Arduino Grundausstattung für Einsteiger

Arduino Grundausrüstung für Beginner und Einsteiger

Sei es als Geschenk oder für sich selbst – ein Arduino eignet sich hervorragend als günstiger Einstieg in die Welt der Mikrocontroller. Doch viele werden zu Beginn von der breiten Masse an Erweiterungen, Shields oder Sensoren förmlich erschlagen.

Aus diesem Grund soll der folgende Beitrag den Einstieg in die Welt der Mikrocontroller-Boards erleichtern indem Teile und Zubehör eine „Arduino Grundausstattung“ aufgelistet und erläutert werden.

Alle gezeigten Werkzeuge, Bauteile und Materialien wurden nach bestem Wissen und Gewissen ausgesucht und abgebildet. Dennoch sollte jeder selbst entscheiden welche Materialien für den Einstieg wirklich notwendig sind, und welche nur „nice to have“ wären.

Netzteil und Kabel

Netzteil

Auch wenn man es denken könnte, ist ein Netzteil nicht zwingend zum Betrieb eines Arduinos erforderlich. Je nach Typ des Microcontroller-Boards kann dieser über die onboard USB-Schnittstelle, welche zur ebenso Programmierung genutzt wird, mit Strom versorgt werden.

Um den Arduino möglichst störungsfrei zu betreiben sollte ein hochwertiges USB-Kabel genutzt werden um Verbindungsprobleme auszuschließen. Des Weiteren kann es für komplexere Projekte notwendig sein eine externe Spannungsquelle, wie z.B. ein Smartphone-Ladegerät, zu nutzen.

Microcontroller-BoardSpannungsversorgung
Arduino NanoMiniUSB (5V)
Arduino UNOUSB Typ B (5V), Barrel-Connector (7-12V)
Arduino Mega 2560USB Typ B (5V), Barrel-Connector (7-12V)
Wemos D1 MiniMicroUSB (5V)
NodeMCUMicroUSB (5V)
arduinousbtypen

Kaufempfehlung USB-Kabel und Netzteil:

Jumper-Kabel

Zur Grundausstattung eines jeden Arduino Beginners sollte mindestens ein Set aus Jumper Kabeln (häufig auch: Jumper Wires oder Drahtbrücken) gehören. Mit Hilfe dieser Kabel können Verbindungen zwischen verschiedenen Bauteilen auf Breadboards hergestellt werden.

Es wird zwischen drei Arten von Drahtbrücken unterschieden:

  • Pin-Pin -> Männlich-Männlich (m2m)
  • Buchse-Pin-> Weiblich-Männlich (f2m)
  • Buchse-Buchse -> Weiblich-Weiblich (f2f)

Kaufempfehlung Jumper Kabel:

Breadboards und Platinen

Breadboard

Eine Steckplatine (oder auch Steckbrett, Breadboard, Protoboard) sollte zu jeder Arduino Grundausstattung eines Bastlers gehören. Steckplatinen dienen zur mechanischen Befestigung von elektrischen Bauteilen und Komponenten. Somit ist es möglich die eigenen Schaltpläne zu überprüfen und einen Prototypen des Projektes aufzubauen.

Im Gegensatz zur Lochrasterplatine werden alle Bauteile lediglich in das Breadboard gesteckt und nicht verlötet. DIes hat den Vorteil, dass Versuchsaufbauten schnell geändert, und Komponenten leicht ausgetauscht werden können.

Ein Breadboard besteht typischerweise aus Kunststoff, in dem Kontaktklemmen aus Metall eingelassen sind. Der Abstand zwischen den Kontakten beträgt 0,1 Zoll (2,54mm) und die maximale Strombelastbarkeit beträgt 1 Ampere.

Ein Standard-Steckbrett (MB-102) ist meist nach folgendem Schema aufgebaut:

Steckbrett Schaltplan
Steckbrett Schaltplan

An den langen Außenseiten befinden sich zwei durchgängigen Versorgungsleisten zur Spannungsversorgung. Der mittlere Bereich besteht aus zwei Seiten und ist einen halben Pinabstand, d.h. 1,27 mm getrennt.

Kaufempfehlung Steckbrett:

Lochrasterplatinen

Lachrasterplatinen dienen, im Gegensatz zur Steckbrettern, zum permanenten Aufbau von integrierten Schaltungen und Prototypen. Sie werden unter anderem auch als Perfboard oder Dot-PCB bezeichnet.

Auch Lochrasterplatinen haben einen Kontaktabstand von 0,1 Zoll (2,54mm). Sie bestehen häufig aus lamiertem Papier, Phenoplast oder einer Art Glasfaser.

Günstige Leiterplatten sind meist nur einseitig mit Lötkontakten bestückt, wo hingegen hochwertigere Varianten beiseitig bestückt sind.

