Um den Seiteninhalt perfekt an Sie anzupassen, bitten wir Sie anzugeben, ob Sie unsere Website privat oder geschäftlich besuchen.
Sie können Ihre Angabe jederzeit mithilfe des (Mehrwertsteuer-)Switches neben dem Conrad-Logo ändern.
Geschäftskunde
Privatkunde

  

Wissenswertes zu Arduino Shields und Pi HATs

Grundlegendes zu Single Board Computern und Mikrocontroller Boards

Mikrocontroller Boards und Single Board Computer bieten Hobbyentwicklern und -bastlern die Möglichkeit, eigene Elektronikprojekte zu verwirklichen. Ein Single Board Computer (zu Deutsch: Einplatinencomputer) ist ein selbständiger Computer, der bereits mit allen wesentlichen Komponenten bestückt ist, die für seinen Betrieb erforderlich sind. Dabei handelt es sich um Bauteile wie Prozessoren, Taktgeneratoren und Festspeicher (ROM) sowie Schnittstellen, beispielsweise für W-LAN oder das Ethernet. Alle Komponenten sind, wie der Begriff single board schon andeutet, auf einer einzigen Leiterplatte beziehungsweise Platine zusammengefasst.

Ein Beispiel für einen bekannten Einplatinencomputer ist der Raspberry Pi, ein Ein-Chip-System mit ARM-Mikroprozessor. Er wurde ursprünglich für Hobby- und Bildungszwecke konzipiert, kommt aber auch in der Industrie zum Einsatz, beispielsweise im Bereich der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik und Prozessautomatisierung.

Mikrocontroller Boards sind weniger komplex aufgebaut als Einplatinencomputer und sehr einfach und benutzerfreundlich konstruiert. Das Herzstück dieser Leiterplatten bildet ein Mikrocontroller. Dabei handelt es sich um einen Halbleiterchip, in dem sich elektronische Komponenten wie ein Prozessor, ein Speicher, Timer-Bausteine oder Digital-Analog-Wandler verbergen. Jeder Mikrocontroller ist mit sogenannten I/O-Pins (input/output-pins) ausgestattet. Das sind Kontakte, mit denen digitale Signale empfangen oder gesendet werden können.

Einplatinen Computer Raspberry Pi® 2 mit GPI0-Port und USB-Anschlüssen

Arduino Board ist ein vollständiges Mikrocontroller Board mit 22 I/O

Ob sie als Input- oder Output-Kontakte fungieren, ist frei bestimmbar. Aus diesem Grund wird die Menge der Kontakte zusammenfassend auch als „Allzweckeingabe/-ausgabe“ bezeichnet (englisch: general purpose input/output [kurz: GPIO]). Als Input konfigurierte Pins sind in der Lage, Signale zu empfangen, wenn sie beispielsweise mit einem Sensor verbunden sind. Ein Pin, der als Output konfiguriert ist, ermöglicht es unter anderem, LEDs, Lautsprecher, Motoren, Sensoren oder Displays zu steuern. Die elektronischen Komponenten werden an den entsprechenden Ein- und Ausgängen angeschlossen und können vom Mikrocontroller ausgelesen, gesteuert und miteinander kombiniert werden.

Ein sehr bekanntes Mikrocontroller Board ist der Arduino. Er ist in verschiedenen Modellvarianten erhältlich, die sich in ihrer Ausstattung voneinander unterscheiden. So gibt es beispielsweise den Arduino Uno, den Arduino Nano und den Arduino Mega. Der Arduino Uno eignet sich aufgrund seiner geringen Anzahl an Schnittstellen sehr gut für kleine Projekte und ist eine gute Wahl für Einsteiger. Eine erweiterte Version stellt der Arduino Nano dar, der dank seines besonders kleinen Formats für Miniaturprojekte prädestiniert ist. Der Arduino Mega zeichnet sich durch eine große Anzahl an I/O-Pins aus und eignet sich daher für komplexere Projekte.

Was sind Arduino Shields und Pi HATs?

Arduino Shields und Pi HATS stellen die einfachste Möglichkeit dar, den Funktionsumfang gängiger Mikrocontroller Boards beziehungsweise Single Board Computer zu erweitern. Mit ihrer Hilfe kann zusätzliche Peripherie installiert werden, ohne dass gelötet, geschraubt oder verdrahtet werden muss. Die Einbindung von Steckbrücken und Steckplatinen ist nicht notwendig. Es handelt sich also um platzsparende Lösungen, die wenig Aufwand erfordern.

Arduino Shields sind Erweiterungsplatinen, die auf ein Arduino Board gesteckt werden. Sie haben den gleichen Zweck wie Erweiterungskarten bei PCs und steuern zusätzliche Funktionalität bei, indem sie die Kapazitäten des Arduinos erhöhen. Sie sind so konstruiert, dass sie der Form und Pinbelegung der Hauptplatine exakt entsprechen. Aus diesem Grund lassen sie sich mühelos anbringen. Pi HATs sind demgegenüber für den Raspberry Pi konzipiert. Die Abkürzung HAT steht für hardware attached on top, was den Zweck der Platinen bereits zusammenfasst. Pi HATs werden ebenfalls einfach aufgesteckt. Je nach Ausführung eignen sie sich für die Verwirklichung verschiedener Projekte.

Ein großer Vorteil von Arduino Shields und Pi HATs besteht darin, dass sie untereinander kombinierbar sind. So ist es möglich, mehrere Shields beziehungsweise HATs an einem Gerät zu verwenden. Die Erweiterungsplatinen greifen mit Pins auf der Unterseite auch nicht benötigte Buchsen ab und brücken diese wiederum auf die Oberseite der Platine. Dadurch können mehrere Shields oder HATs übereinandergestapelt werden. Der Fachbegriff hierfür lautet Stacking. Wichtig zu beachten ist, dass es zu keiner Doppelbelegung der einzelnen Pins kommt. Einige Boards besitzen deswegen DIP-Schalter oder Jumper, um die Belegung der abgefragten Pins zu ändern.

