Die Wahl des richtigen Gehirns für Ihr Projekt

Ganz gleich, ob Sie ein Heimwerkerprojekt entwerfen oder an einem Wettbewerb für eingebettete Systeme teilnehmen, die Auswahl der richtigen elektronischen Hardware für Ihre Idee ist entscheidend. Dies gilt insbesondere für Hackathons, bei denen Zeit ein kritischer Faktor ist. Die Wahl der richtigen Hardware für Ihre Projektidee in kürzester Zeit kann sogar über Ihr Schicksal im Wettbewerb entscheiden.

Abbildung 1: KI-Darstellung, inspiriert durch den Harry-Potter-Film. (Quelle: KI-generiert)

Die Auswahl der Komponenten, die Implementierung und sogar die Software-Architektur hängen oft von dem von Ihnen gewählten Board ab. Wenn Sie beispielsweise einen Arduino UNO R4 für Ihr Projekt zum Bau eines Roboters, der Hindernissen ausweichen kann, auswählen, können Sie Ihre Auswahl auf Arduino-kompatible Module oder Arduino-Tochterplatinen eingrenzen, was den Prozess vereinfacht.

Um eine Vorstellung zu bekommen, schauen wir uns an, wie sich die Anzahl der verfügbaren Komponenten (Ultraschallsensoren für Ihr Projekt) auf DigiKey ändert (Abbildung 2), wenn wir sie nach Arduino-Kompatibilität filtern. Die Auswahl ist großartig, aber wenn es zu viele sind, wird die Auswahl zum Problem. Zum Glück gibt es die parametrische Suche von DigiKey, die uns hilft.

Abbildung 2: Die Filterung nach der Arduino-Spannung (und einigen anderen Kriterien) hat die Anzahl der Auswahlmöglichkeiten reduziert. (Quelle: DigiKey)

Wie wählt man das richtige Gehirn für sein Projekt aus?

Bisher haben wir erörtert, wie die Entscheidung für ein Evaluierungsboard die Auswahl der Komponenten vereinfacht. Aber wie entscheidet man sich überhaupt für einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor? Es ist auch erwähnenswert, dass der Prozess nicht immer mit dem Board beginnt. Manchmal wählen Sie zuerst die Sensoren oder Kommunikationsmodule aus und wählen dann das Board, das diese am besten unterstützt.

Dennoch kann man sagen, dass „das Projekt das Entwicklungsboard bestimmt“ (Abbildung 1), ähnlich wie Garrick Ollivander (eine Figur) in den Harry-Potter-Filmen sagte : „Der Zauberstab wählt den Zauberer“. Mit anderen Worten: Die Anforderungen des Projekts sollten die Wahl der Hardware bestimmen. Eine kurze Übersicht für die Auswahl Ihres Evaluierungsboard, basierend auf Ihrem Projekttyp, finden Sie in Tabelle 1.

Hackathon-Auswahlhilfe

Tabelle 1: Eine Schnellreferenz für die Auswahl eines Evaluierungsboard nach Projekttyp.

Andere Faktoren, die bei der Auswahl des richtigen Entwicklungsboards helfen.

Abgesehen von den in der Tabelle genannten Faktoren gibt es noch weitere, die Sie bei der Planung eines Projekts berücksichtigen können.

1. Die Wahl zwischen Mikrocontrollern und Mikroprozessoren

Zuallererst müssen wir entscheiden, ob Ihre Anwendung folgendes benötigt:

• Ein Mikrocontroller-basiertes Evaluierungsboard (z. B. Arduino UNO R4, ESP32, STM32 Nucleo, Raspberry Pi Pico oder TI LaunchPad), oder
• Ein Mikroprozessor-basierter Einplatinencomputer (z. B. Raspberry Pi 5, Arduino Uno Q, NVIDIA Jetson Nano)

Mikrocontroller sind ideal für Echtzeit-Steuerungsanwendungen (kleine Roboter, Motorsteuerung, Sensorschnittstellen, IoT-Knoten usw.), während Mikroprozessoren besser für Hochleistungsaufgaben oder Aufgaben mit mehreren Threads geeignet sind (KI-Anwendungen, computerbasierte Bildverarbeitung, Edge-Computer oder Webserver). Im folgenden Blog finden Sie weitere Einzelheiten über den Unterschied zwischen einem Mikrocontroller und einem Mikroprozessor.

