Arduino für Einsteiger

Willkommen und herzlichen Glückwunsch, dass Sie den Mut haben, den Einstieg in die Arduino-Programmierung zu wagen!

Arduino Microcontroller sind eine sehr geeignete Möglichkeit, technischen Laien Einblicke in die Welt der Programmierung zu ermöglichen. Dabei zeigt sich ein großes Potenzial, ihr technikbezogenes Selbstbewusstsein, ihre technische Medienkompetenz und damit auch ihr Technikinteresse zu erhöhen.

Im Internet finden sich sehr viele sehr hilfreiche Webseiten, gut beschriebene Experimentsammlungen, Anleitungen, schriftlich und auch per Video-Erklärfilme uvm.
Allerdings denke ich, dass es für wirkliche Einsteiger einfacher ist, den wirklichen Einstieg erläutert zu bekommen, um sich danach selbstbestimmt unter den weiteren Angeboten im Internet die passenden auszusuchen.

Wie steigt man also ein?

Begifflicher Einstieg:
Ein Microcontroller ist das Gehirn in jeder Computertechnologie, ob es nun ein Laptop oder ein digitaler Wecker, oder eine elektronisch gesteuerte Klimaanlage, oder oder oder ist. Dieses Microcontroler Gehirn bekommt Input über Sensoren - z.B. über ein Thermometer, wie warm es ist - verarbeitet diesen Input und prüft, ob es jetzt etwas tun sollte mit seinen Aktuatoren (=Output). Beispiel Klimaanlage: Es hat 30 Grad Celsius im Raum (Input über Sensor). Verarbeitung: Soll ich etwas tun? Wenn es über 24 Grad ist, soll ich die Kühlung starten. 30 Grad sind mehr als 24 Grad, also starte ich jetzt die Kühlung. Output: Der Motor (Aktuator) der Klimaanlage wird gestartet.
Die Verarbeitung muss gesteuert werden und ein Plan dafür muss abgearbeitet werden. Das erfolgt über die Programmierung des Microcontrollers.

Diese Prinzipien können wir mit einem Arduino Microcontroler selbst erfahren, indem wir den Arduino programmieren und Sensoren (Tastsensor, Lichtsensor, Bewegungssensor, etc) und Aktuatoren (LED-Lämpchen, Motor, Lautsprecher, etc.) anschließen.

Dazu benötigen wir eine Grundausstattung:
  • Das Gehirn: den Arduino-Microcontroller, mit USB Kabel zur Verbindung zum Laptop, teilweise auch zur Stromversorgung des Arduino durch den Laptop.
• Einen Aktuator: 1 LED-Lämpchen
  • evt. einen Sensor, z.B. einen Hell-Dunkel-Lichtsensor, aber für das einfache Blink-Experiment kommt man auch ohne Sensor aus.
• Internetfähiger Laptop, um dort die Anleitungen aufzurufen und um damit die Programmierung des Microcontrollers vorzunehmen.
• Auf dem Laptop muss der Arduino erkannt werden können – Arduino-Treiber (OSS) müssen am besten vorab installiert worden sein und der Port zum Anschluss des Arduino über einen USB-Eingang am Laptop muss bestimmt worden sein.
• Auf dem Laptop muss der Arduino programmiert werden: die Arduino Programmierumgebung (OSS) muss runtergeladen und installiert worden sein (am besten vorab).
• evt. später ein Breadboard, um aufwändigere Schaltungen bauen zu können.

Dieses Material können Sie kaufen:
Sie können lose kaufen (z.B. bei www.physicalcomputing.at - die sind auf Lernkontexte mit Microcontrollern spezialisiert) oder als Einsteiger-Kit kaufen, da ist dann alles drin, was man für den Start braucht (empfehlenswert!).

Ja, und dann benötigen Sie Anleitungen, wie Sie den Arduino ans Laufen bringen und wie Sie erste Experimente bauen. Das erste Experiment sollte das Blink-Experiment sein: Ein LED-Lämpchen zum Blinken brinegn und durch leichte Programmiercode-Veränderungen den Rhythmus des Blinkens verändern.

