Internet of Things (IoT)

Das Internet der Dinge verbindet alltägliche Gegenstände mit dem Internet, um Daten auszutauschen und intelligente Funktionalitäten zu ermöglichen.

Sensoren & Aktoren

Sensoren erfassen physikalische oder chemische Eigenschaften und wandeln diese in elektrische Signale um — es gibt analoge und digitale Sensoren.

Aktoren sind Bauteile, die physikalische Bewegungen oder Aktionen als Reaktion auf Steuerungssignale ausführen (z. B. LED, Motor, Lautsprecher).

Digitale & analoge Signale

Digitale Signale kennen nur zwei Zustände: Ein (1) oder Aus (0). Analoge Signale variieren kontinuierlich zwischen einem Minimum und einem Maximum.

Quelle: elektronik-kompendium.de

Arduino Uno R4

• Analoge & digitale Pins
• VCC & GND
• USB-C-Anschluss für Datenübertragung und Strom
• I²C-Bus für Kommunikation über SDA und SCL

→ Detailliertes Pinout-Diagramm

LLM als Lernhilfe

Ein Large Language Model kann beim Arduino-Programmieren durch Codebeispiele, Fehlerbehebung und Erklärungen von Konzepten unterstützen. Nutzen Sie es gezielt — verstehen Sie den generierten Code, bevor Sie ihn hochladen.

Download der Arduino IDE

Die Arduino IDE ist eine Open-Source-Entwicklungsumgebung zum Schreiben und Hochladen von Code auf Arduino-Boards. Wichtig: Bei der Installation alle mitangebotenen Treiber installieren.

Quelle: docs.arduino.cc

Wichtige Bereiche der IDE

• Verify / Upload: Code auf Fehler prüfen und auf das Board hochladen
• Select Board & Port: Board-Typ und USB-Anschluss wählen
• Serial Monitor: Datenaustausch zwischen Arduino und Computer in Echtzeit
• Serial Plotter: Grafische Darstellung von Sensorwerten
• Board Manager: Board-Treiber installieren und verwalten
• Library Manager: Zusätzliche Bibliotheken suchen und installieren

Jedes Arduino-Programm (Sketch) besteht aus zwei Pflichtfunktionen:

Grundstruktur

// Variablen und Bibliotheken — werden einmalig definiert
int ledPin = 13;  // Variable für digitalen Pin 13

void setup() {
  // Einmalige Initialisierung beim Start
  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // Pin als Ausgang definieren
  Serial.begin(9600);       // Seriellen Monitor starten
}

void loop() {
  // Hauptprogramm — läuft in Endlosschleife
  digitalWrite(ledPin, HIGH);  // LED einschalten
  delay(1000);                 // 1 Sekunde warten
  digitalWrite(ledPin, LOW);   // LED ausschalten
  delay(1000);                 // 1 Sekunde warten
}

Kommentare

// Einzeiliger Kommentar

/* Mehrzeiliger
   Kommentar */

Variablen

Häufig verwendete Datentypen:

• int — ganze Zahlen (z. B. Pin-Nummern, Sensorwerte)
• long — große ganze Zahlen (z. B. für Zeitwerte in Mikrosekunden)
• float — Dezimalzahlen (z. B. berechnete Messwerte)
• bool — Wahrheitswerte (true / false)

Benötigte Bauteile

Anzahl	Bauteil	Hinweis
1×	Arduino UNO R4	Polung beachten: Langes Bein = Anode (+), kurzes Bein = Kathode (−)
1×	Steckbrett
—	Steckkabel (männlich/männlich)
2×	LEDs
2×	Widerstände 220 Ω

Vorwiderstand: LEDs werden mit 2–3 V betrieben, der Arduino liefert 5 V. Ohne Vorwiderstand kann die LED zerstört werden. In diesem Aufbau: 220 Ω.

Schaltplan

Quelle: funduino.de

Sketch

int ledPin1 = 5;  // Variable für Pin 5
int ledPin2 = 7;  // Variable für Pin 7

void setup() {
  pinMode(ledPin1, OUTPUT);  // Pin 5 als Ausgang
  pinMode(ledPin2, OUTPUT);  // Pin 7 als Ausgang
}

void loop() {
  digitalWrite(ledPin1, HIGH);  // LED 1 an
  delay(1000);
  digitalWrite(ledPin1, LOW);   // LED 1 aus
  digitalWrite(ledPin2, HIGH);  // LED 2 an
  delay(1000);
  digitalWrite(ledPin2, LOW);   // LED 2 aus
  // → springt zurück an den Anfang von loop()
}

Erweiterte Aufgaben

1. Beide LEDs sollen schneller blinken (250 ms).
2. Eine dritte LED einbauen und alle drei der Reihe nach blinken lassen.
3. Eine LED soll dauerhaft leuchten, die anderen beiden abwechselnd blinken.

