Microcontroller für kleine und große IoT-Projekte Arduino-kompatible Alternativen

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Arduino Boards sind längst nicht die einzigen Microcontroller, die für IoT-Geräte, Prototypen und Basteleien interessant sind. In diesem Artikel zeigen wir einige der spannendsten Alternativen.

Arduino selbst bietet schon eine ganze Reihe unterschiedlicher Boards, die wir bereits vorgestellt haben. Die Bauformen und Leistungsdaten unterscheiden sich dabei doch sehr deutlich, so dass „Arduino-Alternative“ natürlich immer nur bestimmte Modelle betreffen kann.

Eine eierlegende Wollmilchsau wie der Arduino Mega ist natürlich nicht vergleichbar mit einem IoT-Board wie dem SparkFun Things Plus. Aber generell lohnt sich häufig ein Blick auf die Microcontroller-Konkurrenz, beispielsweise wenn einfach mehr Leistung benötigt wird – sei es auf Microcontroller-Ebene oder sogar darüber hinaus.

Eines sollte man dabei aber stets im Auge behalten: Arduino dürfte auf Grund der riesigen Nutzerbasis mit Abstand am besten dokumentiert sein. Erfreulicherweise sind aber viele Alternativen kompatibel zur Arduino-IDE. So lassen sich vorhandene Projekte leichter auf neue Boards portieren und das eigentliche Prototyping könnte gegebenenfalls sogar komplett auf Arduino-Boards stattfinden.

Teensy

Teensy 4.1 ist für aufwändigere Projekte die vielleicht interessanteste Alternative zu den Arduino-Nano-Boards. Mit rund 60 mm x 15 mm ist der Teensy etwas schmaler und rund 15 mm länger. Mit gut 30 US-Dollar liegt das Board preislich deutlich über den 20-Dollar-Basis-Nanos – bietet aber auch wesentlich mehr Leistung.

Die wichtigsten Features:

• Prozessor: ARM Cortex-M7 mit 600 MHz

• Gleitkommazahlen

• Speicher: 8 MB Flash, 1 MB RAM

• USB-Anschluss

• SD-Karten-Slot

• 55 I/O-Pins, 35 PMW-Output-Pins

• S/PDIF

• 3 CAN-Ports

• Ethernet 10/100 Mbit (über separaten Adapter)

• Krypto-Chip

Die Programmierung läuft standardmäßig über Arduino IDE mit der Teensyduino-Erweiterung, alternativ über Visual Micro, PlatformIO, CircuitPython oder via Makefiles. Es gibt noch viele Kleinigkeiten beim Teensy-Board zu entdecken – auch dank der ausführlichen Dokumentation. Natürlich hat die Leistung nicht nur einen monetären Preis: Bei maximaler Taktfrequent fließt ein Strom von 100 mA – ein Standard-Nano kommt auf gerade einmal 19 mA.

SparkFun Thing Plus

Beim SparkFun Thing Plus ist der Name Programm – das Board ist explizit für IoT-Projekte gedacht. Auf Basis des ESP32 ist hier ein wirklich vielseitiges Stückchen Hardware verfügbar. Auch hier liegt die Größenordnung im Nano-Umfeld: Mit ca. 65 mm x 25 mm ist das Thing Plus minimal größer geraten. Preislich liegt das Board ebenfalls im Nano-Bereich, derzeit verlangt SparkFun 22,50 US-Dollar.

Zunächst die wichtigsten Features:

• ESP 32 WROOM

• Prozessor: Xtensa Dual-Core LX6 mit bis zu 240 MHz

• 448 KB ROM

• 520 KB RAM

• 16 MB Flash-Speicher

• 21 GPIO-Pins, 16 PWM-Pins

• USB-Anschluss

• Wifi 802.11b/g/n

• Bluetooth (auch BLE)

• Krypto-Chip

Auffällig sind hier vor allem der große interne Speicher sowie Bluetooth- und Wifi-Konnektivität. Und noch ein spannendes Feature findet sich auf dem Board: Eine Verbindung für einen Lithium-Polymer-Akku. Damit könnte Thing Plus zum Beispiel eine Alternative zum Arduino MKR Wifi 1010 sein, der gut 10 US-Dollar teurer und langsamer ist.

Anmerkung: SparkFun selbst spricht von einem LX6 Single-Core-Prozessor, die Espressif-ESP32-Dokumentation und viele andere Quellen aber vom zu erwartenden Dual-Core-Prozessor, daher hier entsprechend aufgeführt.

Espressif ESP32-DevKitC-VIE

Espressif stellt nicht nur das auch schon beim SparkFun-Board verwendete System ESP32 her, sondern auch eigene Espressif Development Kits. Ein Beispiel dafür wäre etwa das ESP32-DevKitC-VIE, das mit 55 mm x 28 mm abermals in der Nano-Liga mitspielt und derzeit bereits für 19 Euro zu haben ist.

Die Spezifikationen ähneln naturgemäß der SparkFun-Konkurrenz, auch wenn es hier keinen Lithium-Polymer-Anschluss gibt, was für den mobilen Einsatz ein größerer Nachteil sein kann.

