Arduino Plug-and-Make Kit

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Seit Juli 2024 wird der Arduino Plug-and-Make Kit von zahlreichen Distributoren angeboten. Er enthält einen Arduino UNO-R4 WiFi, sieben verschiedene Sensoren sowie eine Grundplatte (Base-Board) und Montagematerial. Wie allgemein üblich loben die Anbieter diesen Kit "über den grünen Klee", teilweise mit absurden Versprechungen: "Machen Sie damit Ihre eigene Wettervorhersage".

Es stellt sich nur die Frage:
Für wen genau ist das Plug-and-Make Kit also gedacht?

für Unterricht in Technik/Informatik-Klassen?
für Einzelpersonen, die sich in Mikrocontroller-Programmierung einarbeiten wollen?
für Entwickler in der Industrie, um schnell Prototypen anfertigen zu können?

Bei dem Plug-and-Make Kit werden die Module (von denen bisher leider nur sieben verschiedene verfügbar sind) per 4-poligem Qwiic-Kabel (also I²C-Bus) untereinander verbunden. Qwiic-Stecker können nicht falschherum eingesteckt werden (foolproof).

Die Vorteile:

man hat viel weniger Kabel
die Kabel verlaufen flach auf dem Base-Board und verdecken nicht die Sicht auf die Module – im Gegensatz zu den Dupont-Kabeln, die in hohem Bogen über den Komponenten verlaufen.
die Module werden mit Schrauben fest auf dem Base-Board angebracht, können nicht in der Luft herumhängen und Kurzschlüsse verursachen.
die I²C-Adressen der bereitgestellten sieben Module stehen in keinem Konflikt zueinander. Der primäre I²C-Bus Wire kann weiterhin mit eigenem Adreßraum benutzt werden, natürlich nur mit den konventionellen Dupont-Kabeln.

und gibt es auch Nachteile? Leider ja:

es können nur Module am Bus betrieben werden,
- die einen Qwiic-Stecker besitzen (Adapter für andere Module sind erhältlich siehe Fußnote zu I²C )
- mit 3,3 Volt arbeiten,
- keinen Adresskonflikt mit anderen Modulen verursachen, (bei einigen der Module läßt sich die voreingestellte Adresse verändern)
- deren Library den Betrieb an Wire1 zuläßt (Standard ist Wire an Pins A4 und A5, bei Wire1 liegt SDA auf Pin-23 und SCL auf Pin-24, die jedoch an den Stiftleisten nicht verfügbar sind)
damit Module auf dem Base-Board befestigt werden könen, müssen ihre Befestigungslöcher dem Rastermasß von 16 mm entsprechen
im Kit ist jedes Modul nur 1-fach enthalten, gleichzeitige Messung von mehreren Temperaturen z.B. ist so nicht möglich (Module sind einzeln bisher nicht erhältlich)
per Qwiic können nur I²C-Module betrieben werden. Farb-TFT-Displays mit I²C-Anschluß sind beispielsweise nicht erhältlich

Es besteht die Möglichkeit, eigene Base-Boards anzufertigen. Die hierzu erforderliche Bohrschablone befindet sich im Product Reference Manual SKU: AKX00069 auf Seite 12.

Im Workshop werden mehrere Exemplare des Arduino Plug-and-Make Kits zur Verfügung stehen.
Ein Base Board kann aber auch völlig anders aussehen:

Hier ein R4-WiFi-Clone mit einem BMP390-Drucksensor, der nicht im Plug-and-Make Kit enthalten ist.

Wer eigene Programme hochladen und ausprobieren will, sollte seinen eigenen Laptop mit installierter Arduino-IDE mitbringen.

Da alle enthaltenen Module nur über das I2C-Protokoll angesprochen werden können, gibt es hier noch das

Addendum I2C

Am Rande erwähnt:

Weitgehend unbemerkt von der Arduino-Community ist inzwischen IoT erwachsen geworden. Man muss keinen Compiler, keine Bibliotheken und keine IDE mehr installieren, man geht mit seinen Projekten einfach in die Cloud.

