Die Arduino-Plattform

Transkript

1 Kapitel 4 Die Arduino-Plattform In diesem Kapitel erfahren Sie unter anderem, was es mit der berühmten Arduino-Plattform auf sich hat. Außerdem werden Sie die Software installieren und kennenlernen. Zunächst werden Sie sehen, was Arduino überhaupt ist. In Abschnitt 4.2 erläutere ich Ihnen dann die Bestandteile der Arduino-Hardware und gebe Ihnen eine Einführung in die Arduino-Software. Ich werde Ihnen das Roboterkit zu diesem Buch erläutern und aufzeigen, in welchem Kapitel Sie später die Einzelteile verwenden. Im Anschluss werden Sie in Abschnitt 4.3 die Arduino-Software und Treiber auf Ihrem Computer installieren. Dadurch werden Sie am Ende dieses Kapitels die Grundlagen kennen, die Sie benötigen, um in Kapitel 7,»Los geht s! Erste Praxis«, Ihr erstes Arduino-Programm zu schreiben und auf dem Arduino-Board zum Leben zu erwecken. 4. Was ist Arduino? Wenn ich den Slogan der Projektwebseite frei übersetze, ist Arduino»eine Open-Source- Elektronikplattform zum Erstellen von Prototypen, die auf flexibler, einfach zu benutzender Hard- und Software basiert. Sie ist für Künstler, Designer, Bastler und jeden gedacht, der daran interessiert ist, interaktive Objekte oder Umgebungen zu erstellen«. Das erste Arduino-Board wurde bereits 2005 entwickelt und ist einer Legende zufolge nach einer Kneipe benannt. Das Arduino-Board war ursprünglich für Schulen gedacht, und es entwickelte sich schnell eine große Anhängerschaft, da sowohl die eigens dafür entwickelte Software als auch die Hardware hervorragend für Einsteiger geeignet sind. Allein in den ersten drei Jahren wurden circa Arduino-Boards verkauft ein äußerst erfolgreiches Open-Source-Projekt. Beim Arduino-Projekt sind sowohl die Hardware als auch die Software Open Source. 4.. Die Arduino-Projektwebseite Auch wenn die meisten Texte auf der Website des Arduino-Projekts in englischer Sprache abgefasst sind, sollte sie später Ihre erste Anlaufstelle sein. Warum? Auch wenn Sie 53

2 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware in Kapitel 6,»Programmiergrundlagen«, mehr über die»arduino-programmiersprache«gelernt haben werden, können immer mal wieder Fragen auftauchen. Neben der vollständigen Sprachreferenz 2 finden Sie auf der Webseite unzählige fertige Beispiele mit ausführlichen Beschreibungen. Zusätzlich gibt es eine FAQ (eine Liste häufig gestellter Fragen) und ein Supportforum. Außerdem finden Sie dort eine Übersicht über die vielen verschiedenen Arduino-Boards, die immer auf dem aktuellsten Stand gehalten wird. Speichern Sie sich also gleich den Link der Projektseite, um ihn immer griffbereit zu haben. wurde. Es gibt neben diesem Board viele weitere Arduino-Boards, die ich Ihnen in Abschnitt vorstellen werde. Zunächst will ich aber die einzelnen Bestandteile des Arduino Uno erläutern. Schauen Sie sich dazu Abbildung 4. genauer an. 4.2 Die Arduino-Hardware Nach dieser Einleitung werde ich nun näher auf die Arduino-Hardware eingehen. Zuerst aber ein wichtiger Sicherheitshinweis. Achtung: Elektrostatische Aufladung zerstört den Arduino! Bevor Sie elektrische Bauteile oder Platinen wie Ihren Arduino berühren, sollten Sie sich zur Sicherheit immer»entladen«! Entladen? Sicherlich haben Sie schon mal»einen gewischt bekommen«, als Sie auf einem Teppichboden mit Schuhen mit Gummisohle herumgelaufen sind und dann einen leitenden Gegenstand oder einen anderen Menschen berührt haben. Die Ursache dafür ist statische Aufladung, die leicht mehrere Volt erreichen kann. Da elektronische Bauteile und damit auch Ihr Arduino-Board verhältnismäßig empfindlich gegen diese hohen Spannungen sind, sollten Sie elektrische Aufladung sicher»loswerden«. Dies können Sie ganz einfach tun, indem Sie sich kurz vor dem Berühren einer Platine über die Erde (Masse) entladen. In einer Wohnung oder einem Haus geht das am einfachsten, indem Sie kurz einen Wasserhahn, eine nicht lackierte Stelle Ihres Computers oder eines Heizkörpers berühren, denn diese sind immer geerdet. Als zusätzliche Vorsichtsmaßnahme sollten Sie Platinen immer nur am Rand anfassen und die Bauteile oder Stecker nicht direkt an ihren Pins berühren. So erkennt man Sie gleich als Experten und das wollen Sie doch so schnell wie möglich werden, oder? 4.2. Das Arduino-Board für den Roboter Das Board, das Sie später auf Ihrem Roboter verwenden, heißt Arduino Uno.»Uno«ist Italienisch und bedeutet»eins«. Denn es war das erste Arduino-Board, das je entwickelt Abbildung 4. Der»Arduino Uno«und seine wichtigsten Bestandteile Wenn Sie sich bereits mit Elektronik beschäftigt haben, wird Ihnen das eine oder andere Bauteil auf der Platine vielleicht bekannt vorkommen. In diesem Fall können Sie die folgenden Beschreibungen gegebenenfalls überspringen. Falls Sie ein Einsteiger sind, dann lassen Sie sich von den neuen Abkürzungen und Begriffen, die Sie in Abbildung 4. sehen, nicht abschrecken. Ich erkläre sie nun der Reihe nach. Ich beginne in der Abbildung beim Reset-Taster links oben und gehe dann im Uhrzeigersinn weiter. Arduino Uno R3 die Version zählt! Obwohl das Arduino-Board schon eine Weile existiert, gibt es gelegentlich doch noch kleine Veränderungen, um es weiter zu verbessern. Um festzustellen, ob Sie die aktuelle Version haben, hilft ein kurzer Blick auf die Unterseite des Boards. Die Versionsnummer finden Sie dort, wie in Abbildung 4.2: gezeigt. Entwickler sprechen bei einer neuen Version oft auch von einem Release. Darum beginnt die Versionsnummer hier mit einem»r«. Aktuelle Informationen über die Releases finden Sie jederzeit in der offiziellen Arduino-Hardwarereferenz 3. Alle Angaben in diesem Buch beziehen sich auf die derzeit aktuelle Version Arduino Uno R