• ESP 32 WROOM/WROVER

• Prozessor: 2 x Xtensa Single-Core LX6 mit bis zu 240 MHz

• 448 KB ROM

• 520 KB RAM

• 8 MB Flash-Speicher

• 34 GPIO-PIns

• Wifi 802.11b/g/n

• Bluetooth (auch BLE)

• Crypto-Chip

Ein Board direkt vom Hersteller der Microcontroller Unit (MCU) selbst klingt nach einer guten Idee, die Features stimmen, der Preis liegt leicht unterhalb der direkten Konkurrenz. Für den Einstieg oder kleinere (Hobby-)Projekte macht es Espressif allen Interessierten leider unnötig schwierig – das Produktportfolio ist kaum zu durchdringen.

Das beginnt damit, dass SoCs und Module (SoC auf Board samt zum Beispiel Antenne) dieselben Namen tragen. Erschwerend kommen die über 42 verschiedenen Developer-Kits hinzu, die wiederum teils mit unterschiedlichen SoC-Varianten kommen; und die nicht immer ganz präzisen Handbücher tun ihr Übriges dazu.

Nur mal als Beispiel: Das Einstiegs-Kit DevKitC ist mit PCB- oder IPEX-Antenne erhältlich, als EXP32-Wrover, -Wroom oder -Solo, mit 4 oder 8 Megabyte Speicher und das alles in diversen Kombinationen – unter den Namenserweiterungen 32E, 32UE, CVE, CVIE und CS1. Alles klar, soweit?

Wer in die Welt der Microcontroller einsteigt, eine erste Arduino-Alternative sucht oder einfach nur für einzelne Konstruktionen ein Board benötigt, dürfte von der Produktvielfalt erschlagen werden – bei anderen Anbietern ist der Einstieg wesentlich übersichtlicher. Neben dem SparkFun-Kandidaten würde sich zum Beispiel das ebenfalls auf dem ESP32 aufbauenden Ardafruit Feather Huzzah anbieten. Sollen aber tatsächlich Produkte in einer gewissen Stückzahl hergestellt werden, ist Espressif durchaus interessant.

micro:bit

Mit dem micro:bit geht nun wieder ein ARM-basiertes Board ins Rennen – mit einem ganz anderen Ansatz als die bisherigen Controller. Beim micro:bit geht es nämlich primär ums Lernen, wie auch schon beim Ur-Arduino! Aber schon der Formfaktor ist mit 51 mm x 42 mm recht besonders. Auch gibt es die 25 I/O-Pins lediglich als Kontakte, nicht als Buchsen.

Allerdings gibt es für rund 35 US-Dollar auch jede Menge einzigartiger Features:

• Prozessor: Arm Cortex-M4

• Speicher: 512 KB Flash, 128 KB RAM

• 2,4-GHz-Wifi

• Bluetooth 5.0 mit BLE

• Batterie-Anschluss

• USB-Anschluss

• 2 Buttons

• Touch-Logo (als dritter Button)

• Onboard-Matrix aus 25 LEDs

• Mikrofon

• Lautsprecher

• Kompass

• Akzelerometer

Sensoren einerseits und LED-Matrix und Lautsprecher andererseits machen es möglich, direkt mit dem micro:bit zu interagieren, ganz ohne weitere Aufbauten. Zudem lässt sich der Microcontroller mittels Microsoft MakeCode und Scratch programmieren, also blockbasiert per Drag and Drop. Das ist nicht nur für Lernzwecke interessant, sondern bisweilen auch für simple Prototypen.

Wie genau so ein Block-Baukasten funktioniert, lesen Sie hier am Beispiel App Inventor – was mittlerweile übrigens ebenfalls Interaktion mit dem micro:bit unterstützt. Jedoch: micro:bit erlaubt auch richtige Programmiersprachen, beispielsweise Python, Swift und auch C++ – und zwar über die Arduino-IDE.

Das ursprünglich von der BBC ins Leben gerufene micro:bit mag wie ein reines Lern-Spielzeug wirken, ob des Projektfokus oder fehlenden echten Pins für Aufbauten. Aber das täuscht: Die Features sind auch für größere Projekte interessant und – natürlich – finden sich auch Breakout-Boards, die die Goldkontakte der Platine auf reguläre Pins überführen.

Außenseiter-Tipp

Zum Schluss noch eine Empfehlung, die nicht ganz in diese Liste passt: Der PocketBeagle von BeagleBoard.org ist ein Hybrid aus Microcontroller und Einplatinen-Rechner wie dem Raspberry Pi. Für rund 30 Euro bekommt man einen Sitara-ARM-Prozessor mit 1 GHz, der erfreulicherweise zwei Programmable Realtime Units (PRUs) beinhaltet, die als Microcontroller dienen. Verbaut ist das Ganze auf einer Platine mit GPIO-Pins. Eine spannende Alternative zur gängigen Raspi-Arduino-Kombi.

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