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Arduino NodeMCU Nano MKR ESP Raspberry for beginner
Hardware
06.12.2018

Mikrocontroller für Einsteiger


Immer wieder gibt es neue Versionen von den verschiedensten Mikrocontrollern auf den Markt. Grundsätzlich gibt es Hunderte sogenannte Development-Boards am Markt. Die bekanntesten Boards sind nach wie vor der Raspberry oder das Arduino Board. Eher weniger bekannte Boards sind z.B. der STM32 oder der PSoC von Cypress. In diesem Artikel gehen wir kurz auf die einzelnen bekanntesten Mikrocontroller und Development-Boards ein und erklären speziell für Anfänger, die wichtigsten unterscheide und Anwendungsbeispiele dieser Boards.


Der Arduino Uno

Der Arduino Uno ist gleich bekannt wie der Raspberry. Der Vorteil von diesem Board ist, dass es sehr viele Projekte, Bibliotheken, Shields und eine große Community gibt. Für Anfänger sicher eines der besten Boards, da es auch sehr viele Bücher und eine ausführliche Dokumentation gibt. Neben dem originalen Arduino Uno gibt es auch sehr viele Nachbauten (Clones) die etwas günstiger sind. Es gibt sehr viele Shields (aufsteckbare Erweiterungen) und Verbindungsstecker, was bei vielen Projekten den Vorteil hat, dass man sich einen Lötkolben erspart. Das Arduino Uno Board bietet 14 digitale I/O Pins und 6 analoge Eingänge. Zusätzlich werden auch BUS-Systeme für den Datenaustausch unterstützt. Dank PWM, seriellen Schnittstellen sowie einer 3.3 Volt und einer 5 Volt Stromversorgung können mit diesem Board Tausende Projekte realisiert werden.


Arduino Uno Rev 3 Clone

Arduino Mega, Nano, Due, MKR etc.

Von Arduino gibt es noch viele weitere Boards am Markt. Diese Boards unterscheiden sich hauptsächlich von der Größe, Betriebsspannung, Anzahl der Pins, Speicher und dem Prozessor. So ist beispielsweiße der Arduino Mega etwas größer und bietet gesamt 70 Pins, die verwendet werden können. Die Shields sind auch mit diesem Board kompatibel. Der Arduino Nano hingehen, unterstützt zwar die Shields, jedoch können diese nicht auf das Board aufgesteckt werden, da der Nano viel kleiner ist als der Uno. Mit einer kleinen Modifikation an der Hardware kann der Nano sehr energiesparend gemacht werden und mit einer Batterie über zwei Jahre betrieben werden. Außerdem gibt es noch die Arduino MKR Boards. Diese Boards haben einen schnelleren Prozessor mit 32-Bit und je nach Type zusätzlich noch weitere Hardware integriert. So gibt es MKR Boards mit WLAN, GSM & LTE oder auch mit LoRa. Diese zusätzliche Hardware gibt es bei den anderen Arduino Boards nicht, kann aber jedoch auch mit einem Shield nachgerüstet werden. Andere Boards, wie das Due beispielsweiße arbeitet mit 3.3 Volt.


Raspberry Pi

Der Raspberry hat einen ARM-Prozessor on Board und ist gleich groß wie eine Bankomat Karte. Auch für dieses Board gibt es eigene Shields. Der große Vorteil vom Raspberry gegenüber dem Arduino ist, dass dieser bereits WiFi, Bluetooth und Ethernet integriert hat. Der Raspberry benötigt eine Speicherkarte, auf der sich ein Betriebssystem (meist Linux) befindet. Es gibt hier keinen DIE wie bei Arduino, aber der Raspberry hat dafür einen HDMI Ausgang und kann mit Tastatur, Maus und einem Bildschirm direkt installiert und programmiert werden. Tausende Sensoren und Komponenten sind auch mit dem Raspberry kompatibel. Gegenüber dem Arduino gibt es aber auch Nachteile. Der Raspberry benötigt sehr viel Energie und kann daher mit einer Batterie nicht so lange betrieben werden. Das Betriebssystem befindet sich auf einer Speicherkarte, die bei vielen Schreibzugriffen über die Jahre sehr langsam wird. Derzeit gibt es hier kein Model mit einem Flash Speicher. Der Raspberry eignet sich daher eher nur für sehr große Projekte, Server oder auch Projekte mit einer Kamera oder einem großen Bildschirm. Außerdem unterstützt dieser wie ein Computer sämtliche USB-Geräte, was wiederum mit dem Arduino sehr kompliziert oder unmöglich ist.


