Ervaringen nieuwe microcontroller ontwikkelborden

Ik wil hier even wat ervaringen delen met (de nieuwste) ontwikkelborden die ik heb getest op bruikbaarheid voor de klas, misschien heb je er wat aan. Dingen die ik belangrijk vind zijn:

  • Snelle compileertijd/makkelijke upload
  • Aansluiten onderdelen makkelijk en goed te doen zonder mij
  • Nuttige IO voor de projecten die we doen.
  • Handige ingebouwde modules zodat er minder op de breadbords geprutst hoeft te worden, zoals sensoren, radiomodules, RGB LED’s, LCD’s, speakers.

We gebruiken de Arduino IDE voor c++ en Thonny voor CircuitPython. MU, dat vaak wordt genoemd voor Circuit Python, bleek niet te werken op Macs. Lastig ding voor leerlingen met Python is dat het opslaan op de borden makkelijk gaat, maar het staat niet standaard in hun werkschijf, dus ze moeten steeds zelf hun code naar hun mappen kopieren. Bij de Arduino IDE is iedere klik op “upload” ook automatisch een upload van de code naar de schoolserver en kunnen ze er thuis ook bij.

Arduino Leonardo


Basisbord, heeft de UNO’s vervangen. Female-headers met opdruk zijn heel makkelijk in gebruik, breadbord is zelden nodig. Leonardo’s bestaan niet in slechte-kloon variant met CH340 of andere rotte USB chip, dus meenemen naar huis met sticker bibliotheek kan ook zonder dat ze tegen driver-issues aanlopen. De dubbele UART is een must-have en gebruiken we heel veel: GPS, MIDI, GSM etc. zijn veel lastiger op een UNO. Bad-USB vinden leerlingen ook heel leuk, en dat gaat super op een Leonardo. Kunnen ze de systeembeheerder testen. 10€ voor een kloon bij Nederlandse webshop, 18€ voor de echte uit Italië.

MicroBit v1
De microbit is ook heel fijn in de Arduino IDE, maar je kunt ook in lagere klassen met MakeCode werken. V1 is prima geschikt voor game-development met Kitronik GameZip64:

Als je net als wij nog een hoop V1’s hebt, dan blijft dit uitstekende combinatie. Zelf nog niet getest, maar er zijn ook heel betaalbare robotkits voor de V1/V2, en omdat de microbit een versnellingssensor en kompas heeft kun je dus heel makkelijk Segway-achtige robots maken die ook nog eens het noorden herkennen zonder moeilijk te hoeven doen met losse sensoren. Niet meer kopen. Als je ze hebt, lekker gebruiken, veel serieuzer inzetbaar als dat de microbit organisatie doet vermoeden met krokodilklemmen en bananen! Lekker wegblijven bij de MakeCode en in de Arduino IDE gebruiken.

MicroBit v2


Hele mooie update van het platform. Vooral Bluetooth 5.0 is een gamechanger. Je kunt nu tot 200m draadloos communiceren, en je hebt nu luidspreker, microfoon en lichtsensor. Alleen al een losse BLE 5 module kost meer dan een microbit 2. Door de grotere RAM/EPROM past Circuitpython nu ook. Geen enkel ander bord kan zoveel zonder externe dingen aan te sluiten en is in 4 talen te programmeren: C++, MakeCode, JavaSript en Circuit/Micropython. Ook is de LED matrix niet meer raar (was een 3x9 layout) waardoor je ook nog leerlingen zelf een matrix-scan algoritme kunt laten maken. Eigenlijk een no-brainer voor de 17€ die ze kosten, een losse magetometer/accelerometer kost al zo veel.