3 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware bene Software auf Fehler analysieren und würden zweifellos auf die fehlerhafte Anweisung delay( ) stoßen und sie korrigieren. Denglisch Das Wort Reset ist in der deutschen Sprache heutzutage sehr gebräuchlich, obwohl es ein englisches Wort ist. Wenn Sie den Reset-Taster betätigen, hieße es korrekt»einen Reset durchführen«oder»ausführen«. Viele sagen aber auch einfach»den Arduino resetten«. Das klingt vielleicht ungewohnt. Aber Download und downloaden klangen auch einmal seltsam oder Kidnapping und gekidnappt. Benutzt werden diese Begriffe aber mittlerweile alle und im Duden stehen sie auch. Der ICSP-Stecker 2 Abbildung 4.2 Die Versionsnummer auf der Rückseite des Boards Der Reset-Taster Das englische Wort Reset bedeutet»zurücksetzen«oder»in Grundstellung bringen«. Wenn Sie den Reset-Taster auf dem Arduino-Board betätigen, startet sich das Board wie ein Computer neu und beginnt mit der Abarbeitung der im Mikrocontroller gespeicherten Software. Vermutlich werden Sie den Reset-Taster selten benötigen. Denn in dem Moment, in dem Sie das Board mit Strom versorgen, ist es immer in Grundstellung. Um aber an einen definierten Startpunkt zu gelangen, wenn das Arduino-Board scheinbar nicht mehr reagiert, ist der Reset sehr hilfreich. Ein Beispiel dazu: Sie wollen Ihren Roboter künftig durch die Gegend fahren lassen, und wenn er ein Hindernis erkennt, soll eine LED alle vier Sekunden blinken (siehe Kapitel 7,»Los geht s! Erste Praxis«). Dazu werden Sie später die Anweisung delay verwenden, die den Arduino schlicht und einfach»warten«lässt (siehe Abschnitt 6.2,»Verzögerungen und Zeitsteuerung«). Wenn der Arduino vier Sekunden lang nichts tun soll, wäre die Anweisung dazu delay(4000). Wenn Sie jedoch in Ihrem Programm versehentlich die Anweisung delay( ) einfügen, weil Sie auf der Taste (0) (Null) eingeschlafen sind, so würde der Arduino Sekunden warten und scheinbar nicht mehr reagieren Sekunden entsprechen nämlich ungefähr 46 Tagen. Hier käme nun der Reset-Taster ins Spiel: Anstatt mühsam die Stromversorgung vom Roboter zu trennen und wiederherzustellen, können Sie einfach den Reset-Taster einmal kurz betätigen, und das Programm startet von vorne. Um bei dem Roboter-Hindernis-Beispiel zu bleiben: Ihr Roboter würde wieder losfahren und erst beim nächsten Hindernis stehen bleiben und dort lange Zeit warten. Sie könnten dann Ihre geschrie- Lassen Sie sich nicht dadurch verwirren, dass die Beschreibung hier mit dem ICSP-Stecker Nummer 2 beginnt. ICSP steht für In-Circuit Serial Programming und bedeutet so viel wie»programmieren in der Platine«. In der Vergangenheit mussten Mikrocontroller zum Übertragen neuer Software stets aus der Platine entfernt werden. Sie wurden dazu in eine spezielle zusätzliche Hardware gesteckt und dann neu programmiert. Das bedeutete durch das ständige Entfernen und Stecken der Bauteile eine hohe mechanische Belastung, und es wurde zusätzliche Hardware zum Programmieren benötigt. Mit der Einführung des ICSP-Steckers konnte zumindest direkt auf das zu programmierende Bauteil zugegriffen werden, ohne es zu entfernen externe Hardware zum Programmieren ist weiterhin notwendig. Der ICSP-Stecker 2 wird zum Programmieren des zweiten Mikrocontrollers auf dem Arduino-Board verwendet. Er ist nur zur internen Verwendung, denn er regelt die Übertragung zwischen USB-Anschluss und dem Arduino-Board. Für alle in diesem Buch beschriebenen Projekte benötigen Sie keinen der ICSP-Stecker. Ein-/Ausgänge (oben und unten) Dies sind nach der Stromversorgung die wichtigsten Stecker auf einem Arduino-Board. Ich gehe auf die einzelnen Pins der Ein-/Ausgangsbuchsen in Abschnitt ein. Benutzer-LED Die mit»l«beschriftete LED auf dem Arduino ist sehr hilfreich, da sie hervorragend zu Kontrollzwecken oder zur Fehlersuche eingesetzt werden kann. Die LED leuchtet auf, wenn sie mit dem passenden Befehl auf HIGH gesetzt wird, und erlischt bei LOW. Wie das genau funktioniert, erfahren Sie in Kapitel 7,»Los geht s! Erste Praxis«. Wie Sie die 56 57

4 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware LED zur Fehlersuche nutzen können, erkläre ich Ihnen in Abschnitt 6.4,»Fehlersuche/ Debugging und die Anzeige von Werten«. Power-LED Die Power-LED (engl. Power. dt. Energie) zeigt durch Leuchten an, dass das Arduino- Board mit einer Stromversorgung verbunden ist. ICSP-Stecker Wie der ICSP-Stecker 2 wird auch der Stecker Nummer für eine besondere Art der Softwareübertragung auf Ihr Arduino-Board verwendet. In Ihrem Arduino ist nämlich neben der»normalen«software auch noch ein sogenannter Bootloader enthalten. Dieser Bootloader ermöglicht die Aktualisierung der Software im Mikrocontroller direkt per USB (»Upload«) und ohne spezielle zusätzliche Hardware. Für spezielle Anwendungen kann es notwendig sein, diesen Bootloader zu umgehen. Und in diesem Fall würden Sie den ICSP-Stecker benötigen. Sie können ihn aber vorerst ignorieren, da Sie Ihr Board hier ausschließlich über die USB-Buchse programmieren werden. Mikrocontroller Der Mikrocontroller ist das Herz und das Gehirn des Arduino-Boards. Er wurde bereits in Abschnitt 2.3,»Wie und womit»denkt«ein Roboter?«, beschrieben. Montagepunkt Die vier Montagepunkte dienen zur Befestigung des Arduino-Boards auf Ihrem Roboter. Sie sollten unbedingt nur diese Löcher nutzen, da auf der Ober- und der Unterseite Leiterbahnen verlaufen, die die einzelnen Bauteile miteinander verbinden. Würden Sie diese durchbohren, wäre das Board danach unbrauchbar! Tipp Wenn Sie Ihr Arduino-Board später irgendwo mit Schrauben befestigen wollen, verwenden Sie Schrauben aus Kunststoff (Polyamid). Sie vermeiden damit Kurzschlüsse durch leitende Metallschrauben, da einige Bauteile sehr dicht an den Montagelöchern verlötet sind. Ihrem Computer und der USB-Buchse des Arduino-Boards. Dabei kommunizieren Ihr Computer und der Arduino miteinander, tauschen also Daten aus. Wenn der Computer dabei Daten an den Arduino sendet, leuchtet zur Bestätigung des Empfangs auf dem Arduino kurz die RX-LED (Rx, englisch abgekürzt für Receiver = Empfänger). Sendet der Arduino etwas zum Computer, leuchtet kurz die TX-LED auf dem Board (Tx, englisch abgekürzt für Transmitter = Sender). Solange beide Übertragungs-LEDs während der Datenübertragung blinken, können Sie davon ausgehen, dass alles funktioniert und die Kommunikation zwischen Computer und Arduino einwandfrei läuft. Stromversorgungsbuchse Um Ihr Arduino-Board mit Strom zu versorgen, haben Sie zwei Möglichkeiten: die Stromversorgungsbuchse oder die USB-Buchse. Wenn Sie später in Kapitel 7 Ihr Board mit einem USB-Kabel mit Ihrem Computer verbinden, werden Sie feststellen, dass sofort die Power-LED leuchtet und alles auf dem Board mit Energie versorgt wird. Egal, ob Sie das Arduino-Board per USB- oder über die Stromversorgungsbuchse anschließen, das Board erkennt die Quelle automatisch. Zur Nutzung der Stromversorgungsbuchse benötigen Sie einen Hohlstecker mit 2, mm Innendurchmesser (siehe Abbildung 4.3). Der Pluspol liegt dabei in der Mitte des Steckers und die Masse (Minus) entsprechend außen. Der Stromverbrauch des Arduino Uno liegt bei einer Eingangsspannung von 7 Volt bei ca. 0,29 Watt (290 mw). Stromversorgung Mindest- und Maximalwerte Wenn Sie die Stromversorgungsbuchse mit einem externen Netzteil oder Akku verwenden, achten Sie unbedingt darauf, dass dabei die Grenzwerte nicht lange überschritten werden! Das Netzteil muss außerdem eine Gleichspannung (DC = Direct Current Voltage) liefern. Empfohlene Eingangsspannung: 7 2 Volt Kurzzeitig erlaubte Grenzwerte: 6 20 Volt Übertragungs-LEDs (TX/RX) Wenn Sie später in Kapitel 7,»Los geht s! Erste Praxis Ihr erstes selbst geschriebenes Programm auf den Arduino übertragen, geschieht dies über eine Verbindung zwischen Abbildung 4.3 Ein typischer Hohlstecker von einem Netzteil 58 59

