Elektronica maken met Arduino en Raspberry Pi

Arduino is een open platform met kleine, goedkope printplaten (microcontrollers) waarmee je zelf elektronische projecten bouwt en programmeert. Je sluit sensoren, ledjes of motoren aan, schrijft een korte programma-code (een sketch) in de Arduino-software, en uploadt die via USB naar het board. Het is een van de makkelijkste manieren om met elektronica en programmeren te beginnen.

In de hobbywereld wordt Arduino gebruikt voor van alles: een lamp die op beweging reageert, een plantensensor, een robotje, een weerstation of de besturing van een eigen 3D-printeronderdeel. In dit artikel lees je wat Arduino precies is, welke boards er zijn, wat je nodig hebt om te beginnen, hoe je een eerste project bouwt en hoe Arduino zich verhoudt tot Raspberry Pi en ESP32. Wil je het hele onderwerp 3D-printen en digitaal maken zien? Begin dan bij de pijler.

Wat is Arduino?

Volgens het artikel over Arduino op Wikipedia is Arduino een Italiaans bedrijf dat open-source microcontrollerboards, kits en bijbehorende software maakt. Het project begon in 2005 aan het Interaction Design Institute Ivrea in Italië, met als doel studenten en hobbyisten een goedkope en eenvoudige manier te geven om interactieve apparaten te bouwen. De hardwareontwerpen vallen onder een Creative Commons-licentie, de software onder GNU-licenties. Iedereen mag boards bouwen, maar de naam Arduino is voorbehouden aan officiële producten.

Een microcontroller is een kleine computer op één chip die een vaste taak uitvoert, zoals het uitlezen van een sensor en het aansturen van een motor. Anders dan een gewone computer draait hij geen volledig besturingssysteem. Hij start op en voert je programma uit. Dat maakt hem geschikt voor projecten die altijd aan staan en één taak doen.

Hoe programmeer je een Arduino?

Programma’s heten sketches en worden geschreven in de Arduino IDE, een programma voor Windows, macOS en Linux. De taal is C of C++, aangevuld met de Arduino-bibliotheken. Elke sketch bevat twee functies: setup(), die één keer start, en loop(), die steeds opnieuw wordt uitgevoerd. Een beginnersvoorbeeld is Blink, dat het ingebouwde ledje laat knipperen. Je verbindt het board met USB, kiest het board en de poort in het programma, drukt op uploaden en het programma staat in het geheugen van het board. Details van menu’s en knoppen kunnen per versie verschillen; de huidige IDE (versie 2) is een andere dan de oudere uitvoering.

Heb je de basis nodig voor het programmeren? Een korte route: leer eerst variabelen, if-opdrachten en loops, en gebruik dan voorbeeldcode uit de IDE. Je hoeft geen ervaring te hebben.

Wat is een sketch?

Een sketch is gewoon een tekstbestand met code, met de extensie .ino. Je kunt er voorbeelden uit de bibliotheek van openen, aanpassen en opnieuw uploaden. Dit uitproberen met kleine wijzigingen is de beste manier om te leren.

Welke Arduino-boards zijn er?

Er bestaan veel boards. Voor beginners zijn er een paar die veel gebruikt worden.

Arduino Uno

De Arduino Uno is de standaard voor beginners. Volgens de documentatie van Arduino draait de Uno Rev3 op een ATmega328P, heeft hij 14 digitale in- en uitgangen (waarvan 6 PWM-uitgangen) en 6 analoge ingangen, een klok van 16 MHz, en een USB-aansluiting plus een stroomaansluiting. De microcontroller is verwisselbaar omdat hij niet vastgesoldeerd is. Op de Uno kun je shields plaatsen: uitbreidingsborden voor bijvoorbeeld motoren, schermen of netwerken. Meer lees je in ons artikel over de Arduino Uno.

Arduino Nano

De Nano heeft dezelfde basis in een veel kleiner formaat en past rechtstreeks op een breadboard. Hij is handig voor projecten die compact moeten zijn. Zie Arduino Nano.

Grotere en kleinere varianten

Er zijn modellen met meer pinnen en geheugen, zoals de Mega, en kleine modellen zoals de Micro en Mini. Als je meer pinnen of geheugen nodig hebt, kun je later overstappen. Voor een eerste project volstaat de Uno of de Nano.

Klonen en compatibele boards

Omdat het ontwerp open is, bestaan er veel compatibele boards van andere fabrikanten. Ze kunnen goedkoper zijn, maar kwaliteit en usb-chip verschillen, waardoor je soms een extra stuurprogramma nodig hebt. Voor beginners die weinig gedoe willen, is een officieel board of een bekend merk verstandig.

Wat heb je nodig om te beginnen?

Je hebt niet veel nodig. Een starterkit bevat vaak alles.