2. Kabelgebundene vs. drahtlose Anwendungen

Bestimmen Sie als Nächstes, ob Ihre Anwendung eine kabelgebundene oder drahtlose Verbindung benötigt.

• Kabelgebunden: Einfache serielle, I²C-, SPI-, UART- oder CAN-Bus-Verbindungen sind ausreichend.
• Drahtlos: Wenn Sie eine drahtlose Kommunikation benötigen, wählen Sie Boards mit integrierter Unterstützung oder verwenden Sie kompatible Standalone-Module.
  • Wi-Fi (ESP32, Raspberry Pico W)
  • Bluetooth/BLE (ESP32, Arduino Nano 33 BLE)
  • LoRa (RYLR896, RYLR993_Lite)
  • GSM (SIM800L, SIM7600SA)

Diese Wahl hat einen großen Einfluss auf den Energieverbrauch und die Wahl des Evaluierungsboards.

Hinweis: Falls Ihr Board nicht über integrierte Funktionen zur drahtlosen Vernetzung verfügt, können Sie Funkmodule mit einem der oben genannten drahtgebundenen Protokolle hinzufügen. Vergewissern Sie sich dabei, dass Ihr Board den Standard für kabelgebundene Kommunikation unterstützt, dem Ihr Funkmodul folgt. Außerdem unterstützen viele der oben genannten Boards mehrere Funkkommunikationsprotokolle, auch wenn sie nicht ausdrücklich erwähnt werden.

3. Verarbeitung und Speicherbedarf

Prüfen Sie die erforderlichen Rechenleistungen für Ihr Projekt:

• Prozessorgeschwindigkeit (MHz/GHz) - beeinflusst, wie schnell Aufgaben ausgeführt werden
• RAM - wichtig für die Pufferung von Daten und die Ausführung von umfangreicherem Code
• Flash/ROM - bestimmt, wie viel Firmware oder Software Sie speichern können

4. Betriebsspannung und -strom:

• Vergleichen Sie den Strombedarf des Sensors/Peripheriegeräts mit der Stromquellen-/Senkenkapazität des Boards.
• Überprüfen Sie die Betriebsspannung des Sensors (in der Regel 3,3 V oder 5 V) und stellen Sie sicher, dass sie mit den I/O-Pegeln des Boards übereinstimmt.
• Verstehen Sie die Logikpegel des Boards (z. B. 3,3 V oder 5 V TTL).
  • Weitere Einzelheiten finden Sie in der folgenden ausführlichen Dokumentation über I/O-Standards.
  • Wenn sie nicht direkt kompatibel sind, benötigen Sie möglicherweise Pegelwandler.

5. Kommunikationsbereich und -protokolle

Wählen Sie je nach Kommunikationsentfernung das geeignete Protokoll:

• Kurze Reichweite: Bluetooth, Zigbee, Wi-Fi
• Mittlere Reichweite: LoRa, Sub-GHz-HF-Module
• Große Reichweite / Global: GSM, LTE, Satellit oder NB-IoT

Zusammenfassende Checkliste für die Hardware-Auswahl

Um das richtige Entwicklungsboard für Ihr Projekt auszuwählen, sollten Sie diese Checkliste befolgen:

• Definieren Sie Ihre Anwendung und Ihre Anforderungen klar
• Wählen Sie zwischen einem Mikrocontroller oder einem Mikroprozessor
• Entscheiden Sie sich für drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation
• Wählen Sie passende Sensoren für die Kommunikationsprotokolle
• Überprüfen Sie Spannung, Strom und I/O-Kompatibilität
• Ermitteln Sie den Umfang des Projekts in Bezug auf die Reichweite

Wenn Sie sich an diese einfachen Schritte halten, können Sie einige Kopfschmerzen vermeiden, die sonst hätten auftreten können.

Weiterführende Literatur

• https://www.electricaleasy.com/2024/12/choosing-right-microcontroller.html
• Wie Sie den besten Mikrocontroller für Ihr Projekt auswählen - Elektronik mit Becky Stern | DigiKey
• Wie man den richtigen Mikrocontroller für eine Anwendung auswählt
• (PDF) Die Auswirkung von Projektbeschränkungen und -auswahl auf Mikrocontroller-Projekte im ersten Jahr