Welche Arten von Arduino Shields und Pi HATs gibt es?

Shields und HATs sind in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich und jeweils für spezifische Zwecke konzipiert. Am weitesten verbreitet sind Platinen zur Datenübertragung (Ethernet, WLAN, Bluetooth und so weiter). Das liegt darin begründet, dass viele Arduino Boards beispielsweise von Hause aus nicht netzwerkfähig sind. Ethernet Shields sind eine Option, dennoch eine Netzwerkverbindung herzustellen. Der Arduino wird in das lokale Netzwerk eingehängt und schließlich mit dem Internet verbunden. WiFi und Bluetooth Shields sind ebenfalls erhältlich und können dazu dienen, smarte Geräte miteinander zu koppeln. Auch die Einbindung eines Arduinos in das Mobilfunknetz ist möglich, etwa mithilfe eines GPRS Shields.

Zur Ansteuerung von Motoren (z.B. über Relais) werden Shields und HATs ebenfalls verwendet. Mithilfe des Arduino Motor Shields beispielsweise können Motoren und Servos am Arduino Board angeschlossen, betrieben und gelenkt werden. Darüber hinaus gibt es Relay Shields, die einen Anschluss von Komponenten mit hoher Betriebsspannung erlauben, die der Arduino standardmäßig 

Arduino Shield für eine drahtgebundene Ethernet-Verbindung zum Netzwerk

Erweiterungsplatine HAT mit unterschiedlichen Sensoren und LED-Matrix

Prototyping ist mit Shields und HATs ebenfalls möglich, um auf schnellem Wege einfache Schaltungen auszuprobieren oder neue Ideen zu realisieren. Beispiele für Prototyping-Platinen sind das Arduino Proto Shield und der Raspberry Pi Prototyping HAT. Mit letzterem lassen sich Aufbauten auf dem Breadboard(Steckplatine für Versuchsschaltungen und Experimente) auf die Leiterplatte übertragen.

Daneben können Shields dazu dienen, sich Daten auf einem Display anzeigen zu lassen oder den Arduino via Touchscreen zu steuern. Das LCD Shield und das TFT Touch Shield sind hierfür zwei gute Beispiele. Der Raspberry Pi Game Hat ermöglicht es, die Hauptplatine in eine Spielekonsole zu verwandeln. Er verfügt über ein Display, kann Ton wiedergeben und ist mit einer Anzeige zum Akkuladestatus ausgestattet.

Sogar komplette Wetterstationen lassen sich mithilfe von Shields und HATs aufbauen. Der Raspberry Pi Sense HAT beispielsweise ist unter anderem mit Sensoren für Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Luftdruck bestückt. Das Modul wird mit etwas Abstand zur Raspberry-Platine installiert und ist in Kombination mit der dazugehörigen Software in der Lage, Klimadaten zu erfassen und aufzuzeichnen. Neben einem Mini-Joystick zur Befehlseingabe verfügt das Modul über einen Magnetfeldsensor und eine Beschleunigungserkennung, so dass es auch für die Identifizierung von Magnetfeldern und die Messung von Beschleunigungswerten zum Einsatz kommen kann.

Unser Praxistipp: Arduino Shields und Pi HATS fürs Smart Home nutzen

Arduino und Raspberry Pi bieten zahlreiche Möglichkeiten, das eigene Zuhause „smarter“ zu gestalten – insbesondere durch die Einbindung von Shields und HATs. So gibt es beispielsweise aufsteckbare Platinen, die als Audioplayer fungieren und es ermöglichen, Musik aus der Cloud oder einem lokalen Netzwerk abzuspielen. Es gibt Shields, die mit Sensoren zur Raucherkennung ausgestattet sind und es dementsprechend ermöglichen, einen Arduino in einen Rauchmelder zu verwandeln. Der Raspberry Pi Automation HAT eignet sich sogar für die Steuerung elektrischer Geräte mit niedriger Betriebsspannung.

FAQ - häufig gestellte Fragen zu Arduino Shields und Pi HATs

Gibt es eine Möglichkeit, mit dem Raspberry Pi auf Arduino Shields zuzugreifen?

Arduino Shields sind zwar explizit für den Arduino konzipiert, können mithilfe spezieller Plattformen aber auch mit dem Raspberry Pi betrieben werden. Das Embedded-Pi-Board beispielsweise ermöglicht es, den Raspberry Pi und Arduino-Shields sowohl gemeinsam als auch unabhängig voneinander zu nutzen. Daneben sind Adapterboards und weitere Brückenverbindungen auf dem Markt erhältlich.

Ich möchte zwei Shields übereinander stapeln, die die gleichen Pins nutzen. Gibt es hierfür eine Lösung?

Eine Lösung könnte das sogenannte Go-Between Shield sein. Es wird zwischen die beiden in Konflikt stehenden Shields montiert und schirmt die oberen und unteren Pins voneinander ab, so dass sie neu zugewiesen werden können. Die Signale des oberen Moduls werden also umgeleitet und der Konflikt dadurch aufgehoben.

Wir verwenden Cookies und ähnliche Technologien, um Ihren Online-Einkauf so angenehm wie möglich zu gestalten, zu Analysezwecken und um die Ihnen angezeigte Werbung zu personalisieren.
In unserer Datenschutzerklärung erfahren Sie, welche Cookies wir verwenden und wie Sie Ihre Präferenzen einstellen können.