Elektroniikan opetuskäyttöön soveltuvat Arduino kehitysalustat

Abstract

Alentuneiden kustannuksien takia sulautettujen järjestelmien käyttö on lisääntynyt elektroniikan opetuksessa. Elektroniikan opetuksessa monet projektit perustuvat jonkinlaiseen sulautettuun järjestelmään, jota pystytään sähköisesti ohjelmoimaan. Tämä on mahdollistanut uuden tavan opettaa opiskelijoille elektroniikan perusteita sekä ohjelmointia.

Kandidaatintyön tavoitteena on selvittää, miten Arduino Uno, Arduino Nano ja Arduino Mega eroavat toisistaan käytettävyydeltään, ominaisuuksiltaan ja ohjelmointitavoiltaan. Samalla tutkitaan mitä hyötyjä ja haasteita niiden soveltaminen opetuskäytössä tuo. Lopuksi valitaan näistä kolmesta kehitysalustasta paras alusta elektroniikan opetukseen.

Kallein kehitysalusta Mega sisältää eniten muistia ja liitäntöjä. Se sopii parhaiten kokeneille harrastajille sekä suurempia projekteja varten. Pienemmät ja paljon halvemmat kehitysalustat Uno ja Nano soveltuvat pienempiin projekteihin, joissa muistin ja liitäntöjen tarve ei ole suuri. Mikroprosessoreiden suorittimien nopeuksiltaan Mega, Uno ja Nano ovat yhtä suuria. Ohjelmointitavoiltaan Arduinot ovat samanlaisia ja niitä ohjelmoidaan saman ohjelmiston Arduino IDEn avulla. Toisin kuin Unossa ja Megassa, Arduino Nano sisältää urosliittimiä naarasliittimien sijaan, jonka seurauksena liitäntöjen tekeminen vaatii usein juottamista eikä testikytkentöjä voi nopeasti tehdä hyppyjohtojen avulla.

Arduinojen käyttö tuo myös haasteita, koska niiden ohjelmointi perustuu avoimeen lähdekoodiin. Se tarkoittaa sitä, että kuka vaan voi kopioida valmiin koodin ja käyttää sitä omassa työssään. Tämä täytyy opetuksessa ottaa huomioon, koska suora kopiointi ei tue oppilaiden kehitystä. Arduinojen käyttö toimiikin parhaiten teorian apuna ja näin pystytään helpommin havainnollistamaan, miten eri komponentit ja kokonaisuudet toimivat.

Due to reduced costs, the use of embedded systems has increased in teaching of electronics. In electronics teaching, many projects are based on embedded system that can be electronically programmed. This has enabled a new way of teaching students the basics of electronics as well as programming.

The aim of this bachelor’s thesis is to find out how Arduino Nano, Arduino Uno and Arduino Mega differ in their usability, features and programming methods. At the same time, the benefits and challenges of applying them in the field of education is analyzed. After analyzing, the most suitable platform for teaching electronics is selected from these three development platforms.

The most expensive platform with the most pins and memory, Mega is best suited for experienced enthusiasts and larger projects. Smaller and much cheaper development platforms Uno and Nano are suitable for smaller projects where the need for a great amount of memory and pins is not significant. The three development platforms share the same amount of microprocessor clock speeds. They are similar in programming and are programmed using the same Arduino IDE software. Unlike Uno and Mega, Nano includes male pins instead of female pins. This means that making test connections requires often soldering and they cannot be made quickly with jump wires.

The utilization of Arduinos is also challenging because their programming is based on an opensource code. This means that anyone in the public domain can copy the finished code and use for their own liking. As directly duplicating finished code does not enhance student development and this needs to be considered while educating. Both on the practical and theoretical level Arduinos help the student to comprehend how different components and entities operate.