5 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware USB-Buchse Die USB-Buchse auf dem Arduino-Board hat drei verschiedene Funktionen: Stromversorgung des Arduino Schnittstelle zum Übertragen der Software auf das Arduino-Board allgemeiner Datenaustausch zwischen Arduino und Computer Wenn Sie ein Arduino-Board per USB-Kabel mit Ihrem Computer verbinden, erhält es darüber Strom. Sie brauchen also, wie ich in der Beschreibung der Stromversorgungsbuchse erläutert habe, keine separate Energiezufuhr. Die zweite Funktion ist das Übertragen Ihrer geschriebenen Software auf das Arduino-Board (siehe Kapitel 7,»Los geht s! Erste Praxis«). Die Software wird später das»verhalten«ihres Roboters ausmachen. Drittens kann Ihr Arduino-Board Daten an Ihren Computer senden. So werden Sie zum Beispiel in Abschnitt einen Infrarotdistanzsensor ansteuern und auf dem Bildschirm Text sehen, den Ihnen Ihr Arduino über den USB-Anschluss sendet: Sie bekommen die gemessene Entfernung auf dem Bildschirm live angezeigt. Dies ist, neben der LED, für die Fehlersuche ebenfalls sehr hilfreich. Roboter standardmäßig keine Verwendung findet, gehe ich hier nicht weiter auf seine Details ein. Ein Tipp aber noch: Die beiden I 2 C-Pins SDA und SDL sind auf der Unterseite des Boards beschriftet! Auf der Oberseite war wegen des ICSP-Steckers 2 kein Platz mehr. Übrigens: Aus rechtlichen Gründen wurde die I 2 C-Schnittstelle früher TWI-Interface genannt (Two-Wire-Interface, englisch für Zweidraht-Schnittstelle), denn der Hersteller Philips hatte lange Zeit die Rechte an dem Namen I 2 C. Sie finden die Bezeichnung TWI daher oft noch in älteren Datenblättern. Auch die Software-Bibliothek des Arduino-Projektes zur Nutzung der I 2 C-Pins heißt bis heute noch Wire 4. Wichtig: Erst installieren dann anschließen! Bevor Sie Ihr Arduino-Board per USB-Kabel an den Computer anschließen, müssen Sie bei einigen Betriebssystemen einen sogenannten Treiber installieren. Wie das geht, erkläre ich Ihnen in Abschnitt Diese Reihenfolge sollten Sie unbedingt einhalten, da ansonsten der Arduino möglicherweise nicht einwandfrei von Ihrem Computer erkannt wird! Abbildung 4.4 Die Ein- und Ausgänge des»arduino Uno«4.2.2 Die Ein- und Ausgänge des Arduino-Boards im Detail Kommen wir nun zu den wichtigsten Anschlüssen auf Ihrem Arduino-Board: den Einund Ausgängen des Arduino Uno. In Abbildung 4.4 sind die einzelnen Pins der breiten Buchsen beschriftet, und ich werde diese im Folgenden der Reihe nach erläutern. SCL und SDA Diese beiden Pins sind für die sogenannte I 2 C-Schnittstelle (Aussprache:»I-Quadrat-C«). Vielfach wird diese auch I2C-Schnittstelle genannt (Aussprache:»I-Zwei-C«). Generell dient eine Schnittstelle (englisch Interface) dazu, unterschiedliche Schaltungen oder Teile von ihnen miteinander zu verbinden. Aber auch ganze Geräte werden über Schnittstellen verbunden. So sind zum Beispiel USB-Stecker am Eingang oder Ausgang eines Gerätes Bestandteil der USB-Schnittstelle. Da das I 2 C-Interface bei Ihrem Arduino- AREF Dieser Pin ist ein Eingang, an dem eine beliebige Spannung zwischen 0 und 5 Volt angelegt werden kann. Er kann nur in Verbindung mit den analogen Eingängen A0 bis A5 (»ANALOG IN«) genutzt werden und dient diesen als Referenz (AREF = Analoge Referenzspannung). Näheres dazu wird später unter»analoge Eingänge«beschrieben. Masse () Der Masse-Pin (englisch Ground, abgekürzt ) ist der Bezugspunkt für alle Spannungen auf dem Arduino-Board. Er ist zugleich der Minuspol der Stromversorgung und entspricht damit auch 0 Volt

