Vollständig ausgestattete Entwicklungskits vereinfachen die STEAM-Ausbildung und das Prototyping für Profis und Maker gleichermaßen

Entwicklungskits für Einplatinencomputer (SBCs) bieten zusätzliche Hardware- und Softwareoptionen, um die Funktionalität für Ausbilder, Maker und professionelle Entwickler zu erhöhen. Sie sind oft projektspezifisch, d. h. die Add-ons dienen der Entwicklung einer bestimmten Anwendung, z. B. Robotik, Hausautomatisierung, Sensorüberwachung usw. Sie erfreuen sich aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit, ihrer Verfügbarkeit und ihrer geringen Kosten immer größerer Beliebtheit.

Mit den Entwicklungskits können die Benutzer mit der Integration von Hardware und Software in bestehende oder neue Projekte beginnen, ohne dass der Erwerb von Nachrüstkits erforderlich ist. Diese Erweiterungen bieten zusätzliche Funktionen und können Mikrocontroller, Sensoren, Relais, Motoren, LEDs, Lautsprecher, Knöpfe/Schalter, Lochrasterplatten und Kabel umfassen. Die Anbieter von Kits stellen diese oft für bestimmte Projekte zusammen, indem sie Zusatzkomponenten wie Servomotoren, Kameras und Navigationselemente für die Robotik oder Temperatur-, Feuchtigkeits- und Niederschlagssensoren für die Fernüberwachung der Umwelt anbieten. Die Hardware-Konfigurationen sind so zahlreich wie die Kits, die jeweils die notwendigen Bauteile enthalten, um Projekte schnell und effizient zu starten.

Diese Kits können auch Software enthalten, die für die Verwendung mit dem Einplatinencomputer und seinem integrierten SoC (System-on-Chip) oder Mikrocontroller entwickelt wurde, was die Programmierung von Designs mit wenig oder gar keiner Programmiererfahrung erleichtert. Die Software kommen oft in Form von integrierten Entwicklungsumgebungen (IDEs), SDKs (Software Development Kits) und Drag&Drop-Programmierschnittstellen (oder visuell basierten Programmierschnittstellen), die es den Benutzern ermöglichen, durch das Ablegen von Aktionen und Funktionen in Form von Blöcken oder Symbolen zu programmieren. Einige Anbieter bieten sogar Lernmaterial in Form von Leitfäden, Videos und Schritt-für-Schritt-Anleitungen an, um die Programmierung weiter zu erleichtern.

Vor diesem Hintergrund wollen wir uns einige populäre Entwicklungskits ansehen, jeweils eines von Arduino, Seeed Studio und Taoglas, um zu sehen, wie sie bei der Ausbildung und der Entwicklung von Anwendungen für das Internet der Dinge (IoT) bzw. drahtlosen Fernerkundungsanwendungen helfen.

Umfassendes STEAM-Ausbildungspaket

Das CTC-101-Programmkit AKX00002 von Arduino wurde für den Unterricht in den Bereichen Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen, Kunst und Mathematik (STEAM) entwickelt und enthält eine Toolbox mit mehr als 25 Projekten und Experimenten sowie Online-Zugang zu Unterrichtsmaterialien (Abbildung 1). Das Kit enthält bis zu 700 Komponenten, darunter sechs Arduino-101-Entwicklungsplatinen, die mit Bluetooth, einer Trägheitsmesseinheit (IMU), 14 digitalen Ein-/Ausgangsstiften und einem USB-Anschluss für die serielle Kommunikation und das Hochladen von Skizzen und vielem mehr ausgestattet sind.

Abbildung 1: Das CTC-101-Programmkit AKX00002 von Arduino wurde für den STEAM-Unterricht entwickelt und enthält genügend Hardware für mehr als 25 Projekte. (Bildquelle: Arduino)

Außerdem enthält es sechs Arduino-Shields. Dabei handelt es sich um Zusatzplatinen mit erweiterter Funktionalität, einschließlich Sensoren, Motoren und anderen Technologien zur Erweiterung von Projekten. Außerdem enthält es mehr als zehn Steckplatinen, elektronische Komponenten (Sensoren, LEDs, Kondensatoren, Dioden, Tasten), Plug&Play-Module, Batterien, Kabel, Webcams, SD-Karten, Lautsprecher und vieles mehr.