• Een Arduino-board (Uno of Nano) en een USB-kabel.
• Een breadboard. Een plaatje met gaatjes waarop je onderdelen zonder solderen aansluit. Zie ons artikel over het breadboard.
• Jumperdraden om onderdelen te verbinden.
• Ledjes en weerstanden. Een led heeft altijd een weerstand nodig.
• Een of twee sensoren, zoals een temperatuursensor, lichtsensor of afstandssensor.
• Een knop of schakelaar, een buzzer en eventueel een klein servomotortje.
• Een computer met de Arduino IDE.

Wil je een kit kiezen? Kijk of er een duidelijk handboek of online cursus bij zit, of de onderdelen netjes zijn gesorteerd en of de kit een board bevat dat je later ook kunt gebruiken. Vergelijk onafhankelijk en wees alert op kits met veel onderdelen die je nooit gebruikt. Bij een goede kit zijn de eerste projecten stap voor stap beschreven. Meer lees je in onze pagina’s over de Arduino starter kit en Arduino-projecten.

Je eerste project: een ledje laten knipperen

Dit is het “hallo wereld” van elektronica en bijna elke beginner begint hier.

1. Installeer de Arduino IDE op je computer en sluit het board aan met USB.
2. Kies je board en poort in het menu. De namen verschillen per versie.
3. Open het voorbeeld Blink uit de lijst met voorbeelden.
4. Upload. Het ingebouwde ledje op het board gaat knipperen.
5. Pas de tijd aan. Verander de wachttijd in de code, upload opnieuw en kijk wat er gebeurt.
6. Bouw een eigen led. Plaats een led met een weerstand op een breadboard en verbind hem met een pin van het board. Pas de code aan zodat die pin het ledje bedient.

Daarna kun je een knop toevoegen, een sensor uitlezen of een buzzer aansturen. Elk project voegt één nieuw onderdeel toe.

Wat je erna kunt maken

Een aantal ideeën voor beginners, in volgorde van moeilijkheid:

• Een temperatuurmeter die de waarde op een klein scherm toont.
• Een nachtlampje dat aangaat als het donker wordt (lichtsensor).
• Een afstandsmeter voor een parkeerhulp (ultrasone sensor).
• Een plantenmonitor die laat zien of de aarde droog is.
• Een eenvoudige robot met servomotoren.
• Besturing voor je 3D-printer of lasergraveur: een ledring, een kastventilator of een veiligheidsschakelaar. Lees over de combinatie in onze gids over de 3D-printer en de lasergraveur.

Volgens Wikipedia worden Arduino-boards gebruikt voor onder andere eenvoudige robots, thermostaten, bewegingsdetectoren en dataloggers.

Sensoren en actuatoren: invoer en uitvoer

Elk Arduino-project bestaat uit invoer en uitvoer. Sensoren zijn de invoer: ze meten temperatuur, licht, afstand, beweging of vochtigheid en geven een signaal. Actuatoren zijn de uitvoer: ledjes, buzzers, motoren, servo’s en schermen. De Arduino leest de invoer, beslist met je code wat er moet gebeuren en stuurt de uitvoer aan. De Uno heeft digitale pinnen die aan of uit zijn en analoge ingangen die een waarde meten, en zes van de digitale pinnen kunnen een pulsbreedtesignaal (PWM) geven om bijvoorbeeld een led te dimmen. Bij elke sensor hoort een kort voorbeeld, meestal in de documentatie van de fabrikant. Begin met de voorbeelden en pas ze aan.

Een beetje theorie: spanning, stroom en weerstand

Je hoeft geen elektrotechnicus te zijn, maar drie begrippen helpen. Spanning (volt) is de druk die stroom doorstuurt, stroom (ampère) is de hoeveelheid lading die loopt en weerstand (ohm) beperkt de stroom. Ze hangen samen in de wet van Ohm: spanning is stroom maal weerstand. Dat verklaart waarom een led een voorschakelweerstand nodig heeft: zonder weerstand loopt te veel stroom en brandt het ledje door. In de handleiding van je kit staat welke weerstandwaarde bij welke led hoort; als richtwaarde wordt voor gewone ledjes vaak een weerstand van enkele honderden ohm gebruikt. Volg de gegevens van je onderdeel, want ze verschillen per type.

Veelvoorkomende beginnersproblemen

• Upload lukt niet. Controleer de usb-kabel (sommige kabels laden alleen), het gekozen board en de gekozen poort. Een board van een kloonfabrikant heeft soms een extra stuurprogramma nodig.
• Het ledje brandt niet. Controleer de polariteit van de led en of de weerstand goed zit. Op een breadboard zijn de rijen verbonden, dus één gaatje ernaast kan al verkeerd zijn.
• Sensorwaarden zijn onbetrouwbaar. Controleer de aansluiting op de juiste pinnen en of de sensor bedoeld is voor de spanning van je board.
• De code werkt niet. Lees de foutmelding onderin de IDE. Een ontbrekende puntkomma of een verkeerde naam is vaak de oorzaak.
• Het board wordt warm. Haal direct de stroom eraf en controleer de bedrading op kortsluiting.