6 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware Digitale Ein-/Ausgänge Die Pins 2 bis 3 dienen als Eingang oder Ausgang. Das heißt, eine Spannung kann an einen Pin angelegt werden (Eingang) oder der Arduino kann eine Spannung ausgeben (Ausgang). Vorsicht! Spannungen unter 0 oder über 5 Volt an einem der Pins zerstören Ihr Arduino-Board! Da es sich um digitale Ein-/Ausgänge handelt,»verstehen«diese Pins wie ein Computer nur zwei Zustände: 0 oder. In der Elektronik Ihres Arduino Uno entspricht das 0 Volt oder 5 Volt bzw. allgemein LOW oder HIGH. Expertenwissen zum Angeben: Logikpegel im Detail Wie so oft im Leben ist nicht alles schwarz-weiß, so auch bei den Logikpegeln. Tatsächlich müssen es nicht exakt 0 Volt oder 5 Volt sein. Je nach verwendetem Bauteil gibt es unterschiedliche Ober- oder Untergrenzen. Bei dem auf dem Arduino-Board verwendeten Mikrocontroller sind es die folgenden: Eingang Ausgang LOW 0,00,50 V 0,00 0,50 V HIGH 3,50 5,00 V 4,44 5,00 V Das bedeutet zum Beispiel, dass alle Spannungen zwischen 0,00 und,50 Volt an einem Eingang als LOW erkannt werden oder dass alle Spannungen zwischen 4,44 und 5,00 Volt an einem Ausgang als HIGH gelten. Die Bereiche zwischen den hier aufgelisteten sogenannten Logikpegeln gelten schlichtweg als undefiniert. Das heißt, es ist nicht vorhersagbar, wie sich der Arduino hier verhält. Warum einige der Pins mit einer Tilde (~) gekennzeichnet sind und was die Beschriftung PWM~ auf der Platine bedeutet, erfahren Sie in Abschnitt 7.4.2). Ich will es ja auch etwas spannend für Sie machen. TX/RX Wie Sie bereits im Abschnitt 4.2. unter»übertragungs-leds (TX/RX)«erfahren haben, geht es hier um Datenübertragung. Sie könnten über diese Pins eine serielle 5 Daten- 5 Seriell bedeutet, dass die Daten Bit für Bit hintereinander übertragen werden (siehe auch de.wikipedia.org/wiki/serielle_datenübertragung) übertragung mit anderen Bauteilen durchführen. Da der Arduino Uno aber nur über eine serielle Schnittstelle verfügt, die auf der Platine intern bereits mit dem USB- Anschluss verbunden ist, sollten Sie diese Pins nicht verwenden. Denn immer, wenn Sie ein Programm auf den Arduino übertragen oder später den Serial Monitor (siehe Abschnitt 7.2.3) verwenden, werden dabei die Daten auch über diese beiden Pins laufen. Störungen wären also vorprogrammiert. Für den in diesem Buch beschriebenen Roboter werden diese Pins nicht verwendet. Analoge Eingänge Im Gegensatz zu den digitalen Eingängen können Sie an die Eingänge A0 bis A5 eine beliebige Spannung zwischen 0 und 5 Volt anlegen.»analog«bedeutet, dass die Spannung wirklich jeden Wert dazwischen haben darf. Das Einlesen eines dieser Eingänge geschieht mit dem Befehl analogread. Sie werden diesen Befehl in Abschnitt kennenlernen, wenn Sie einen Sensor auslesen, der eine analoge Spannung ausgibt. Beim Einlesen einer analogen Spannung vergleicht der Arduino die an einem der Pins A0 bis A5 anliegende Spannung standardmäßig mit 5 Volt. So erhalten Sie zum Beispiel beim Anlegen von 0 Volt eine 0 als Zahlenwert in der Software; bei 2,5 Volt ist der Zahlenwert 28, und bei 5 Volt beträgt er Möchten Sie eine Spannung mit einem geringeren Maximalwert als 5 Volt einlesen (zum Beispiel 3,4 Volt) und dennoch Werte in der Software von 0 bis 255 erhalten, so kommt der Pin AREF ins Spiel. Sie werden diese Funktion vermutlich nicht so häufig benötigen, und sie wird auch in diesem Buch nicht verwendet. Für weitere Informationen sei daher an dieser Stelle wieder einmal auf die Arduino- Referenz 7 und den dort beschriebenen Befehl analogreference verwiesen. Vin Dieser Pin gehört zu den Stromversorgungspins und kann sowohl als Eingang als auch als Ausgang genutzt werden. An diesen Pin können 7 2 Volt angelegt werden, die dann das Arduino-Board mit Energie versorgen (falls Sie nicht die USB-Verbindung oder die Stromversorgungsbuchse dafür benutzen wollen). Wenn Sie aber das Board per USBoder Hohlstecker mit Strom versorgen, dann liegen an diesem Pin 5 Volt an. Masse () (siehe vorige Beschreibung) 5V Dieser Pin dient nur als Ausgang. Sobald das Arduino-Board per USB- oder Stromversorgungsbuchse mit Strom versorgt wird, kommen an diesem Pin geregelte 5 Volt Span- 6 Warum der Wert von 0 bis 255 geht, erfahren Sie in Abschnitt

7 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware nung»heraus«. Diese können Sie zur Stromversorgung weiterer kleinerer Bauteile, z. B. von Sensoren, verwenden. Geben Sie niemals eine Spannung an diesen Ausgang, da sie das Arduino-Board zerstören kann! Arduino-Board mit mehr Leistung zu versehen. Ein anderes Mal ging es nicht um mehr Geschwindigkeit oder Speicher, sondern um mehr Ein- und Ausgänge (Pins). Oftmals wurde aber auch nur die Form verändert oder die Größe der Arduino-Platine reduziert. 3,3V An diesem Pin liefert das Arduino-Board eine Spannung von 3,3 Volt. Bitte beachten Sie, dass hier nur ein maximaler Strom von 50 ma geliefert wird. Geben Sie niemals eine Spannung an diesen Ausgang, da sie das Arduino-Board zerstören kann! Reset Dieser Pin dient zum Anschluss eines eigenen Reset-Tasters. Sobald dieser Pin mit Masse () verbunden wird, wird ein Reset des Arduino-Boards ausgelöst. Wenn Sie Ihr Arduino-Board mit Shields (siehe Abschnitt 7.2.7) erweitern, kann es sein, dass diese den Reset-Taster auf dem Board blockieren. Dafür ist dann dieser Pin nützlich. IOREF Dieser Pin liefert eine Referenzspannung, mit der der Mikrocontroller auf dem Arduino- Board arbeitet. Der Pin kann intern von Shields genutzt werden, mit denen das Board erweitert werden kann (siehe Abschnitt 7.2.7). SMD-Bauteile Um die Größe einiger Arduino-Boards zu verringern und auch um die Kosten zu senken, wurde auf Bauteile zurückgegriffen, die sich SMD-Bauteile nennen. SMD ist die englische Abkürzung für Surface-Mounted Device, was so viel wie»auf der Oberfläche montiertes Bauteil«bedeutet. Denn im Unterschied zu dem Arduino-Mikrocontroller, dessen Pins in eine Fassung gesteckt sind und deren»beinchen«wiederum durch die Platine hindurch gehen, gibt es auf dem Board auch einen Mikrocontroller, der auf der Oberfläche»montiert«(aufgelötet) ist. Und glauben Sie mir, die kleinen SMD-Bauteile stehen den großen in nichts nach. Denn den meisten Platz bei den großen Bauteilen nehmen mittlerweile nur die großen Anschlusspins ein. In Abbildung 4.5 sehen Sie deutlich den Unterschied der beiden Bauteiltypen auf Ihrem Arduino-Board: Oben finden Sie den Mikrocontroller als SMD-Bauteil, unten 2 einen Mikrocontroller in alter Bauweise. Fehlt da nicht etwas? Was ist mit dem freien Pin? Wie Ihnen vielleicht aufgefallen ist, ist in Abbildung 4.4, links neben dem Pin IOREF, ein Pin nicht beschriftet. Der Grund hierfür ist ganz simpel: Er ist nicht in Verwendung. Möglicherweise»kitzeln«die Entwickler des Boards später noch einmal neue Funktionen aus dem Arduino Uno heraus. Dann wird dieser Pin vielleicht noch belegt. Aktuell ist das jedoch nicht der Fall. Aber seien Sie gewiss: Sie haben bereits so unzählige Möglichkeiten mit Ihrem Arduino-Board! Verschiedene Arduino-Boards Das Arduino-Board wäre vermutlich nicht so erfolgreich, wenn es nicht vollständig Open Source wäre. Dieses Konzept ermöglichte die Entwicklung vieler Arduino-Boards, die nicht vom Arduino-Projekt selbst stammen, aber offiziell mit dem Arduino-Logo versehen sind, weil sie dem Projektstandard 8 entsprechen. Viele Arduino-Boards wurden bereits entwickelt und veröffentlicht. Manchmal geschah dies, um das schlanke 8 Abbildung 4.5 SMD-Bauteil im Vergleich zur alten Bauweise 64 65