Pi Pico


Prijs is heel aantrekkelijk, maar voor in de klas niet echt nuttig. Je mist opdruk aan de bovenkant (alles staat op onderkant) en je moet headers solderen en in een breadbord werken (kromme pinnen!). Er zijn geen statuslampjes voor UART/power-on. Female headers zijn inmiddels ook bij te bestellen, dan gaat het iets beter. De Pi Pico werkt eigenlijk alleen met Thonny in Circuit Python, doordat de bootloader niet is te updaten zal fatsoenlijke C++ support in de Pi-versie nooit gaan, je kunt immers niet uploaden zonder de USB kabel er uit en er weer in te steken, en dat is in de klas geen lang leven beschoren. Hooguit een bord voor examenklassen die extreme dingen willen testen, zoals programmeerbare I/O. Kost zo’n 5€, maar je zadelt wel jezelf en de TOA met een hoop gedoe op, goedkoop is hier duurkoop.

Adafruit Itsy Bitsy M4/Metro M4 Express

Deze borden zie ik als de dure, beter uitgewerkte variant van de Pi Pico, alleen bestaan ze al langer, maar ze missen de huidige hype. Snelheid is vergelijkbaar, maar de werking veel fijner. Adafruit is een van de beste bedrijven voor makers, en je proeft dat het met liefde in New York is gefabriceerd. Uitstekende documentatie. Goede headers en duidelijke opdruk. Bootloaders zijn beter, C++ en Python gaan goed door elkaar. Boarden hebben standaard dubbele UART, dus ook voor complexere taken met MIDI/GPS/GSM geschikt. Ook leuk is dat ze 2x DAC hebben voor audiosynthese. Examenklas werkt nu met de Adafruit M4 Express icm een 32x64 LED matrix en het Adafruit RGB matrix shield. Heel fijne en leuke combinatie!
Adafruit M4 borden zijn niet het goedkoopste, 20€ voor de Itsy en 34€ voor de grote, maar elke cent waard.

Er is nog een leuke variant van de M4, de Adafruit Pybadge LC. Gek genoeg goedkoper dan de M4 Express (30€), met ingebouwd game-controller/scherm/speaker:

Deze variant laat zich ook programmeren met MakeCode Arcade, een soort Sratch maar echt gericht op spellen met sprites en allerlei functies voor physics in platformers en botsing-detectie. Desalniettemin een echt ontwikkelbord met 30 IO pinnen op de onderkant!


https://arcade.makecode.com/

Teensy 4.1
Bizar bord, dit is sneller dan desktops in 2000. In floating-point nog 50x zo snel dan de Pi Pico in Python. Heel veel kant en klare scripts en actieve community. Speciaal geschikt voor leerlingen die met muziek bezig willen, geluidssynthese is een heel sterke kant door enorme rekenkracht. Ook voor genereren videosignalen heel geschikt. Leuk om er een te hebben voor de veeleisende VWO-er. 35€.

ESP32 Atom


Ook veelvuldig geprezen voor de prijs, zeker in de vorm Atom Matrix heel aantrekkelijk door ingebouwde RGB LED matrix, maar ik krijg de compileertijd niet omlaag. Wij hebben i5 laptops waar alles op open staat zodat we alles kunnen uitproberen, maar compileren begint bij 2 minuten, en dan ben je met paar foutjes zo door je lesuur heen. En omdat we op het WiFi netwerk maar weinig kunnen en complexe aanmeld hebben met WPA2 Enterprise, is de WiFi van de ESP32 minder interessant dan Bluetooth 5 op de micro:bit. Geen ESPs in de klas dus. Vooral leuk in de vorm van de Atom Matrix van 12€, maar ik vind ze veel te traag, heb er alleen zelf een omdat ie mooi in LEGO past.

Misschien hebben jullie er wat aan als je weer mag shoppen voor volgend schooljaar. Heb je nog tips die niet mogen ontbreken, zet ze hieronder.

2 likes

Mooi overzicht, er is natuurlijk nog veel meer… Trouwens aanrader is ook de Pi 400, Raspberry Pi in een toetsenbord. Helemaal handig als je je eigen dedicated netwerkje hebt. Is super geschikt als ontwikkelomgeving ook en mocht er weer eens een lockdown komen kun je ze uitlenen.

En als je leerlingen/studenten op HBO niveau hier mee verder willen is er goed nieuws, want er is maar liefst één opleiding Embedded Systems waar je hiervoor terecht kunt (alle andere opleiding zijn ofwel half ICT ofwel half elektrotechniek): https://www.linkedin.com/posts/peter-brouwer-162a6028_ai-innovation-machinelearning-activity-6775363109403148288-UKKU/ (terug van weggeweest).