Door telkens één onderdeel tegelijk toe te voegen, vind je fouten veel sneller.

Arduino en 3D-printen of lasergraveren

Arduino past goed bij de rest van deze hobby. Je kunt een behuizing voor je project ontwerpen en printen, zoals beschreven in ons artikel over een 3D-printer ontwerpen. Veel 3D-printers en lasersnijders gebruiken zelf microcontrollers. Daardoor leer je met Arduino indirect hoe je machine werkt, en kun je eigen aanpassingen bouwen, zoals een kastverlichting, een temperatuurmeter of een rooksensor voor veiligheid.

Arduino, Raspberry Pi en ESP32: wat is het verschil?

Beginners stellen vaak de vraag welke ze moeten kiezen. De eerlijke samenvatting: ze zijn verschillend en vullen elkaar aan.

• Arduino is een microcontroller. Je programma start direct op en doet één taak. Het is eenvoudig, stabiel en goed voor sensoren en motoren.
• Raspberry Pi is volgens Wikipedia een serie kleine computers (single-board computers) die meestal een volledig Linux-besturingssysteem draaien. Er is een 40-pins aansluiting voor elektronica, maar het is in de basis een computer. Het is geschikt voor projecten die een scherm, netwerk of zwaardere software nodig hebben, zoals een mediaspeler, een server of beeldherkenning. De Pico-serie is een uitzondering: dat zijn microcontrollerboards. Lees meer op Raspberry Pi en bij de Raspberry Pi-projecten.
• ESP32 is een microcontroller met ingebouwde wifi en bluetooth, handig voor draadloze projecten. Het werkt ook met de Arduino IDE. Zie ESP32.

Een vuistregel: wil je sensoren en motoren aansturen, kies Arduino. Wil je een kleine computer met scherm en internet, kies Raspberry Pi. Wil je draadloze sensoren, kies ESP32. Veel makers gebruiken ze samen.

Solderen en veiligheid

Voor de eerste projecten hoef je niet te solderen: een breadboard en jumperdraden volstaan. Zodra je een project wilt bewaren in een kastje of een permanent circuit bouwt, ga je solderen. Volgens het artikel over solderen op Wikipedia verbind je met een soldeerbout onderdelen aan een printplaat met een toevoegmetaal en flux. Verwarm de onderdelen, niet de soldeer, om een goede verbinding te krijgen. Een goede soldeerverbinding is glad en glanzend. De bron beveelt een afzuiging aan die buiten ventileert of de lucht filtert, omdat flux ook zonder lood schadelijke dampen kan afgeven. Meer lees je op onze pagina over solderen. Let op: “solderen” gaat hier over elektronica, niet over loodgieterswerk.

Andere veiligheidspunten:

• Gebruik alleen laagspanning. Een Arduino werkt via USB en kleine voedingen. Sluit hem nooit aan op netspanning (230 volt) en bouw geen projecten die het lichtnet schakelen zonder gedegen kennis of begeleiding.
• Controleer de polariteit voor je stroom aansluit. Een verkeerd aangesloten onderdeel kan warm worden of kapotgaan.
• Gebruik altijd een weerstand bij een led. Zonder weerstand gaat het ledje of de pin stuk.
• Hitte. Een soldeerbout is heet. Leg hem in een houder en laat hem afkoelen.
• Batterijen. Wees voorzichtig met oplaadbare accu’s. Volg de instructies van de fabrikant.

Dit zijn algemene voorzorgen en geen elektrisch advies voor installaties. Voor alles dat met het lichtnet te maken heeft, vraag je een vakman.

Leren en verder groeien

De beste manier om Arduino te leren is veel kleine projecten maken. Gebruik de voorbeelden in de IDE, volg een cursus of boek, en zoek op internet naar oplossingen voor een probleem. Veel vragen zijn al gesteld. Deel ook je eigen projecten; dat geeft energie en feedback. Als je meer wilt, kun je bibliotheken gebruiken voor schermen, motoren en netwerken, en overstappen op een ESP32 voor draadloze projecten.

Leren met een logboek

Houd een schriftje of bestand bij met schema’s, code en aantekeningen per project. Maak foto’s van je breadboard voor je iets afbreekt. Zo kun je een werkend project later herbouwen en leer je van wat eerder misging. Bewaar je sketches met duidelijke namen en een korte uitleg bovenaan in de code.

Waar vind je hulp?

Bij elk probleem helpt het om je vraag precies te stellen: welk board, welke sensor, welke code en welke foutmelding. De documentatie van Arduino bevat uitleg over boards en voorbeelden. Daarnaast zijn er forums en videocursussen. Plaats een foto van je breadboard en de code als je hulp vraagt; zo kunnen anderen sneller zien waar het misgaat.

Veelgestelde vragen over Arduino

Verder lezen