Entwickeln mit dem Raspberry Pi und Grove-Modulen

Seeed Studio und Microsoft haben gemeinsam das Microsoft IoT Grove Kit entwickelt, um die schnelle Entwicklung von IoT-Projekten mit dem Raspberry Pi (nicht im Lieferumfang enthalten) und den Grove-Zusatzmodulen von Seeed zu erleichtern. Die Module ähneln den Shield-Boards von Arduino, sind aber aufgrund des neuartigen Plug&Play-Anschlusses besonders einfach mit dem Pi zu verwenden. Das Kit enthält ein GrovePi+-Cape, das vollständig mit den Raspberry-Pi-B/B+/A+/2-Boards kompatibel ist und auf dem das Betriebssystem Windows 10 IoT Core zur einfachen Anwendungsentwicklung läuft. Außerdem verfügt es über ein Fünf-Zoll-Touchscreen-Display, ein Relaismodul, einen Temperatur-/Luftfeuchtigkeitssensor und einen Ultraschall-Entfernungssensor.

Abbildung 2: Das Microsoft IoT Grove Kit wurde für IoT-Projekte mit dem Raspberry Pi (nicht im Lieferumfang enthalten) und Grove-Zusatzmodulen entwickelt und ermöglicht schnelle Vernetzung und Prototyping. (Bildquelle: Seeed Studio)

Die zusätzliche Hardware umfasst eine LED-Leiste, einen Drehwinkelsensor, einen Summer, einen Tonsensor, einen Lichtsensor, eine Taste, eine LCD-RGB-Hintergrundbeleuchtung, ein Micro-USB-Kabel und 10 Grove-Kabel. Microsoft bietet außerdem detaillierte Anleitungen, um sich mit der Grove-Plattform und den Modulfunktionen vertraut zu machen und die Projektentwicklung zu erleichtern.

Drahtlose Sensorik und Cloud-Management

Für IoT-Projekte, die drahtlose Sensorik, Datenerfassung und Cloud-basiertes Management erfordern, ist das EDGE-IoT-Starterkit ELC.10B von Taoglas mit den passenden Funktionen ausgestattet. Das Kit ist ein umfassendes drahtloses Kommunikationspaket mit einer Cloud-basierten Verwaltungsplattform in einem benutzerfreundlichen Paket, das Mobilfunk, Bluetooth, Onboard-Sensoren und zwei Optionen für die Satellitenortung bietet: Multiband-GNSS (Global Navigation Satellite System) und RTK (Real-Time Kinematic). Darüber hinaus ist es mit einem aktiven Mobilfunkplan vorkonfiguriert, der auf den Anforderungen des Benutzers basiert, und ermöglicht so eine einfache Bereitstellung. Der Zugriff erfolgt über eine Cloud-basierte Verwaltungsplattform, so dass die Projekte überall zugänglich sind.

Abbildung 3: Das EDGE-IoT-Starterkit ELC.10B bietet drahtlose Vernetzungsoptionen für IoT-Projekte mit Cloud-basiertem Management. (Bildquelle: Taoglas)

Der ELC-10B wird mit der cloudbasierten Echtzeit-Analyse-Softwareplattform Edge Insights von Taoglas mit Netzwerk-, Sensor-, Sicherheits- und Datenmanagement geliefert.

Das GNSS mit RTK-Fähigkeit sammelt Präzisions-Positionsdaten in wenigen Minuten und verfügt über einen vollständigen IoT-Sicherheits-Stack, Energie- und Gerätemanagement sowie Data as a Service (DaaS). Die Plattform ist mit zahlreichen Sensoren ausgestattet, darunter Temperatur/Luftfeuchtigkeit, Beschleunigungsmesser, Gyroskop, Magnetometer, Licht und Luft. Es bietet außerdem Mobilfunkunterstützung für LTE, 3G, 2G, Cat-M und NB-IoT und kann somit weltweit eingesetzt werden.

Fazit

Dies sind nur einige Beispiele für die derzeit verfügbaren Entwicklungskits, mit denen Ausbilder, Maker und Entwickler Einplatinencomputer schnell erlernen und anwenden können. Es ist wichtig zu wissen, dass die Kits je nach Projekt sehr unterschiedlich sein können. Die Entscheidung, welches am besten geeignet ist, hängt jedoch von den Anforderungen und Funktionen ab, die das Lernen der Studierenden am besten unterstützen und den Bedürfnissen der Designer entsprechen.