Lochrasterplatinen gibt es in verschiedenen Layouts mit jeweils unterschiedlichen Anordnungen der Leiterbahnen:

Kaufempfehlung Lochrasterplatinen:

LEDs, Widerstände, Kondensatoren

LEDs

Wahrscheinlich jeder Arduino Einsteiger beginnt mit einem recht simplen Codebeispiel mit dem Namen Blink. Da jedoch nicht jeder Arduino bzw. Arduino-Clone mit einer verbauten LED (Light-Emitting diode – Leuchtdiode) ausgestattet ist, wird für dieses Beispiel eine externe Leuchtquelle benötigt.

Der große Vorteil von LEDs ist die vergleichsweise hohe Leuchtkraft im Verhältnis zum Energiebedarf. Des weiteren sind diese Leuchtmittel günstig zu erwerben und bieten besonders für Anfänger einen großen Aha-Effekt.

Kaufempfehlung für LEDs:

Widerstände

Der elektrische Widerstand ist in der Elektrotechnik ein Maß dafür, welche elektrische Spannung erforderlich ist, um eine bestimmte elektrische Stromstärke durch einen elektrischen Leiter (z.B. einer LED) fließen zu lassen. Widerstände dienen zum Schutz und zur Regulierung der Spannung bzw. Stromstärke eines elektrischen Leiters und sind daher – selbst für einfache Schaltungen – unabdingbar.

Der elektrische Widerstand wird in Ohm gemessen und besitzt das Einheitenzeichen Ω (großes Omega).

Das Bauelement „Widerstand“ realisiert einen ohmschen Widerstand in elektronischen Schaltungen

Anwendungsfälle für Widerstände:

  • begrenzen des elektrischen Stroms
  • den elektrischen Strom in einer Schaltung aufteilen
  • die elektrische Spannung in einer Schaltung aufteilen
  • elektrische Energie in Wärmeenergie umwandeln.

Kaufempfehlung für Widerstände:

Kondensatoren

Ein Kondensator ist ein passives elektrisches Bauelement mit der Fähigkeit, in einem Gleichstromkreis, eine elektrische Ladung statisch zu speichern.

Kondensatoren bestehen im Prinzip aus zwei elektrisch leitfähigen Flächen (den Elektroden), die von einem isolierenden Material (dem Dielektrikum), voneinander getrennt sind.

Für Arduino Anfänger und Beginner sind Kondensatoren noch nicht zwingend relevant, da diese erst in komplexeren Projekten zum Einsatz kommen. Dennoch werden sie häufig beim Nachbauen von Arduino Schaltungen benötigt.

Kaufempfehlung für Kondensatoren:

Sensoren, Sensoren, Sensoren

Da ist eine scheinbar unzählige Menge verschiedener Arduino Sensoren gibt, werden hier nur drei einsteiger-freundliche Sensoren näher erläutert. Auf Amazon  und Co lassen sich jedoch viele weitere Spannende Shields und Erweiterungen für die eigenen Projekte finden.

Feuchtigkeitssensor

Mit einem Feuchtigkeitssensor (engl.: Moisture Sensor) ist es problemlos möglich eine anliegende Feuchtigkeit zu messen. Dabei spielt es keine Rolle ob sich um die Haut- oder die Bodenfeuchte handelt. Der häufigste Anwendungsfall eines Feuchtigkeitssensors ist wahrscheinlich eine automatisierte Pflanzenbewässerung, wie in diesem Beispiel beschrieben.

Kaufempfehlung für Feuchtigkeitssensoren:

Temperatur- und Luftfeuchte Sensor

Für Arduino Microcontroller gibt es vielzahl verschiedener Temerpatur- und Luftfeuchtesensoren. Mit dieser Art von Sensoren ist es, wie der Name bereits vermuten lässt, problemlos möglich die Umgebungstemperatur und -Feuchtigkeit zu messen. Der dabei am häufigsten verwendete Sensor ist der DHT22, welcher sich durch seine gute Genauigkeiten und den niedrigen Preis auszeichnet.

Kaufempfehlung für Temperatur- und Luftfeuchtesensoren:

Ultraschallsensor

Ein weiteres interessantes Modul für Einsteiger ist der Ultraschallsensor. Er kommt häufig im Robotik- und Automotive-Bereich zum Einsatz und sollte zu jeder Arduino Grundausstattung gehören. Im Grunde genommen besteht er aus einem Sende- und einem Empfangsmodul. Mit Hilfe der zeitlichen Differenz zwischen Senden und Empfangen von Impulsen kann der Abstand zu einem Objekt ermittelt werden.

