Software-Entwickler an die Hardware, Teil 2 Arduino Boards in der Übersicht

Arduino ist mehr als nur Hardware – und es gibt auch nicht „den einen“ Arduino. Vom Standard-Board über Musik-Spezialisten bis hin zu IoT-Hardware dienen die Arduino-Plattformen unterschiedlichsten Zwecken.

Schon im ersten Teil unserer Arduino-Serie haben wir darauf hingewiesen, dass der Raspberry Pi dem Arduino-Universum immer ein wenig die Show stiehlt und oft als direkte Alternative genannt wird. Und auch wenn es um Boards geht, liest man oft von „dem Raspi“ und „dem Arduino“ – was beim Raspi auch funktioniert, da es bislang immer nur ein aktuelles Modell gab.

Arduino ist aber eben eine ganze Kollektion von Spezifikationen, die auch tatsächlich als Boards realisiert werden. Derzeit gibt es auf Arduino.cc selbst über 50 verschiedene aktuelle Modelle (inklusive Shields/Erweiterungen). 35 weitere Modelle sind bereits im Status „Retired“ und nochmal 26 Boards führt der Hersteller unter „noch älter“ auf.

Warum das interessant ist? Nun, Arduino-Boards gibt es nicht bloß von Arduino selbst (im Sinne von Arduino.cc), sondern auch von Drittanbietern – und bisweilen existieren eben auch noch Boards, die schon im Ruhestand sind. Dies ist wichtig zu wissen, denn leider haben nicht alle eingestellten Boards direkte, ebenbürtige Nachfolger.

Natürlich teilen alle Boards viele Gemeinsamkeiten. Sie arbeiten zum Beispiel alle mit 3,3 und/oder 5 Volt bei unterschiedlichen Eingangsspannungen, verfügen über digitale und analoge I/O-Pins und eine eher bescheidene Performance mit einem CPU-Takt zwischen 8 und 48 MHz, Arbeitsspeicher von maximal 96 Kilobyte und Flash-Speicher bis maximal 512 Kilobyte.

Hinzu kommen allerlei Shields: Das sind Erweiterungsplatinen, die direkt auf die Boards gesteckt werden, um den Funktionsumfang zu erweitern. Beispielsweise lässt sich das MKR CAN Shield auf einen MKR ZERO stecken, um das winzige Arduino-Board direkt an den CAN-Anschluss eines Autos zu stecken.

Die großen Unterschiede liegen einerseits bei den verwendeten Prozessoren, andererseits bei Anschlüssen, Bauformen und der Menge verfügbarer I/O-Pins. Man kann grob zwischen zwei Varianten von Boards unterscheiden: Universelle Boards, die sich zum Experimentieren und Lernen sowie für Projekte nutzen lassen, für die es keine Spezial-Boards gibt. Die Spezial-Boards sind heute vor allem kleine, mit Vernetzung ausgestattete Varianten für das Internet of Things (IoT).

Wenn es aber am Ende um ein konkretes Projekt geht, lohnt sich trotz aller Ähnlichkeiten ein genauerer Blick auf die Spezifikationen der Hardware. Hierfür ein Beispiel: Der Arduino Due hat keinen 8-, sondern einen 32-Bit-Prozessor, den größten Speicher und die zweitmeisten I/O-Pins im Portfolio – ein gutes Gerät für größere Projekte. Aber: Im Gegensatz zu (fast) allen anderen Boards, läuft das Due ausschließlich mit 3,3 Volt und nicht alternativ mit 5 Volt.

Laut Arduino.cc ist der Arduino Uno – der Name verrät es – das verbreitetste und bestdokumentierte Modell und liefert einen guten Einstieg. Die meisten Nutzer dürften Ihre Arduino-Aktivitäten jedoch mit einem Set starten. Und diese liefern sehr häufig den Arduino Mega 2560: Mittelmäßige Leistung, viele Anschlüsse, viel Flash-Speicher und kompatibel zu den meisten Uno-Shields – die eierlegende Wollmilchsau unter den Arduino-Boards.

