Mouser German Blog

Schon seit einiger Zeit ist der Sommer in vollem Gange und das bedeutet für die Kinder nun schon seit einigen Monaten Sonnenschein, Spaß im Freien und keine Hausaufgaben! Aber nur weil die Kinder ein paar Monate nicht mehr (oder nur eingeschränkt) zur Schule gehen mussten, heißt das nicht, dass damit das Lernen aufhört. Ganz im Gegenteil: Das neue Schuljahr steht vor der Tür. Eigentlich könnte dies die sogar die ideale Jahreszeit sein, um die Freizeitaktivitäten draußen mit den MINT-Themen (kurz für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik) und Bausatz- und Heimwerkerprojekten zu verbinden. Das MINT-Lernen in Kombination mit Bausatz-Maker-Projekten ist eine großartige Möglichkeit für praktisches, projektbasiertes Lernen. Dadurch können sich die Kinder kurz vor der Rückkehr in die Schule im Herbst optimal vorbereiten.

In den Artikeln dieser dreiteiligen MINT-Serie stellen wir die verfügbaren Ressourcen und Informationen vor, die Sie durch ein Embedded-Elektronik-Projekt führen und Ihre Kinder zu kleinen „Makern“ werden lassen. Wir befassen uns mit dem Design, dem Aufbau und dem Code für das Projekt und erläutern, inwiefern die Daten aus dem Projekt nützlich sein können, um analytische und kritische Denkfähigkeiten zu entwickeln. In diesem ersten Abschnitt stellen wir Ihnen die Ressourcen vor, die Ihnen für den Einstieg zur Verfügung stehen.

Hardware

Früher sagte man „Hardware ist hart“. In Wirklichkeit war Hardware jedoch noch nie so problemlos zugänglich und veränderbar wie heute, unabhängig von Ihrem technischen Hintergrund. Die meisten großen Hersteller von Mikrocontrollern bieten irgendeine Art von Entwicklungsboard an. Mit diesen Boards können Ingenieure schnell Konzept-Prototypen erstellen und eine Hardwareschnittstelle mit einer bestimmten eingebetteten Plattform testen. In dieser Serie dienen die Entwicklungsboards als Abkürzung. Anstatt sich Gedanken darüber zu machen, wie man ein System von Grund auf neu entwickelt (was zugegebenermaßen Spaß macht und in der Elektronikausbildung mindestens einmal ausprobiert werden sollte), sorgt der Start mit einem Entwicklungsboard dafür, dass wir mehr Zeit für die tatsächlichen wissenschaftlichen Grundlagen und die Entwicklung des Gesamtbildes haben und weniger Zeit mit der Fehlersuche in der Leistungs- oder Zeitgeberschaltung verschwenden.

Die Arduino- Plattform ist vielleicht die beliebteste Mikrocontroller-Plattform für Maker. Es ist (natürlich) nicht die einzige verfügbare Plattform. Wenn Sie oder Ihr Kind bereits etwas Erfahrung mit Arduino-Boards haben, könnte es sich sogar lohnen, die Zeit zu nutzen, um Ihren Horizont zu erweitern und eine andere Plattform auszuprobieren. Schauen Sie sich auf der Mouser Website die Rubrik Open-Source-Hardwarean (Abbildung 1). Dort finden Sie für eine Reihe großartiger Optionen, einschließlich Produktlinien wie STMicroelectronics Nucleo, TI LaunchPadund BeagleBoard.

Abbildung 1: Die Rubrik Open-Source-Hardware von Mouser bietet großartige Hardware für sommer- und ganzjährige Elektronikprojekte. (Quelle: Mouser.com)

Ich empfehle die Verwendung eines Entwicklungsboards, bei dem die General-Purpose Input/Output (GPIO)-Pins mindestens 5V-tolerant sind. Zwar werden 3,3V für Mikrocontroller-Plattformen immer beliebter (inzwischen sind für spezielle Anwendungen, bei denen es auf extreme Energieeffizienz ankommt, sogar noch niedrigere Spannungen erforderlich), aber viele ältere, preiswertere Sensoren und Aktoren, die bei den Makern beliebt sind, arbeiten mit 5V.

Apropos Sensoren: Für das Prototyping ist es sinnvoll, wenn ein gewünschter Sensor als sogenanntes "Breakout-Board" (BOB) angeboten wird. Ebenso wie Entwicklungsboards sofort einsatzbereite Funktionen bieten, können Sie mit einem BOB mehr Zeit für das Tüfteln auf Projektebene aufwenden und verschwenden weniger Zeit für die Fehlersuche, damit der Sensor funktioniert. Sie zahlen zwar etwas mehr Geld, aber Sie sparen letztendlich Zeit. Achten Sie nur darauf, dass die Eingangs-/Ausgangsspannung (E/A) des Mikrocontrollers und die E/A-Spannung der BOB identisch sind; andernfalls benötigen Sie einen Schnittstellenchip, einen so genannten Level-Shifter.

Software

Die Embedded-Plattform, für die Sie sich entscheiden, bestimmt, welche Entwicklungssoftware und welches Betriebssystem Sie verwenden müssen. Glücklicherweise wird Windows von den meisten Plattformen verwendet, und die Chancen stehen gut, dass auf Ihrem Computer entweder Windows 7 oder Windows 10 läuft. Linux und macOS werden zwar häufiger unterstützt als noch vor zehn Jahren, aber Sie sollten sich bewusst sein, dass diese beiden Betriebssysteme nicht alle Entwicklungswerkzeuge für Embedded-Plattformen unterstützen.