Vorteile:

alles ist immer aktuell, man braucht sich um Updates nicht mehr zu kümmern
man kann an seinen Projekten an jedem Ort der Welt und mit jedem internetfähigen Gerät weiterarbeiten

Nachteil:

von den vier plans ist nur der unterste kostenlos, die anderen liegen zwischen 2 und 20 Euro pro Monat.
bei dem kostenlosen hat man nur 25 Kompilierungen pro Tag frei. Das wäre mir zu wenig

Aber das wäre ein Thema für einen weiteren Workshop ...

Abschließend

kann darüber diskutiert werden, ob es sinnvoll ist, diesen Kit in der Schule einzusetzen, und wenn ja, in welchen Fächern und Schulstufen.

Fußnote zu I²C:

Aus oben gesagtem ist ersichtlich: der Make-and-Plug Kit baut 100%ig auf das I²C-Protokoll auf. Wie man auf Wikipedia nachlesen kann, hat Philipps diesen Standard mit dem Namen Inter-Integrated Circuit bereits 1982 für die Datenübertragung zwischen hochintegrierten elektronischen Schaltkreisen kreiert. Andere Namen dafür sind Two-Wire-Interface (TWI) oder auf deutsch Zweidraht-Schnittstelle.
Bei fast allen Mikrokontrollern kann auf diese Datenverbindung über Wire zugegriffen werden, die beim Standard-Arduino auf den Pins A4 und A5 liegt. Beim Arduino UNO R4 WiFi gibt es eine zweite Datenverbindung über Qwiic (siehe unten), auf die über Wire1 zugegriffen werden kann.
Die beiden Datenleitungen sind: SCL (serial clock) und SDA (serial data). Da außerdem noch zwei Leitungen für die Betriebsspannung (Masse bzw GND und Vcc, also 5 Volt bzw. 3,3 Volt) benötigt werden, sind es insgesamt vier Leitungen. Für die Anordnung dieser vier Drähte (GND, Vcc, SCL, SDA) wurde nie eine feste Reihenfolge definiert, deswegen findet man:

GND, Vcc, SDA, SCL
GND, Vcc, SCL, SDA
GND, SDA, SCL, Vcc
GND, SDA, Vcc, SCL
GND, SCL, SDA, Vcc
GND, SCL, Vcc, SDA
Vcc, GND, SCL, SDA
Vcc, GND, SDA, SCL
Vcc, SDA, SCL, GND
Vcc, SDA, GND, SCL
Vcc, SCL, SDA, GND
Vcc, SCL, GND, SDA

(und dasselbe nochmal, aber gespiegelt, also insgesamt 4! (Fakultät) Möglichkeiten)

Beim ToF-Sensor VL53L0X-V2 ist es die Anordnung 7., die entsprechende Vertauschungen erfordert:

das geht so oder so

Da das manuelle Herstellen der erforderlichen Drahtverbindungen recht fehlerträchtig ist, wurde ein vierpoliger JST-Stecker als Standard deklariert, der auch nur in einer Orientierung eingesteckt werden kann. Dieser wird mit Qwiic bzw. STEMMA QT bezeichnet. Bei der Firma Sparkfun gilt die folgende Festlegung für die Farben der vier Drähte:

GND	schwarz
Vcc	rot
SDA	blau
SCL	gelb

Viele andere Hersteller halten sich jedoch nicht an diese Festlegung der Farben.

Alle sieben im Plug-and-Make Kit enthaltene Module besitzen außer zwei Qwiic-Steckern auch die Möglichkeit, eine vierpolige Buchsenleiste (Anordnung 1 aus obiger Tabelle: GND-Vcc-SDA-SCL) aufzulöten und so zusätzliche Module zu betreiben, die nicht mit Qwiic ausgestattet sind, oder dadurch an Controllern betrieben werden können, die keinen Qwiic-Anschluß haben. Die sollten dann aber auch mit 3,3 Volt auskommen.