8 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware Die herkömmliche Bauweise hat aber auch Vorteile. Wie Sie sehen, ist der große Mikrocontroller in eine Fassung gesteckt und kann bei einem Defekt leicht ausgetauscht werden. Das ist bei SMD-Teilen sehr schwierig, denn diese müssen mit speziellen Werkzeugen aus- und wieder eingelötet werden. Dies ist bei einigen Bauteilen mit der Hand bereits nicht mehr möglich, da diese die Pins sogar an der Unterseite des Bauteils haben, wo kein Lötkolben hinkommt. So bleibt dann leider oft nur Entsorgen und Neukaufen, eine Entwicklung, die für unsere Umwelt alles andere als förderlich ist. Dafür hat die SMD-Technik immer preiswertere Geräte ermöglicht, da die Bauteile immer kleiner und damit günstiger werden nur eben leider nicht, was Reparaturen angeht. Nun aber zu der versprochenen Auflistung verschiedener Arduino-Boards. Obwohl es sich nur um eine kleine Auswahl handelt, sollte sie Ihnen einen guten Überblick geben. Und vielleicht entwickeln Sie ja eines Tages Ihr eigenes offizielles Arduino-Board? Ein Nachteil bei diesem Board ist der verwendete 3,3-Volt-Logikpegel, da viele Shields mit einem 5-Volt-Logikpegel arbeiten und damit an diesem Board nicht ohne Weiteres eingesetzt werden können (siehe auch in Abschnitt unter»digitale Ein-/Ausgänge«). Arduino-Roboter Ein Arduino-Roboter? Wieso erfahre ich erst jetzt davon? Richtig, es gibt auch einen Roboter der Arduino-Community. Und er hat sogar ein Display auf seiner Oberseite. Der Nachteil dieses Roboters ist sein Preis: Er kostet über 200 EUR. Arduino Due Der Arduino Due ist im Vergleich zum Arduino Uno ein leistungsfähigeres Board. Sein wesentlicher Vorteil sind zweifelsohne die unzähligen Ein- und Ausgänge, sein großer Speicher für Software und sein USB-Port, an den sogar eine Maus, Tastatur oder ein Smartphone angeschlossen werden können. Abbildung 4.7 Die Ober- (links) und Unterseite (rechts) des offiziellen Arduino-Roboters 0 Arduino Esplora Abbildung 4.6 Der»Arduino Due«mit mehr als 54 Ein- und Ausgängen 9 Im Gegensatz zu den»normalen«arduino-boards stellt der Arduino Esplora auf seiner Platine eine Vielzahl von Sensoren und Aktoren (siehe Abschnitt und 2.2.3) zur Verfügung. Unter anderem finden Sie auf dem Board: LEDs, einen Mini-Joystick, einen Temperatursensor, ein Mikrofon, einen Piezo (siehe Abschnitt 7.3.), einen Beschleunigungssensor, einen Lichtsensor und vieles mehr. Lassen Sie sich nicht durch die Bauform täuschen: Das Board sieht vielleicht wie ein Gamepad aus, ist aber ein vollwertiges Arduino-Board mit Mikrocontroller. 9 Bild: CC BY-SA Bild: CC BY-SA

9 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware Arduino Micro Der Arduino Uno ist Ihnen zu groß? Dann greifen Sie doch zu einem Arduino Micro. Dank SMD-Technik ist die Platine auf beiden Seiten eng mit Bauteilen bestückt. So wird jeder Millimeter ausgenutzt. Und ein USB-Anschluss zum Übertragen der Software hat auch noch auf das Board gepasst. Abbildung 4.8 Der»Arduino Esplora«sieht wie ein Gamepad aus. LilyPad Arduino USB Wie bereits erwähnt, gibt es für alle möglichen Zwecke einen Arduino. Warum also nicht die eigene Kleidung um ein Mikrocontroller-Board aus der Arduino-Familie ergänzen? Kein Problem mit dem kleinen LilyPad Arduino USB. Mit ihm lässt sich zum Beispiel ein Lauflicht als Anstecker realisieren. Abbildung 4.0 Der kleine»arduino Micro«(Maße: 5,0,3 cm) 3 Arduino Nano Es geht noch kleiner auch wenn Abbildung 4. es nicht so deutlich zeigt, da der direkte Vergleich fehlt. Der Arduino Nano ist noch einmal geschrumpft und bietet dennoch unter anderem 4 digitale Ein- und Ausgänge, eine LED und eine I 2 C-Schnittstelle auf kleinstem Raum. Es geht übrigens noch kleiner: Der TinyDuino 4 hat eine Größe von lediglich 2 2 cm. Abbildung 4. Der»Arduino Nano«(Maße: 4,3,8 cm) 5 Abbildung 4.9 Arduino als Anstecker? Der»LilyPad Arduino USB«2 Bild: CC BY-SA Bild: CC BY-SA Bild: CC BY-SA Bild: CC BY-SA

10 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware Wer die Wahl hat Sie sehen, die Auswahl an Arduino-Boards ist sehr groß. Lassen Sie sich dadurch nicht abschrecken. Bleiben Sie als Einsteiger zunächst bei Ihrem Arduino Uno. Sobald Sie diesen verstanden haben und»beherrschen«, macht vielleicht später ein Wechsel auf ein anderes Board Sinn. Ein USB-Kabel (A-Stecker auf B-Stecker) Das passende Kabel, um Ihr Arduino-Board mit dem Computer zu verbinden, sehen Sie in Abbildung Die Einzelteile für Ihren Roboter bzw. das Roboterkit Bevor es im folgenden Abschnitt um die Installation des Treibers für das Arduino-Board auf Ihrem Computer geht, möchte ich Ihnen die Teile Ihres künftigen Arduino-Roboters vorstellen. Wie ich bereits in Abschnitt.3,»Das Roboterkit zum Buch«, beschrieben habe, entstand der Roboter durch die Community Bot Makers 6. Damit Sie sich die nachfolgenden Teile nicht alle selbst zusammensuchen müssen, gibt es sie als fertiges StarterKit beim Elektronikversand watterott 7. Ein Arduino Uno-Board, R3 Den Arduino Uno haben Sie in diesem Kapitel bereits recht ausführlich kennengelernt. In Kapitel 7,»Los geht s! Erste Praxis«, werden Sie Ihr erstes selbst geschriebenes Programm auf das Board übertragen und ihn damit»zum Leben erwecken«. Für den Roboter benötigen Sie genau ein Arduino-Board. Abbildung 4.3 USB-Kabel mit A- und B-Stecker Ein Arduino-»Motor Shield«In Abschnitt 7.5,»Ich muss hier weg! Ansteuerung von Motoren«, werden Sie lernen, wie Sie die Motoren für Ihren Roboter ansteuern. Dazu werden Sie dieses Motor Shield benutzen. Sie benötigen genau eins für Ihren Roboter. Abbildung 4.2 Der»Arduino Uno R3« Abbildung 4.4 Das Arduino-»Motor Shield«70 7

11 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware Fünf Jumper Wires/Testkabel/Steckbrücken (0 cm, Female-Female) Mit diesen Testkabeln (auch Jumper Wires oder Steckbrücken genannt) können Sie ohne Löten verschiedene Pins schnell und unkompliziert miteinander verbinden. Für den Bau Ihres Roboters benötigen Sie fünf dieser Kabel mit einer Länge von jeweils 0 cm. Die Kabel sollten an beiden Enden Buchsen haben. Im technischen Bereich hat sich für Stecker mit einem Pin der Begriff männlich (englisch male) durchgesetzt. Bei Buchsen ist es entsprechend ein weiblicher Steckverbinder (englisch female). Daher haben die Jumper Wires in Abbildung 4.5 die Bezeichnung»female-female«(Buchsen an beiden Enden). Abbildung 4.6 Etwas Draht/Litze mit einem Querschnitt von 0,25 mm 2 Vier,2-Volt-Akkus oder,5-volt-batterien, Größe AA Um Ihren Roboter mit Energie zu versorgen, sind Akkus am besten geeignet. Akkus sind wiederaufladbar und darum aus Umweltschutzgründen Einwegbatterien immer vorzuziehen. Die Akkus werden bei Ihrem Roboter in den Akkuhalter aus Abbildung 4.8 eingesetzt. Für Ihren Roboter benötigen Sie vier,2-volt-akkus der Größe»AA«und ein Ladegerät zum Aufladen der Akkus. Die Akkus sind übrigens nicht im Roboterkit enthalten! Abbildung 4.5 Sogenannte Jumper Wires 30 cm Litze/Draht (0,25 mm2) Um die Motoren in Abschnitt 7.5 anzusteuern, werden Sie diese mit etwas Draht oder Litze mit dem Motor Shield verbinden. Der Kupferkern des Drahtes sollte einen Querschnitt von 0,25 mm 2 haben. Sie benötigen ca. 30 cm davon. Etwas mehr kann nie schaden, falls Sie sich mal vermessen und den Draht zu kurz abschneiden. Welches Werkzeug Sie im Übrigen benötigen, zeige ich Ihnen in Kapitel 5,» Die kleine Werkstatt«, und der Zusammenbau wird Schritt für Schritt in Kapitel 8,»Keine Schraube locker Die Montage des eigenen Roboters«, beschrieben. Abbildung 4.7,2-Volt-Akkus Tipp Am besten besorgen Sie sich gleich acht Akkus, so haben Sie immer ein Set im Roboter und ein Set im Ladegerät. Dann können Sie diese sofort austauschen, wenn die Akkus im Roboter leer sind, und müssen nicht erst warten, bis wieder welche aufgeladen sind