Wie bringt man den Arduino ans Laufen:
Eine exzellente, sehr leicht verständliche Anleitung (aber auf Englisch) gibt es hier:
https://www.sparkfun.com/tutorial/AIK/ARDX-EG-SPAR-WEB.pdf

Bezogen auf den ArduinoLilyPad Microcontroller (eine Unterform des Arduino, der besonders für Smarte Kleidungsprojekte geeignet ist) gibt es eine fantastische bildreiche Basis-Einführung hier:
http://dimeb.informatik.uni-bremen.de/eduwear/wp-content/uploads/2010/11/EduwearKit_manual_nov_2010_de.pdf


Blink-Experiment:
Es gibt dazu eine Vielzahl Anleitungen im Netz. Ein sehr gut erläuterndes und veranschaulichendes Video zum schrittweisen Vorgehen bei diesem Experiment findet sich hier (englisch):
http://www.youtube.com/watch?v=dnPPoetX0uw
Diese Anleitung geht auch Schritt für Schritt den Programiercode durch, den man laden muss. Dabei komt man selbst auf Ideen, an welchen Stellen der Programmiercode auch zu verändern wäre.
Das Experiment ist schriftlich auch hier beschrieben: https://www.sparkfun.com/tutorial/AIK/ARDX-EG-SPAR-WEB.pdf
Eine gute deutsche Beschreibung, die aber etwas komplizierter erscheint, findet sich hier:
http://www.arduino-tutorial.de/2010/06/digital-out/

Wenn Sie sich dann für weitere Experimente interessieren, finden Sie unter den genannten URL-Adressen auch dafür viele Hinweise.
z.B. Kunst mit Arduino, Roboterbauen mit Arduino, Smarte Textilien nähen mit Arduino-LilyPad.
Wer vorhat, mit Stoffen und leitenden Garnen statt mit Bauteilen udn Kabeln zu arbeiten - das empfiehlt sich zum Beispiel für viele technikfernere Zielgruppen - der/die fängt vielleicht gleich it Arduono-Lilypad Microcontrollern an - die Programmierung ist die gleiche, nur die Bauteile sind eben stofflicher und damit modischer.
Die deutschen ExpertInnen dafür sitzen unter Leitung von Prof. Dr. Heidi Schelhowe an der Uni Bremen:
http://dimeb.informatik.uni-bremen.de/techkreativ-new/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=47&Itemid=70&lang=de
Die Arbeitsgrupe hat auch eine sehr kindgerechte Programmierumgebung dazu entwickelt: Amici.

Und die amerikanische Expertinnen haben gerade ein gutes Einsteiger-Anleitungs-Buch dazu herausgebracht:
http://lilypadarduino.org/
http://sewelectric.org/

Ein gutes deutschsprachiges Einsteiger-Buch für die Arbeit und das Spiel mit Arduino ist:
Bartmann, Erik Die elektronische Welt mit Arduino entdecken : behandelt Arduino 1.0 ; mit dem Arduino messen, steuern und spielen ; Elektronik leicht verstehen ; kreativ programmieren lernen. Beijing u.a., O'Reilly Verlag.


Zum Schluss möchte ich Ihnen viel Spaß beim Einstieg in das kreative Spiel mit dem Arduino Microcontroler wünschen!

Und warum das alles nicht nur Technikkompetenz fördert, sondern weitergehende Bildungsprozesse anregen kann, habe ich hier beschrieben:
Zorn, Isabel (2012). Konstruktionstätigkeit mit Digitalen Medien : eine qualitative Studie als Beitrag zur Medienbildung. Boizenburg, Hülsbusch

Ein Workshop-Konzept gibt es hier:
https://titanpad.com/1xoB9nXAXx
und hier:
Zorn, Isabel. 2014. „Kreative Einführung in die Microcontroller-Programmierung: Ein didaktisches Konzept zur Förderung von Technikinteresse bei pädagogischen Fachkräften.“ Computer + Unterricht 24 (93): 54–56.

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