Raspberry Pi for beginner

NodeMCU, ESP32, ESP8266

Der NodeMCU oder der ESP32 sind etwas größer als das Arduino Nano Board. Diese Boards haben einen anderen Prozessor und haben W-LAN integriert. Der reine ESP8266 ist sehr klein und wird gerne für Projekte mit W-LAN verwendet. Dieser Controller wird auch gerne in WiFi Steckdosen oder Funkschaltern verwendet. Er ist ebenfalls mit der richtigen Software sehr energiesparend und kann mit einem Sleep-Mode auch längere Zeit mit einer Batterie betrieben werden. Der NodeMCU ist eigentlich nur ein Board mit einem ESP8266. Wie auch beim ESP32 gibt es beim NodeMCU steckbare I/O Pins, die mit dem Modulen und Komponenten vom Arduino kompatibel sind. Alle drei Controller werden gerne für WiFi Wetterstationen oder drahtlosen Steuerungen verwendet. Je nach Type arbeiten diese Controller entweder mit 5 Volt oder mit 3.3 Volt. Der ESP32 ist im Grunde ein neuerer ESP8266, der auch Bluetooth unterstützt.


ESP32 for beginner

Banana Pi, BeagleBone, Intel NUC

Neben dem Raspberry gibt es auch wie beim Arduino sehr viele Produkte, die diesem Computer oder Board sehr ähnlich sind. Die Hauptunterschiede liegen beim Prozessor und den Schnittstellen. Außerdem variiert die Taktfrequenz und die Größe des Arbeitsspeichers. Das Banana Pi Board ist nach dem Raspberry sicher eines der bekanntesten Boards und vom Aufbau her dem Raspberry sehr ähnlich. Das NUC Board von Intel hat hingegen einen x86 basierenden CPU, auf dem jede Software läuft, die auch auf einem IBM Kompatiblen Computer läuft. Das NUC Board hat einen SATA Anschluss, aber keinen Arbeitsspeicher integriert. Das BeagleBone Board ähnelt vom Aufbau her leicht dem Arduino, und ist mit einem entsprechenden Adapter auch mit den Arduino Shields kompatibel. Neben diesen drei Raspberry Alternativen gibt es am Markt noch Hunderte andere Einplatinencomputer, die aber erst für fortgeschrittene Anwender interessant werden.


Cypress Development Board

Das Cypress Board von Cypress Semiconductor ist ein Mikrocontroller, der etwas anderes programmiert wird. Ähnlich wie bei einer SPS gibt es hier einen grafischen Editor, mit dem die einzelnen Funktionen grafisch verbunden werden. Zusätzlich gibt es auch die Möglichkeit, das Programm in der Programmiersprache C zu modifizieren. Das PSoC (Programmable System on Chip) System ist ein Chip, der neben dem Mikrocontroller auch noch eine Peripherie wie Bluetooth, USB oder WiFi haben kann.


Mikrocontroller Speicher RAM Taktfrequenz Spannung I/O Pins Bit Link
Arduino Uno 32 KB 2 KB 16 MHz 5V 14 8 Bit Amazon
Arduino Nano 32 KB 2 KB 16 MHz 5V 22 8 Bit Amazon
Arduino MKR 256 KB 32 KB 48 MHZ 3,3 V 8 32 Bit Amazon
Raspberry Pi 3B+ SD-Card 1024 MB 1400 MHz 5 V 40 64 Bit Amazon
NodeMCU 4 MB 128 KB 80 / 160 MHz 3.3 V 13 32 Bit Amazon
ESP8266 < 16 MB 128 KB 80 / 160 MHz 3.3 V 16 32 Bit Amazon
ESP32 4 MB 512 KB >= 160 MHz 3.3 V 32 32 Bit Amazon
Cypress PSoc 64 KB 8 KB 48 MHz 5V 34 32 Bit Amazon
STM32 max. 1 MB 128 KB max. 120 MHZ 3.3 V 37 32 Bit Amazon
Banana Pi F2 SD-Card 1024 MB 1300 MHz 5 V 40 32 Bit Amazon
BeagleBone 4 GB 512 MB 1000 MHz 5V 32 Bit Amazon

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