12 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware Ein Batteriehalter/Akkuhalter Zum Set gehört auch ein Akkuhalter oder Batteriehalter für Ihren Roboter. Sie benötigen zum Bau des Roboters nur einen. Ein Infrarotdistanzsensor Damit Ihr Roboter später nirgendwo anstößt, benötigt er»augen«, die Hindernisse erkennen. Das Auge besteht in diesem Fall aus einem Infrarotdistanzsensor (auch Infrarotdistanzmesser genannt). Wie dieser funktioniert und angesteuert wird, lernen Sie in Abschnitt Und obwohl ein Mensch zwei Augen hat, benötigt Ihr Roboter nur einen Sensor. Warum das so ist, erfahren Sie ebenfalls in dem zuvor genannten Abschnitt. Abbildung 4.20 Der Sharp-Infrarotdistanzsensor GP2Y0A2YK0F Abbildung 4.8 Der Halter für die Batterien bzw. Akkus Ein Servo Dieser Servo wird später einen Sensor hin und her bewegen und somit das»auge«ihres Roboters darstellen. Was ein Servo ist und wie er angesteuert wird, lernen Sie in Abschnitt 7.4,»Der Diener Ansteuerung von Servos«. Zwei Getriebemotoren Natürlich soll sich Ihr Roboter auch fortbewegen können. Dazu erhält er zwei Gleichstrommotoren mit jeweils einem Getriebe. Das Getriebe beinhaltet mehrere Zahnräder, die durch eine sogenannte Untersetzung 8 die Drehzahl reduzieren und damit mehr Kraft auf die Räder des Roboters übertragen. Da jeder Motor ein Rad Ihres Roboters antreiben wird, benötigen Sie zwei Motoren. Die Ansteuerung der Motoren zeige ich Ihnen ausführlich in Abschnitt 7.5. Abbildung 4.2 Zwei Motoren mit einem weißen Getriebe Abbildung 4.9 Ein Standardservo, wie er im Modellbau verwendet wird 8 Genau genommen ist der Begriff Untersetzung nur umgangssprachlich korrekt. Wenn Sie es genau wissen wollen, empfiehlt sich wie so oft ein Blick in die Wikipedia: Übersetzung_(Technik) 74 75

13 4 Die Arduino-Plattform 4.2 Die Arduino-Hardware Zwei Räder Wie zuvor erwähnt, bekommt jeder der zwei Motoren Ihres Roboters ein Rad. Sie benötigen daher ebenfalls zwei Räder.»Schlumpfschlauch«genannt (siehe Abbildung 4.24). Ein Schrumpfschlauch hat die Eigenschaft, dass bei hoher Hitze sein Durchmesser abnimmt. Wenn Sie zum Beispiel von zwei Drähten die Isolierung (Ummantelung) entfernt und die Drähte miteinander verbunden haben, können Sie diese mit dem Schrumpfschlauch neu»ummanteln«. Wie das genau geht, erfahren Sie in Kapitel 8,»Keine Schraube locker Die Montage des eigenen Roboters«, beim Zusammenbau Ihres Roboters. Abbildung 4.22 Zwei Räder für Ihren Roboter Ein Stützrad Da der Roboter auf zwei Rädern nicht sehr stabil ist, wird noch ein drittes Rad benötigt, das als Stützrad dient. Abbildung 4.24 Schrumpfschlauch Ein Chassis aus gelaserten Acrylteilen Um einen einfachen, aber stabilen Aufbau Ihres Roboters zu ermöglichen, enthält das Kit alle Teile für ein Chassis aus lasergeschnittenem Polymethylmethacrylat (umgangssprachlich auch Acrylglas oder Plexiglas genannt). Abbildung 4.23 Das Stützrad mit der Stahlkugel Ein Stück Schrumpfschlauch (4 mm Durchmesser) Früher wurde zum Isolieren meistens Isolierband verwendet. Heutzutage bietet sich für die meisten Anwendungsfälle ein Schrumpfschlauch an im Scherz auch gerne mal Abbildung 4.25 Gelaserte Acrylteile für ein Chassis Ein wenig Werkzeug Natürlich geht der Zusammenbau nicht ohne Werkzeug. In Kapitel 5,»Die kleine Werkstatt«, erfahren Sie daher, welches Werkzeug Sie für die Montage unbedingt benötigen und welches hilfreich, aber nicht zwingend notwendig ist

14 4 Die Arduino-Plattform 4.3 Die Arduino-Software Und der Zusammenbau? Sie haben jetzt einen guten Überblick über alle Bestandteile Ihres späteren Arduino- Roboters bekommen. In Kapitel 8,»Keine Schraube locker Die Montage des eigenen Roboters«, zeige ich Ihnen, wie Sie alle Teile zu einem Roboter zusammenfügen. Zuvor erhalten Sie noch das nötige Wissen über die Arduino-Plattform und deren Programmierung. IDE finden Sie den Link Windows Installer, wie in Abbildung 4.26 dargestellt. Der Installer ist der einfachste Weg, um die Software direkt zu installieren. Dabei ist es egal, ob Sie die Software unter Windows 7 oder Windows 8 installieren wollen es ist derselbe Download. Folgen Sie nun den Anweisungen anhand der nachfolgenden Abbildungen Treiberinstallation Damit ein Computer das Arduino-Board und damit Ihren späteren Roboter einwandfrei erkennt, benötigen einige Betriebssysteme einen Treiber. Ein Treiber ist eine Software, die sicherstellt, dass der Computer das Arduino-Board»betreiben«kann und mit ihm über den USB-Port kommuniziert. Die Kommunikation erfolgt dabei über einen Mikrocontroller des Herstellers Atmel (ATmega6). Der Treiber für diesen Chip ist in der Arduino-Software oder dem Betriebssystem Ihres Computers enthalten. Wie Sie die Arduino-Software einschließlich Treiber für die verschiedenen Betriebssysteme Windows, Mac OS und Linux installieren, zeige ich Ihnen jetzt. 4.3 Die Arduino-Software Jetzt geht es um die Installation der Arduino-Software auf Ihrem Computer. Sie werden feststellen, dass die Installation kinderleicht ist und Sie danach sofort loslegen können, ohne noch viel auf Ihrem System extra einrichten oder konfigurieren zu müssen Download und Installation Abbildung 4.26 Klicken Sie auf den Link»Windows Installer«. Die Arduino-Software ist auf der Arduino-Projektseite 9 frei zum Download verfügbar. Das Programm ist Open Source und für Windows, Mac OS und Linux sowie als Sourcecode im Download verfügbar. Für die Betriebssysteme Windows und Mac OS ist ein Download über die Webseite notwendig, unter Linux wird die Software mit Mitteln des Betriebssystems installiert. Im Folgenden zeige ich Ihnen für jedes einzelne System die notwendigen Schritte einschließlich Treiberinstallation. Windows Um die Arduino-Software unter Windows zu installieren, besuchen Sie die Arduino-Projektseite. Navigieren Sie dort zur Seite Download. Unterhalb des Punktes Arduino 9 Abbildung 4.27 Wählen Sie die Option»Datei speichern«. Standardmäßig speichert Windows heruntergeladene Dateien in Ihrem Benutzerverzeichnis unter Downloads (siehe Abbildung 4.28). Um die Installation der Arduino-Software zu starten, klicken Sie doppelt auf die Datei

