Arduino-Anwendungen
Die Open-Source-basierte Arduino-Plattform bietet eine praktische Grundlage für den Aufbau messtechnischer Experimente. Ihr Einsatz ermöglicht die Erfassung und Verarbeitung physikalischer, chemischer und biologischer Größen mittels entsprechender Sensoren.
Fachspezifische Anwendungsbereiche
- Physik: Erfassung von Bewegungsdaten (Beschleunigung, Geschwindigkeit), Temperaturverläufen, elektrischen Größen (Spannung, Stromstärke) sowie Untersuchung von Schwingungen.
- Chemie: Steuerung und Datenerfassung bei Experimenten zur pH-Wert-Messung, Leitfähigkeitsbestimmung oder Titration.
- Biologie: Langzeit-Monitoring von Umweltparametern wie Luftfeuchtigkeit, Lichtintensität, Temperatur oder CO₂-Konzentration.
Didaktischer Mehrwert
Die Plattform unterstützt einen fächerübergreifenden Ansatz, der Aspekte der Informatik (Programmierung), Technik (Aufbau von Schaltungen und Messapparaturen) und der jeweiligen Naturwissenschaft (Versuchsdurchführung und Datenanalyse) verbindet. Typische Anwendungen reichen von einfachen autonomen Datenerfassungssystemen (Datenlogger) bis hin zu komplexeren, regelungstechnischen Versuchsaufbauten.
Arduino-Boards basieren auf verschiedenen Mikrocontrollern der AVR-Serie von Microchip (vormals Atmel) sowie in einigen Modellen auf ARM-Cortex-M-Prozessoren. Die gängigsten Typen im Bildungskontext sind:
| Spezifikation | ATmega328P (Arduino Uno Rev3) |
ATmega2560 (Arduino Mega 2560) |
ARM Cortex-M0+ (Arduino Zero) |
|---|---|---|---|
| Prozessorarchitektur | AVR 8-bit RISC | AVR 8-bit RISC | ARM Cortex-M0+ 32-bit |
| Taktfrequenz | 16 MHz | 16 MHz | 48 MHz (3x schneller als AVR) |
| Speicher |
32 KB Flash 2 KB SRAM 1 KB EEPROM |
256 KB Flash (8x mehr als Uno) 8 KB SRAM (4x mehr als Uno) 4 KB EEPROM |
256 KB Flash 32 KB SRAM (16x mehr als Uno) Kein EEPROM |
| Digitale I/O-Pins |
14 Pins davon 6 PWM-fähig |
54 Pins davon 15 PWM-fähig (fast 4x mehr als Uno) |
20 Pins davon 14 PWM-fähig |
| Analoge Eingänge |
6 Kanäle 10-Bit ADC (1024 Stufen) |
16 Kanäle 10-Bit ADC (fast 3x mehr als Uno) |
6 Kanäle 12-Bit ADC (4096 Stufen) (4x höhere Auflösung) |
| Analoge Ausgänge | Keine echten DACs PWM-Simulation möglich |
Keine echten DACs PWM-Simulation möglich |
1 echter DAC 10-Bit Auflösung |
| Spannungsversorgung | 5V Betriebsspannung 7-12V empfohlene Eingangsspannung |
5V Betriebsspannung 7-12V empfohlene Eingangsspannung |
3.3V Betriebsspannung 5V tolerante I/O-Pins |
| Kommunikation |
UART (1x) I²C (TWI) SPI |
UART (4x) I²C (TWI) SPI (1x) |
UART (2x) I²C (2x) SPI (1x) USB Native (als Host/Device) |