Die Pi Pico is trouwens zeker wel veelbelovend, zo moeilijk is het solderen van een paar headers niet (misschien als corona over is dat we gewoon embedded studenten langs je school moeten sturen om dat ff te doen?!). Werkt super samen met de Raspberry Pi. Dual core M0 ARM processor die zeer goed gedocumenteerd is. Ik mis de Arduino Nano 33 serie nog en de Feathers van Adafruit.

Daarnaast heb je ook nog Qwiic (Sparkfun) en Stemma (Adafruit), die zijn heel handig als je geen soldeerfaciliteiten hebt.

(Studenten worden net als bij ICT weggekocht, alleen is salaris nog hoger (vergelijkbaar met elektrotechniek), dat is voor sommige leerlingen dus nog extra aantrekkelijk.

Er is een hele serie Nano 33’s. Dus de Nano 33 IoT heeft een andere microcontroller (SAMD21 M0+) dan de BLE Sense (nRF52 wat wel een M0 dacht ik is maar wel een andere implementatie ervan iig). En idd hebben sommige varianten een tweede microcontroller die dedicated is voor de communicatie.

Maar er zijn er dus nog meer: https://store.arduino.cc/new-home/nano-family
Er zit ook een 2040 (Raspberry Pi Pico variant) want te komen.

Creative Technologie en Industrial Design zijn ook gave studies voor de meer creatieve en minder technische studenten. Maar HAN Embedded Systemen is mijn broodheer (onder het motto, wiens brood men eet, wiens woord men spreekt). Er is een mega tekort aan Embedded engineers, dus bedrijven werken graag samen en stageplekken in overvloed.

Ik gebruik de Pi 400 trouwens bij de AD Smart Industry (vooral voor ex-MBO studenten) en Technische bedrijfskunde i.s.m. de Nano 33 IoT (MQTT communicatie e.d. Industrial IoT). Werkt prima ook voor minder technische studenten omdat je vrijwel alles voor kunt ‘koken’.

Wel goed dat er nog veel embedded werk is in Nederland. Had dat buiten industriële toepassingen niet meer verwacht. Krijg bij het kopen van spullen met iets digitaals vandaag de dag het idee dat het verkopende bedrijf tegenwoordig een concept bij een Chinees productiebedrijf over de schutting gooit, die kwakken er dan een slechte alfa-release ESP32 code in met minimaal de mogelijkheid tot datalekken/hacken erin i.c.m. een geplande over-de-datum grens van maximaal 2 jaar in de toekomst tot net buiten de garantietermijn, zodat ze daarna weer iets nieuws kunnen slijten met een niet-compatible protocol. Zelfs respectabele Duitse huishoudmachinebouwers als Bosch/Siemens maken er een potje van tegenwoordig. Technisch perfect werkende machines die vanwege een embedded storing naar de sloop kunnen, en doordat het volledig closed-source is en alleen gecertificeerde medewerkers nieuwe embedded modules van code mogen voorzien kost een reparatie 50x de materiaalkosten terwijl de hardwaremannen vervanging een eitje hebben gemaakt, zo simpel dat de koper het zelf zou kunnen.
Ik denk dat de wereld van embedded meer open/co-design met gebruikers kan gebruiken. Het KISS gedachtegoed wordt zeer regelmatig vergeten.
Dus misschien wil je in een andere topic eens de staat van het vakgebied voor ons duiden.
Project voor volgend jaar dat ik aan die K vaatwasser heb te danken: we gaan in de klas een open-source vaatwascomputer proberen maken die op Bosch/Siemens hardware past.

Volgens mijn waarneming is er juist flinke groei in Embedded bedrijfjes voor het MKB. Daarnaast zijn er ook allerlei grotere productiebedrijven waar industriële automatisering + embedded bij elkaar komen. Het verschuift ook steeds meer van PLC’s naar microcontrollers.