Doch selbst damit kommt man schnell an seine Grenzen. Möchten Sie zum Beispiel ein Eingabegerät Linux- oder Windows-Rechner entwickeln, beispielsweise als Makrotastatur für Ihre IDE oder als Frontend für Ihr eigenen Softwareprojekte, benötigen Sie ein Board auf Basis des ATmega32u3 oder SAMD-Prozessoren. Diese Boards werden vom Rechner schlicht als USB-Tastaturen erkannt und können entsprechende Signale absenden. Das funktioniert freilich auch für Maus- oder Gamepad-Steuerungen.

Das bringt auch gleich ein letztes Beispiel zu Tage, jetzt für eine hoch spezialisierte Variante: Das leider eingestellte Board Arduino Esplora basiert auf dem Arduino Leonardo und verfügte im Gegensatz zu anderen Boards bereits über fertig verbaute Knöpfe, Sensoren und einen Stick – mit anderen Worten: Im Grunde war es das Innenleben eines Gamepads oder ähnlich konzipierten Controllers.

Wichtige Standard-Boards

Arduino Uno: Das Standard-Board ist wie gesagt der Arduino Uno, den Sie sich ruhig als Referenz denken können: ATmega328P-Prozessor, 5 Volt Betriebsspannung, 6 bis 20 Volt Eingangsspannung, 14 digitale I/O-Pins (davon 6 mit PWM-Ausgabe (Pulsweitenmodulation, etwa zum Dimmen von Dioden über digitale Ausgänge)), 6 analoge Input-Pins, 32 Kilobyte Flash-Speicher, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM, 16 MHz Systemtakt, USB- und separatem Stromanschluss und das Ganze auf einer 6,86 x 5,34 cm großen Platine.

Arduino Leonardo: Der Leonardo gleicht dem Uno weitgehend, hat aber ein paar mehr I/O-Pins und den ATmega32u4-Prozessor mit integrierter USB-Kommunikation – mit anderen Worten: Der Leonardo ist erste Wahl für Experimente mit maus- oder tastaturartigen Eingabegeräten.

Arduino Due: Das derzeit stärkste Board basiert auf dem ATSAM3X8E-Prozessor mit immerhin 84 MHz, bietet 12/2 analoge In- beziehungsweise Output-Pins, 54 digitale I/Os, davon 12 mit PWM, 512 KB Flash-Speicher und gleich zwei Micro-USB-Anschlüssen. Zu beachten ist aber die 3,3-Volt-Beschränkung!

Bildergalerie

Bildergalerie mit 5 Bildern

Arduino Nano Every: Wenn es nicht ums Experimentieren geht, sind die vielen Features eines Due häufig gar nicht relevant – die Größe hingegen schon. Und da kommt mit dem Nano das kleinste Board ins Spiel, das natürlich etwas weniger bietet: Auf gerade mal 1,8 x 4,5 cm bekommen Sie hier einen ATMega4809 mit wieder 20 MHz, 48 KB Flash-Speicher, 6 KB SRAM, 8 analogen Inputs und 22 digitalen I/Os (5 mal PWM). Damit hat der Nano Every weniger Anschlussmöglichkeiten als ein Arduino Uno, ist aber tatsächlich deutlich leistungsfähiger, kann direkt mit Ihrem Projekt verlötet werden und kostet mit 9 Euro zudem weniger als die Hälfte.

Arduino MKR Zero: MKR steht für den Formfaktor und das kleine MKR Zero ist wirklich spannend! Zwar arbeitet es ebenfalls ausschließlich mit 3,3 Volt und liegt mit 48 MHz Takt, 22 digitalen I/Os (12 mit PWM), 32 KB SRAM und 256 KB Speicher im Mittelfeld, aber es ist auf Musik spezialisiert. Das Board verfügt über einen SD-Karten-Slot und kann ohne weitere Hardware Musikdateien abspielen kann. In Verbindung mit einem Drittanbieter-Audio-Verstärker (MAX08357 I2S Amp) können Sie so zum Beispiel einen tragbaren Player entwickeln. Verstärker-Boards gibt es von diversen Herstellern, beispielsweise Ardafruit.