15 4 Die Arduino-Plattform 4.3 Die Arduino-Software Abbildung 4.30 Die Lizenzvereinbarung der Arduino-Software Lassen Sie im Dialog aus Abbildung 4.3 alle Optionen so, wie sie sind, und klicken Sie auf Next, um zum nächsten Schritt zu gelangen. Abbildung 4.28 Die heruntergeladene Installationsdatei im Explorer Wenn das Fenster aus Abbildung 4.29 erscheint, bestätigen Sie die Frage durch Klick auf Ja. Abbildung 4.3 Die unterschiedlichen Installationsoptionen Bestätigen Sie das Zielverzeichnis, in dem die Software installiert werden soll (siehe Abbildung 4.32), durch Klicken auf Install. Abbildung 4.29 Windows warnt vor Änderungen am Computer. Damit die Software installiert werden kann, müssen Sie die Lizenzbedingungen durch Klicken auf I Agree akzeptieren. Abbildung 4.32 Gleich startet die Installation! 80 8

16 4 Die Arduino-Plattform 4.3 Die Arduino-Software Der Fortschritt des Installationsvorgangs ist in Abbildung 4.33 dargestellt. Bestätigen Sie die Sicherheitswarnung aus Abbildung 4.35 durch einen Klick auf Installieren. Abbildung 4.35 Sicherheitswarnung beim Hinzufügen des Treibers Abbildung 4.33 Die Installation im vollen Gange Kurz vor Ende des Installationsvorgangs der Arduino-Software startet automatisch die Installation des Treibers (Gerätesoftware) für Ihr Arduino-Board (siehe Abbildung 4.34). Wenn die Installation wie in Abbildung 4.36 beendet ist, klicken Sie abschließend auf Close. Abbildung 4.36 Die Installation ist fertig! Glückwunsch! Sie haben erfolgreich die Arduino-Software und den Treiber installiert. In Abschnitt geht es für Sie nun weiter mit dem Start der Arduino-Software und der Erläuterung ihrer einzelnen Elemente. Mac OS X Unter Apples Betriebssystem Mac OS ist die Installation der Arduino-Software simpel. Um sie herunterzuladen, besuchen Sie die Arduino-Projektseite. 20 Navigieren Sie dort Abbildung 4.34 Hier soll der Treiber installiert werden

17 4 Die Arduino-Plattform 4.3 Die Arduino-Software zur Seite Download. Unterhalb des Punktes Arduino IDE finden Sie den Link Mac OS X, den Sie anklicken (siehe Abbildung 4.37). Abbildung 4.38 Die heruntergeladene Software im Finder Abbildung 4.37 Download der Arduino-Software für Mac OS Der Download besteht in der Regel aus einer ZIP-Datei. Diese wird in Ihrem Benutzerverzeichnis im Ordner Download gespeichert und in der Regel automatisch entpackt (siehe Abbildung 4.38). Die Installation unter Mac OS ist kinderleicht: Ziehen Sie im Finder das Programm Arduino vom Downloads-Ordner in das Programme-Verzeichnis (siehe Abbildung 4.39). Ein extra Treiber wird unter Mac OS nicht benötigt. Abbildung 4.39 Installation der Software per»drag & Drop«Glückwunsch! Sie haben erfolgreich die Arduino-Software installiert. In Abschnitt geht es für Sie nun weiter mit dem Start der Arduino-Software und der Erläuterung ihrer einzelnen Elemente

18 4 Die Arduino-Plattform 4.3 Die Arduino-Software Linux Die nachfolgende Beschreibung ist für das Linux-Betriebssystem Ubuntu Version 4 gedacht. Ubuntu ist derzeit eines der einsteigerfreundlichsten Linux-Betriebssysteme. Falls Sie ein anderes Linux verwenden, schauen Sie auf der Webseite des Arduino-Projektes 2 nach, welche Anleitung für Ihr Betriebssystem die passende ist. Unter Ubuntu erfolgt die Installation der Arduino-Software wie nachfolgend beschrieben ein Download von der Arduino-Projektseite ist nicht erforderlich! Starten Sie als Erstes, wie in Abbildung 4.40 gezeigt, das Ubuntu Software-Center. Abbildung 4.4 Geben Sie in diesem Suchfeld»Arduino«ein. Abbildung 4.40 Die Ubuntu-Oberfläche mit dem Software-Center Nachdem das Software-Center gestartet ist, klicken Sie in das Suchfeld und geben dort»arduino«(ohne Anführungszeichen) ein, um nach der Software zu suchen (siehe Abbildung 4.4). Sobald die Arduino-Software im Software-Center gefunden wurde, wird sie, wie in Abbildung 4.42 dargestellt, angezeigt. Klicken Sie auf Installieren, um die Installation der Software zu starten. 2 Abbildung 4.42 Ein Klick auf»installieren«startet die Installation

19 4 Die Arduino-Plattform 4.3 Die Arduino-Software Wenn Sie unter Linux Software installieren wollen, müssen Sie Ihr Anmeldepasswort eingeben, um sich zu legitimieren (siehe Abbildung 4.43). Abbildung 4.43 Geben Sie hier Ihr Anmeldepasswort ein. In Abbildung 4.44 ist der Installationsvorgang dargestellt. Sie bekommen nichts weiter davon mit alles passiert unsichtbar im Hintergrund. Abbildung 4.45 Geschafft! Die Installation ist abgeschlossen. Wenn alles geklappt hat, finden Sie die Arduino-Software als Symbol auf dem Desktop (siehe Abbildung 4.46). Abbildung 4.44 Der Installationsvorgang läuft. Sie erkennen die erfolgreiche Installation an dem kleinen grünen Pfeil am Arduino- Symbol (siehe Abbildung 4.45). Schließen Sie jetzt das Software-Center wieder. Abbildung 4.46 Die installierte Arduino-Software (IDE) 88 89