Benötigte Bauteile

Schaltplan

Quelle: funduino.de

Sketch

Hier wird kein fertiger Sketch vorgegeben. Nutzen Sie Ihr LLM, um den Code zu generieren — erklären Sie der KI die Aufgabe und diskutieren Sie die Lösung.

IF-Abfrage & Tasterabfrage

Die IF-Abfrage trifft Entscheidungen basierend auf einer Bedingung. Im folgenden Grundmuster wird ein digitaler Eingang abgefragt:

int tasterPin = 6;
int ledPin    = 7;

void setup() {
  pinMode(ledPin,    OUTPUT);
  pinMode(tasterPin, INPUT);
}

void loop() {
  int status = digitalRead(tasterPin);  // Eingang lesen

  if (status == HIGH) {       // Taster gedrückt?
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    delay(5000);              // 5 Sekunden warten
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
}

Erweiterte Aufgaben

1. LED soll beim Drücken ausgehen, sonst an sein (Schlüsselwort: else).
2. Den Tasterstatus im Seriellen Monitor anzeigen.

Benötigte Bauteile

Schaltplan

Auch den Schaltplan lassen Sie sich von Ihrem LLM erstellen und erklären.

Kalibrierung des Schwellenwerts

Der analoge Eingang liefert Werte von 0 bis 1023. Der Schwellenwert (ab dem die LED reagieren soll) hängt von der Umgebungshelligkeit ab. Öffnen Sie den Serial Monitor und beobachten Sie die Werte — bedecken Sie den LDR mit dem Finger und leuchten Sie mit der Taschenlampe darauf, um die Spannbreite zu erkunden.

int ldrPin  = A0;  // analoger Eingang
int ledPin  = 12;
int schwelle = 400;  // anpassen je nach Umgebungslicht

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int sensorWert = analogRead(ldrPin);
  Serial.print("LDR-Wert: ");
  Serial.println(sensorWert);

  if (sensorWert < schwelle) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);  // dunkel → LED an
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);   // hell → LED aus
  }
}

Benötigte Bauteile

Funktionsprinzip

Quelle: microsonic.de

Schaltplan & Sketch

Schaltplan und Sketch werden nicht vorgegeben — nutzen Sie Ihr LLM. Der Sensor hat vier Pins: VCC, GND, TRIG (Senden) und ECHO (Empfangen).

Anzeige im Serial Monitor

Quelle: funduino.de

Erweiterte Aufgaben

1. Bauen Sie einen Rückfahrwarner: eine LED blinkt schneller, je geringer die Entfernung ist.
2. Verwenden Sie die NewPing-Bibliothek (Library Manager → suchen → installieren → #include <NewPing.h> einbinden).

Benötigte Bauteile

Funktionsweise

Der MIX8410 ist ein elektrochemischer Sensor. Sauerstoff löst eine chemische Reaktion aus, die einen elektrischen Strom erzeugt — proportional zur O₂-Konzentration. Dieses analoge Signal wird von einem Arduino-Eingang (A0–A5) gelesen.

Pinbelegung

• VCC → 5 V des Arduino
• GND → GND des Arduino
• AOUT → analoger Pin (z. B. A0)

Sketch und Schaltplan mit dem LLM erarbeiten. Die Umrechnungsformel für den Sauerstoffprozentsatz aus dem Rohwert ist: oxygenPct = (sensorValue / 1024.0) * 21.0

Hinweise

• Der Sensor benötigt einige Minuten zum Aufwärmen, um stabile Werte zu liefern.
• Für präzise Messungen ist eine Kalibrierung unter bekannten Bedingungen notwendig.

Benötigte Bauteile

Funktionsweise

Der SCD41 nutzt NDIR-Technologie (Non-Dispersive Infrared) zur CO₂-Messung und integrierte Sensoren für Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Die Kommunikation erfolgt über I²C.

Pinbelegung (I²C)

• VCC → 3,3 V des Arduino
• GND → GND
• SDA → A4 (SDA)
• SCL → A5 (SCL)

Sketch mit Ihrem LLM erstellen. Bibliothek: SensirionI2CScd4x (Library Manager). Einbinden mit #include <SensirionI2CScd4x.h> und #include <Wire.h>.

Internet of Things (IoT)

The Internet of Things connects everyday objects to the internet to exchange data and enable intelligent functionality.

Sensors & Actuators

Sensors capture physical or chemical properties and convert them into electrical signals — they can be analog or digital.

Actuators perform physical actions in response to control signals (e.g. LED, motor, speaker).

Digital & Analog Signals

Digital signals have only two states: on (1) or off (0). Analog signals vary continuously between a minimum and maximum.

Source: elektronik-kompendium.de

Arduino Uno R4

• Analog & digital pins
• VCC & GND
• USB-C connector for data transfer and power
• I²C bus for communication via SDA and SCL

→ Detailed pinout diagram

LLM as a Learning Aid

A Large Language Model can assist with Arduino programming through code examples, debugging, and concept explanations. Use it deliberately — understand the generated code before uploading it.