Kaufempfehlung für Ultraschallsensoren:

weitere Sensoren

Mittlerweile bieten auch zahlreiche Händler verschiedene Sensoren-Sets an, z.B.:

Displays

Früher oder später müssen Messwerte und Sensorinformationen grafisch dargestellt werden, da die Anzeige in der seriellen Konsole der Arduino IDE auf Dauer nicht praktikabel und sinnvoll ist.

Für diesen Zweck bieten sich kleine und kompakte Displays förmlich an. Aber auch hier gibt es Unterschiede in der Bau- und Funktionsweise:

TFT

Der Display-Klassiker für Arduino und Co sind die LCD bzw. TFT Displays. Es gibt sie in allerlei Größen und Ausführungen. Verglichen mit anderen Displaytypen sind sie TFT-Displays meist die günstigste Variante

Kaufempfehlung für TFT Displays:

OLED

Organic Light Emitting Diode Displays bieten gegenüber TFTs einige technische Vorteile. Sie haben einen großen Betrachtungswinkel sowie eine sehr schnelle Reaktionszeit. Des Weiteren sind Schwarzwerte und Kontrast um ein vielfaches besser verglichen mit herkömmlichen Displays. Aufgrund der nicht benötigten Hintergrundbeleuchtung sind OLEDs sehr schmal und gleichzeitig energieeffizient.

Kaufempfehlung für Arduino OLED Displays:

eInk / ePaper

eInk (oder auch ePaper) Displays eignen sich vor allem für Batterie- bzw. Akku-betriebene Projekte, bei denen der Stromverbrauch an erster Stelle steht. Diese Displays zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass nur bei der Bildaktualisierung Energie benötigt wird. Des Weiteren sind sie in vielen Größen erhältlich und vergleichsweise günstig. Ein großer Nachteil ist jedoch der langsame Bildaufbau, und das Standard-Displays im Regelfall keine Farbdarstellung bieten.

Kaufempfehlung für Arduino ePaper Displays:

Lötkolben und Lötstation

Nachdem man das Projekte auf Steckbrett vorbereitet und ausführlich getestet hat, ist es Zeit dieses auf Lochrasterplatinen (siehe oben) zu fixieren. Neben der Platine selbst und den benötigten Bauteilen wird hierfür natürlich ein Lötkolben und Lötzinn benötigt.

Es ist durchaus möglich für eine Lötstation mehrere hundert Euro auszugeben, jedoch sollte dies für einen Beginner nicht das Maß der Dinge sein. Aus diesem Grund sind im folgenden Abschnitt drei Lötkolben bzw. Lötstationen mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen aufgelistet.

Der günstige – Preciva 9-in-1 Lötset 60W

Dieser Lötkolben besticht vor allem durch seinen geringen Preis von nur ca. 20 Euro. Enthalten in diesem Set ist nicht nur ein Lötkolben, sondern auch ein Halter, Pinzetten, Lötzinn und eine Entlötpumpe. Natürlich kann man in dieser Preiskategorie keine Wunder erwarten, für Beginner ist dieses Set aber durchaus ausreichend.

Preciva 9-in-1 Lötset 60W 

Das All-in-One Set – Holife Premium-Lötstation 60W

Diese All-in-One Lötstation von Hotlife bietet das beste Preis-/Leistungsverhältnis der hier gelisteten Lötkolben. Die Station ermöglicht eine digitale Temperaturregelung und bietet zusätzlich eine Temperatursperr- und Schlaffunktion.

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Der Profi – TS100 Lötkolben

Der TS100 Lötkolben gilt bei vielen Anfängern und auch Profis als Geheimtipp. Seine schlanke Bauweise und das verbaute OLED Display mit Temperaturanzeige machen ihn zum perfekten Begleiter eines jeden Bastlers. Ein Nachteil des T100 ist jedoch der Preis von ca. 70 Euro und die verhältnismäßigen teuren Ersatzspitzen. Dennoch: klare Kaufempfehlung!

TS100 Lötkolben auf Amazon 

Zubehör

Zum Löten benötigt man natürlich nicht nur den Lötkolben selbst, sondern auch weiteres Material und Werkzeug, welches in keiner Arduino Grundausstattung fehlen sollte.

Werkzeug und Literatur

Werkzeug

Ebenso wichtig wie die elektronischen Bauteile ist die Wahl der richten Werkzeuge. Zu Beginn ist ein haushaltsüblicher Schraubendreher und ein Seitenschneider vollkommen ausreichend oder sogar nicht einmal notwendig. Für komplexere Projekte und vor allem für Lötarbeiten sind die Alltagshelfer jedoch von großem Vorteil.

Aus diesem Grund folgt hier eine kurze Übersicht der Werkzeuge, welche in keiner Arduino Grundausstattung fehlen sollten:

Literatur

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