20 4 Die Arduino-Plattform 4.4 Die Entwicklungsumgebung Falls das Symbol dort nicht erscheinen sollte, klicken Sie, wie in Abbildung 4.47 gezeigt, auf das Ubuntu-Dashboard-Symbol und suchen nach der Software. Sie wird nach Eingabe der ersten Buchstaben von»arduino«sofort angezeigt und kann später von dort gestartet werden. 4.6., wie die Arduino-Software Sie beim Erstellen Ihrer eigenen Programme für den Roboter unterstützt. Denn sie enthält bereits viele fertige Beispiele, die per Mausklick hinzugefügt werden können. Aber dazu später mehr. Abbildung 4.48 Die Arduino-Software beim ersten Start 4.4 Die Entwicklungsumgebung Abbildung 4.47 Die Arduino-Software im Ubuntu-Dashboard Jetzt haben Sie es fast geschafft. Damit Ihr Computer Ihr Arduino-Board später richtig erkennt, wurde mit der Software im Hintergrund ein Treiber installiert. Dieser benötigt jedoch unbedingt einen Neustart Ihres Computers, damit er funktioniert! Starten Sie daher jetzt Ihren Computer neu. Glückwunsch! Sie haben erfolgreich die Arduino-Software und den Treiber installiert. In Abschnitt geht es für Sie nun weiter mit dem Start der Arduino-Software und der Erläuterung ihrer einzelnen Elemente Start Nachdem das Programm installiert und gestartet wurde, sieht es so aus wie in Abbildung Das ist also die Software, mit der Sie das»gehirn«des künftigen Roboters mit Leben füllen werden! Keine Angst, dass noch alles so leer aussieht: Ich zeige Ihnen in Abschnitt Noch eine Anmerkung zu den hier künftig verwendeten Begrifflichkeiten: Dieses Fenster der Entwicklungsumgebung wird auch grafische Oberfläche oder allgemein GUI (Graphical User Interface = grafische Benutzer-Schnittstelle) genannt. Sie haben vielleicht auch schon einmal die Abkürzung IDE gelesen. IDE steht für Integrated Development Environment, also für»integrierte Entwicklungsumgebung«. Das bedeutet, dass die Arduino-Software bereits alles enthält, was Sie zum Erstellen der Roboter-Software benötigen sprich: Alle Bestandteile sind integriert. Sie haben vielleicht schon einmal von anderen IDEs gehört, wie zum Beispiel Visual Studio, Xcode oder Eclipse. Dies sind alles IDEs für verschiedene Programmiersprachen und Anwendungen. Die Arduino-Software hat den Vorteil, dass sie auf jedem gängigen Betriebssystem läuft und dort identisch aussieht und bedient wird. Experten-Wissen Wenn Sie schon einmal programmiert haben, werden Ihnen Begriffe wie Linker und Compiler sicher etwas sagen. Diese sind in der Arduino-Software vollständig integriert. Sie müssen also nicht extra spezielle Compiler installieren und Pfade setzen. Das macht die Software alles für Sie unsichtbar im Hintergrund. 90 9

21 4 Die Arduino-Plattform 4.6 Die grafische Oberfläche im Detail 4.5 Die Software im Detail Hier erhalten Sie noch ein paar Hinweise, wie die Arduino-Software aufgebaut ist und was die einzelnen Menüpunkte bedeuten. Sie erfahren außerdem, wie Sie die Software mit fertigen Beispielen unterstützt Ändern der Sprache Sollte die Arduino-Software auf Ihrem Computer nicht auf Deutsch starten, können Sie die Sprache in den Einstellungen (englisch: Preferences) leicht ändern. Die Software wurde in über 30 Sprachen übersetzt. Unter Windows und Linux ist der Menüpunkt für die Einstellungen unter File zu finden, unter Mac OS X unterhalb des Punktes Arduino. Überprüfen : Überprüft den Programmcode auf Fehler Upload 2: Überträgt das fertige Programm auf die Hardware Neu 3: Erzeugt ein neues, leeres Programm Öffnen 4: Öffnet bestehende Programme Speichern 5: Speichert das aktuelle Programm 6: Anzeige des Namens des aktuellen Programms 7: Die installierte Version der Arduino-Software 8: Aktiviert den seriellen Monitor 9: Funktionen zur Nutzung der Tabs/Karteireiter j: Bereich zum Editieren k: Bereich zur Anzeige von Statusmeldungen l: Zeigt die Zeile an, in der sich der Cursor befindet m: Zeigt das Arduino-Board und den aktuellen Anschluss an Abbildung 4.49 Ändern der Spracheinstellungen der Arduino-Software Damit diese Änderungen übernommen werden, muss die Arduino-Software einmal beendet und neu gestartet werden. 4.6 Die grafische Oberfläche im Detail Nun ein paar Erläuterungen zur Programmoberfläche. Abbildung 4.50 zeigt das komplette Fenster mit allen Symbolen (englisch: Icons). Konkret haben die Symbole und Bereiche des Fensters folgende Bedeutung: Abbildung 4.50 Die einzelnen Elemente der GUI im Überblick 92 93

22 4 Die Arduino-Plattform 4.7 Fazit Hinweis Standardmäßig öffnet die Arduino-Software beim Start immer das zuletzt verwendete Programm. Beim Schließen der letzten noch offenen Datei beendet sich das Programm aber davor warnt die Software Sie vorher Beispiele innerhalb der Software Wie ich bereits erwähnt habe, enthält die Arduino-Software zahlreiche fertige Programmbeispiele zur freien Verwendung. Diese sind nach unterschiedlichen Anforderungen gruppiert. In Abbildung 4.5 ist die Auswahl eines Programms zur Servoansteuerung dargestellt. Alle Beispiele sind in englischer Sprache kommentiert. Für dieses Buch benötigen Sie keines der Beispielprogramme. Wenn Sie jedoch später einmal etwas selbst programmieren, werfen Sie vielleicht als Erstes einen Blick in diese Beispiele, denn hier ist schon vieles als Grundlage vorhanden und Sie müssen ja das Rad nicht immer neu erfinden. Falls Sie bereits etwas Erfahrung im Programmieren haben, können Sie sich natürlich auch jetzt die einzelnen Beispiele genauer ansehen. 4.7 Fazit In diesem Kapitel haben Sie gelernt, wo Sie die Arduino-Software bekommen und wie Sie diese einschließlich Treiber für Ihr Arduino-Board installieren. Sie wissen jetzt außerdem, wo Sie die Sprache der Software ändern können. Danach habe ich Ihnen die einzelnen Elemente der grafischen Programmieroberfläche (IDE) vorgestellt. Abschließend haben Sie erfahren, wo Sie viele fertige Beispiele finden. Damit haben Sie die wichtigsten Grundlagen, um in Kapitel 7,»Los geht s! Erste Praxis«, Ihr erstes Programm zu schreiben. Abbildung 4.5 Die Arduino-Software enthält zahlreiche Beispiele

23 Kapitel 7 Los geht s! Erste Praxis Sie haben bis zu diesem Kapitel durchgehalten. Das ist ein gutes Zeichen. Denn Sie haben es trotz viel Theorie bis hierher geschafft, und nun soll es endlich mit praktischen Experimenten losgehen. Sie werden gleich Ihr erstes Programm für den Arduino erstellen und das Ergebnis auf dem Board sehen können. 7. Der erste Kontakt mit der Hardware Das erste Experiment wird ganz einfach daraus bestehen, die orange LED auf Ihrem Arduino-Board zum Blinken zu bringen. Traditionell wird das erste eigene Programm, das eine LED zum Blinken bringt, Blinky genannt. Das ist vielleicht nicht sehr einfallsreich, aber dafür einprägsam. 7..»Blinky«Ansteuerung einer LED Für Ihr erstes Experiment benötigen Sie folgende Teile: Checkliste ein Arduino-Board ein passendes USB-Kabel Schließen Sie das Arduino-Board mit einem USB-Kabel an Ihren Computer an. Das passende USB-Kabel hat auf der»computerseite«einen USB-A-Stecker und auf der»arduino-seite«einen USB-B-Stecker und ist in Abbildung 7. dargestellt. 79