Download the Arduino IDE

The Arduino IDE is an open-source development environment for writing and uploading code to Arduino boards. Important: Install all drivers offered during installation.

Source: docs.arduino.cc

Key IDE Areas

• Verify / Upload: Check code for errors and upload to the board
• Select Board & Port: Choose board type and USB port
• Serial Monitor: Real-time data exchange between Arduino and computer
• Serial Plotter: Graphical display of sensor values
• Board Manager: Install and manage board drivers
• Library Manager: Search and install additional libraries

Every Arduino program (sketch) consists of two mandatory functions:

Basic Structure

// Variables and libraries — defined once at the top
int ledPin = 13;  // Variable for digital pin 13

void setup() {
  // One-time initialization at startup
  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // Define pin as output
  Serial.begin(9600);       // Start serial monitor
}

void loop() {
  // Main program — runs in an endless loop
  digitalWrite(ledPin, HIGH);  // Turn LED on
  delay(1000);                 // Wait 1 second
  digitalWrite(ledPin, LOW);   // Turn LED off
  delay(1000);                 // Wait 1 second
}

Comments

// Single-line comment

/* Multi-line
   comment */

Variables

Commonly used data types:

• int — integers (e.g. pin numbers, sensor readings)
• long — large integers (e.g. time values in microseconds)
• float — decimal numbers (e.g. calculated measurements)
• bool — boolean values (true / false)

Required Components

Qty	Component	Note
1×	Arduino UNO R4	Watch polarity: Long leg = anode (+), short leg = cathode (−)
1×	Breadboard
—	Jumper wires (male/male)
2×	LEDs
2×	220 Ω resistors

Current-limiting resistor: LEDs operate at 2–3 V; the Arduino outputs 5 V. Without a resistor, the LED can burn out. Use 220 Ω here.

Circuit Diagram

Source: funduino.de

Sketch

int ledPin1 = 5;  // Variable for pin 5
int ledPin2 = 7;  // Variable for pin 7

void setup() {
  pinMode(ledPin1, OUTPUT);
  pinMode(ledPin2, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(ledPin1, HIGH);  // LED 1 on
  delay(1000);
  digitalWrite(ledPin1, LOW);   // LED 1 off
  digitalWrite(ledPin2, HIGH);  // LED 2 on
  delay(1000);
  digitalWrite(ledPin2, LOW);   // LED 2 off
  // → jumps back to start of loop()
}

Extended Tasks

1. Make both LEDs blink faster (250 ms).
2. Add a third LED and blink all three in sequence.
3. One LED stays on permanently while the other two alternate.

Required Components

Circuit Diagram

Source: funduino.de

Sketch

No sketch is provided here. Use your LLM to generate the code — explain the task and review the solution together.

IF Statement & Button Reading

int buttonPin = 6;
int ledPin    = 7;

void setup() {
  pinMode(ledPin,    OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void loop() {
  int state = digitalRead(buttonPin);  // Read input

  if (state == HIGH) {       // Button pressed?
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    delay(5000);             // Wait 5 seconds
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
}

Extended Tasks

1. LED should turn off when the button is pressed, otherwise stay on (keyword: else).
2. Display the button state in the Serial Monitor.

Required Components

Calibrating the Threshold

The analog input returns values from 0 to 1023. The threshold at which the LED should react depends on ambient light. Open the Serial Monitor to observe values — cover the LDR with your finger and shine a flashlight on it to explore the range.

int ldrPin   = A0;   // analog input
int ledPin   = 12;
int threshold = 400;  // adjust to your environment

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int sensorValue = analogRead(ldrPin);
  Serial.print("LDR value: ");
  Serial.println(sensorValue);

  if (sensorValue < threshold) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);  // dark → LED on
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);   // bright → LED off
  }
}

Required Components

Operating Principle

Source: microsonic.de

Circuit & Sketch

Circuit and sketch are not provided — use your LLM. The sensor has four pins: VCC, GND, TRIG (send), and ECHO (receive).

Extended Tasks

1. Build a reversing warning system: LED blinks faster as the object gets closer.
2. Use the NewPing library (Library Manager → search → install → #include <NewPing.h>).

Required Components

How It Works

The MIX8410 is an electrochemical sensor. Oxygen triggers a chemical reaction that generates an electric current proportional to the O₂ concentration. This analog signal is read by an Arduino analog pin.

Pinout

• VCC → 5 V
• GND → GND
• AOUT → analog pin (e.g. A0)

Build the sketch with your LLM. Conversion formula: oxygenPct = (sensorValue / 1024.0) * 21.0

Required Components

Pinout (I²C)

• VCC → 3.3 V
• GND → GND
• SDA → A4
• SCL → A5

Build the sketch with your LLM. Library: SensirionI2CScd4x (Library Manager). Include with #include <SensirionI2CScd4x.h> and #include <Wire.h>.