rechtsklick auf das „Unbekanntes Gerät“-Icon den „Eigenschaften“-Dialog
  4. Wähle den Reiter „Hardware“, dann unten den Button „Eigenschaften“
  5. Es öffnet sich ein weiterer Dialog. Wähle hier „Einstellungen ändern“.
  6. Klicke nun auf „Treiber aktualisieren“
  7. Im nächsten Dialog wählst du „Auf dem Computer nach Treibersoftware suchen“
  8. Klicke „weiter“ und dann „Durchsuchen“.
  9. Suche nun den Ort aus, an den du das Arduino-Softwarepaket entpackt hast und navigiere zum Unterordner „driver“
  10. Klicke „weiter“. Das System findet und installiert nun die richtigen Treiber
Installation des Arduino USB-Treibers unter Windows 7
Installation des Arduino USB-Treibers unter Windows 7

 

Die Entwicklungsumgebung starten und den ersten Sketch übertragen

jetzt kannst du den ersten Sketch auf den Arduino übertragen.

  1. Starte die integrierte Entwicklungsumgebung mit einem Doppelklick auf arduino.exe
  2. Wähle Datei -> Beispiele -> 01 Basics ->Blink

Es öffnet sich nun ein Fenster mit einem mitgelieferten Beispiel-Sketch.
Dieses kleine Code-Fragment bringt die auf dem Board verbaute gelbe LED zum blinken. Um den Sketch zu übertragen, klicke in der oberen Toolbar auf den Button mit dem Pfeil nach rechts. (In der Abbildung rot markiert)

Übertrage deinen ersten Sketch
Übertrage deinen ersten Sketch

Wenn alles klappt, flackern während der Übertragung auf dem Board kurz die LEDs mit den Bezeichnungen RX und TX. Sie zeigen an, dass gerade Daten mit dem Computer ausgetauscht werden, bei TX werden Daten gesendet (Transmit) und bei RX empfangen (Receive). Und schon fängt die  LED  „L“  an langsam zu blinken.  Aber ist wirklich unser kleines Beispielprogramm für das Blinken verantwortlich? Wie könnten wir das testen? Ganz klar, wir verändern einfach das Programm an einer Stelle und schauen nach, wie sich das auswirkt.

An dieser Stelle musst du nur wissen, dass dort wo im Code die Funktion

auftaucht, der Controller einfach die angegebene Zeit wartet.

Probier es aus: In der Abbildung ist die entsprechende Code-Stelle rot markiert. Das erste Delay gibt nach dem Einschalten der LED die Leuchtzeit an, das zweite die Wartezeit nach dem Abschalten der LED. Die Zeiten werden in Millisekunden eingegeben werden, der Wert 1000 steht also für eine Sekunde.  Ändere die Zahlen und übertrage den Sketch erneut.  Du siehst sofort das Ergebnis: Die LED blinkt im von dir gewählten Rhytmus!

Du siehst an diesem Code-Beispiel auch schon den grundsätzlichen Aufbau eines Sketches. Wir haben zwei Hauptfunktionen, die immer wieder auftauchen werden:

Das Schlüsselwort void sagt dem C-Compiler, dass jetzt eine Funktion definiert wird, die keinen Wert zurück liefert. So etwas nennt man auch eine Prozedur. Damit wird eine bestimmte Tätigkeit ausgeführt.

Die Funktionen setup und loop bestimmen die grundsätzliche Struktur eines Sketches: setup wird zu Beginn genau einmal durchlaufen. Hier legst du deine Rahmenbedingungen fest und initialisiert das System. Alles, was zur Vorbereitung der Aufgabe ausgeführt werden muss, gehört hier hinein.

Die Funktion loop schließlich wird immer wiederholt und enthält die eigentlichen Funktionen deiner Anwendung. Auf diese Weise vermeidest du, dass der Arduino in einen undefinierten Zustand gerät. Denn wenn der loop Block zuende ist, wird er gleich wieder von vorne ausgeführt. Daher muss in unserem Blink-Sketch die LED auch nur einmal ein- und ausgeschaltet werden. Die Befehle stehen ja im loop-Block, also wird der Arduino endlos blinken. Mehr zur Prorgrammierung erfährst du in einer späteren Lektion.

 

Wie geht’s jetzt weiter?

Nachdem du nun den Arduino zum Laufen gebracht hast, kannst du es sicher kaum erwarten, deine erste Schaltung aufzubauen. Das werden wir in der nächsten Lektion machen.

Bis es soweit ist, kannst du dir schon mal einige Bauteile im Elektronikhandel besorgen, um dann später gleich loslegen zu können.

Was du brauchst:

  • Ein Steckbrett (Breadboard)
  • Je eine rote, gelbe und grüne Leuchtdiode
  • 3 x 220 Ohm Widerstände
  • Ein Taster (z. B. Drucktaster T604)
  • Schaltlitze oder Klingeldraht (ca 1m)

Das Steckbrett oder auch Breadboard ist eine praktische Aufbauhilfe, mit der du die Beispielschaltungen zusammenstecken kannst, ohne Löten zu müssen. Falls du dich fragst, wie ein Breadboard funktioniert, findest du hier eine Beschreibung. Für den Anfang reicht ein kleines Board aus, zum Beispiel dieses Steckbrett bei Flikto oder dieses Breadboard bei AmazonArduino.

Damit sind wir am schon Ende der ersten Lektion angelangt.  Wenn du Fragen, Anregungen oder Verbesserungsvorschläge  hast, immer rein in den Kommentarbereich damit.

 

 

Willkommen in der Welt der Mikrocontroller | Arduino
Markiert in:

Ein Gedanke zu „Willkommen in der Welt der Mikrocontroller | Arduino

  • 22. Juni 2015 um 14:35
    Permalink

    1. Schritt unkompliziert und eindrucksvoll …

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