Im Folgenden finden Sie zwei hilfreiche Hinweise, die Sie ausprobieren sollten, wenn Sie ein Entwicklungsboard an Ihren Computer anschließen und scheinbar nichts passiert: Erstens benötigen Windows-Computer, insbesondere Windows 8 und frühere Versionen des Betriebssystems, USB-Treiber. In der Dokumentation, die mit Ihrem Board geliefert wird, finden Sie den Link zum Herunterladen der erforderlichen Software. Zweitens können USB-Kabel unterschiedlich sein. Prüfen Sie unbedingt die Mini-USB- und Micro-USB-Anschlüsse. Einige USB-Kabel eignen sich auch nur zum Laden und nicht zur Datenübertragung. Tauschen Sie im Zweifelsfall das Kabel gegen ein anderes aus, um sicherzustellen, dass Sie ein Kabel mit Datenleitungen verwenden.

Notieren Sie Ihre Ideen

Schlagen Sie ein Notizbuch auf oder starten Sie Ihre Lieblings-Notizbuch-App, und beginnen Sie damit, die Idee für Ihr Projekt zu skizzieren und Notizen zu möglichen Teilbereichen und Komponenten zu machen. Ich persönlich lade auch gerne die Datenblätter der Bauteile in meine Notizbuch-App herunter. Ein Nachteil, den man bei der Verwendung von Entwicklungs- und Breakout-Boards beachten sollte, ist nämlich, dass sie manchmal so verdrahtet sind, dass sie mit einer bestimmten Art der Integration nicht kompatibel sind. Ich habe zum Beispiel einmal an einem Projekt gearbeitet, bei dem es um zwei Sensoren ging, die die gleichen GPIO-Pins hatten. Dazu musste ich die Leiterbahn auf einem der BOBs durchtrennen und einen Draht an einem anderen Pin anlöten. Wenn Sie sich vor dem Kauf von Bauteilen die Datenblätter anschauen, können Sie solche Probleme häufig leichter erkennen.

KiCAD und EagleCAD sind wahrscheinlich die beiden beliebtesten Plattformen für die Schaltplanerfassung und das Leiterplattenlayout (PCB). KiCAD ist eine Open-Source-Software, während das von Autodesk entwickelte EagleCAD mit Werkzeugen wie Fusion 360 zusammenarbeitet, mit denen Sie 3D-druckbare Gehäuse und mechanische Komponenten für Ihr Projekt erstellen können. Wir werden dieses Thema in Teil 2 dieser Serie weiter vertiefen.

Ressourcen entdecken

Auf der Mouser-Website verwende ich gerne die Funktion „Gespeicherte Projekte“, um meine Stückliste für den Einkauf zu erstellen. Damit kann ich nicht nur die Verfügbarkeit und die Kosten von Teilen prüfen, sondern auch problemlos einen vorkonfigurierten Einkaufswagen mit Ingenieurskollegen und Makern teilen, die Interesse am Bau eines ähnlichen Projekts haben könnten. Außerdem ist es sehr hilfreich, dass ich Benachrichtigungen erhalte, wenn ein Bauteil das Ende seiner Lebensdauer erreicht (EOL), so dass ich meine Designs auf dem neuesten Stand halten kann. Wenn Sie Ihre Stückliste bereits in einer Tabellenkalkulation gespeichert haben, sollten Sie sich auch das Tool für den Stücklistenimport von Mouser ansehen. Dieses Tool ist ein weiteres nützliches Werkzeug auf der mobilen Website und den iOS/Android-Apps von Mouser. Es eignet sich hervorragend für die Bauteilrecherche von unterwegs oder wenn Sie vor Ort sind und das Datenblatt für ein Bauteil benötigen, bei dem Sie eine Fehlersuche durchführen möchten. Sehen Sie sich die folgenden Ressourcen für zusätzliche Hilfe zu Ihren Bauteilen an:

• Die mobile Website von Mouser
• Die Mouser-iOS-App
• Die Mouser-Android-App
• Der Mouser-PDF-Katalog
• Die Mouser-Office-Add-Ins einschließlich Add-In zur Bauteilsuche

Das Add-In für die Bauteilsuche von Mouser ist in Outlook und Excel bereits installiert, so dass Sie diese Funktion mit einem einzigen Klick und ohne Öffnen eines anderen Programms direkt starten können (Abbildung 2). Außerdem erhalten Sie mit der Add-in-Funktion die neuesten Informationen und können so fundierte Kaufentscheidungen treffen. Jedes Add-In zeigt die Bauteilnummer, den Namen des Herstellers, die Bauteilbeschreibung sowie die neuesten Preise und Verfügbarkeiten auf Mouser.com an.

Abbildung 2: Das Add-In von Mouser für die Teilsuche in Microsoft Office kann mit einem einzigen Klick und ohne Öffnen eines anderen Programms gestartet werden. (Quelle: Mouser.com)

Inspirieren lassen und dranbleiben!

Sie können die Open-Source-Hardware-Website von Mouser oder andere Websites während des gesamten Schuljahres nach Projektideen und Anregungen durchstöbern. Viele dieser Websites bieten Projekte sowie Maker-Communitys, die sich über Neuigkeiten, Testberichte und Hardware-Tutorials austauschen.

Das war der erste Teil unserer dreiteiligen Serie. Schauen Sie sich unbedingt auch Teil 2 und Teil 3 an, in denen wir Schritt für Schritt erklären, wie man am Ende der Sommerferien Spaß und Freizeit mit praktischem Basteln und MINT-Lernen verbinden kann! Haben Sie Anmerkungen oder Fragen? Wenn ja, freuen wir uns über Ihre Rückmeldung weiter unten!