IoT-Boards

Arduino MKR WiFi 1010: Auch hier gibt der Formfaktor MKR wieder die kleine Größe von 6,15 x 2,5 cm vor. Das Besondere an den IoT-Boards ist wie gesagt die Vernetzung. Zunächst die Basics dieses Standard-IoT-Geräts: Abermals 3, 3 Volt Betriebsspannung, 8 digitale I/Os, 13 PWM-Pins, 32 KB Arbeitsspeicher, 256 KB Flash-Speicher, Micro-USB und SAMD21-Microcontroller wie bei den anderen MKR-Boards.

Besonders wird das Board aber durch die Verbindungsoptionen: Sie können das 1010 per WLAN verbinden oder auch als wahlweise Bluetooth-Host oder -Client nutzen. Dank integriertem Ladegerät und verbauter RGB-LED ist diese Variante eine wirklich gute Entscheidung für jegliche Art vernetzter Stand-alone-Projekte. Arduino.cc liefert dazu auch Anleitungen und Beispiele, etwa um eine Verknüpfung mit AWS IoT Core oder dem wunderbaren IFTTT herzustellen. Für professionelle Ansprüche gibt es ein Anschluss für externe I2C-Boards.

Arduino Nano 33 IoT: Gewissermaßen die Consumer-Variante des MKR WiFi 1010. Hier fehlen Batterielader und I2C-Verbindung, dafür wurde dem Board ein Bewegungssensor spendiert – das zudem im Nano-Formfaktor mit 4,5 x 1,8 cm deutlich kleiner als die MKR-Variante ist. Danke SAMD21-Basis lässt sich dieses Nano-Board wie auch das 1010 als PC-Eingabegerät einsetzen.

Arduino MKR GSM 1400: Als letztes Beispiel für IoT-Boards soll es das GSM/3G-Board sein – wieder ein MKR-Board auf SAMD21-Basis. Die Besonderheit dürfte klar sein: Dank Micro-SIM-Slot lässt sich das immerhin 60 Euro teure Gerät direkt online bringen.

Die IoT-Boards basieren alle auf Nano- oder MKR-Formfaktor, lediglich das UNO Wifi REV2 ist für Experimente und Lehrzwecke gedacht – im Grunde ein Arduino Uno mit WiFi und Bewegungssensor.

Ruhestand und Drittanbieter

Ein Blick auf den Board-Friedhof von Arduino.cc lohnt sich ebenfalls. Hier finden Sie zum Beispiel Boards im runden Lilypad-Layout, den Arduino Robot zum Bau eigener Roboter und sonstige spannende, eingestellte Projekte.

Bei Drittherstellern werden Sie keine großen Veränderungen feststellen, schließlich basiert alles auf den Arduino-Spezifikationen. Allerdings könnten Sie durchaus eingestellte Boards finden, deutlich günstiger wegkommen oder Kleinigkeiten entdecken, die für Sie vielleicht relevant sind.

Ein Tipp zum Schluss: Da Uno und Nano denselben Prozessor verwenden, lassen sich Projekte recht simpel auf dem Uno entwickeln und dann mit einem Nano in die echte Welt überführen. Eines sollte jedenfalls klar sein: Große Boards mit Steckanschlüssen für Jumper-Kabel in Verbindung mit Steckbrettern sind aufbautechnisch eine ganz andere Welt als winzige Nano-Boards zum Verlöten! Einen tabellarischen Vergleich (fast) aller Arduino-Boards finden Sie übrigens ebenfalls auf der Arduino-Website.

(ID:46804206)