アルドゥイーノ-今日、Arduinはあらゆるものをコンピュータに変えることができます。 キーボード付きのLEDや液晶ディスプレイを見かけたら、誰かがこのデバイスの中にノートパソコンを入れたのでしょう。 中には、マイクロコントローラーと呼ばれる小型のコンピュータを6個、7個以上搭載しているものもあるほどだ。
その中でも、Arduinoは最もポピュラーな存在です。 コンピュータを内蔵した電子機器を作ることを想定した場合、コンピュータとは何か、どのような仕組みになっているかを理解する必要があります。
そうして初めて、PCBショップに行って、プロジェクトを始めるためのキットをいくつか購入することができるのです。
アルドゥイーノ-Arduinoとは？
このような小型のマイクロコントローラコンピュータは、しばしば組み込みコントローラやマイクロコントローラユニット（MCU）と呼ばれる。 想像しうるすべてを備えた完全なコンピュータ・システムです。 いずれも、プログラムを実行する中央処理装置、一時記憶装置であるRAM、永久記憶装置、周辺機器やアクセサリー用のポートなどを備えています。
マイクロコントローラは、いくつかの特定のタスクだけを実行するために作られ、設計された、個人用の単なるコンピュータです。 ほとんどの場合、これらのデバイスは、いくつかのROMに格納された単一のプログラムを実行するだけです。 ただし、外部ストレージを装着することも可能です。 いずれにせよ、低消費電力デバイスとされており、それが魅力となっている。 すべてバッテリーで動作させることができます。
アルドゥイーノは、簡単に言うとオープンソース版のマイクロコントローラーです。
これは、あなた自身のデバイスを設計し、構築するために使用できるハードウェア開発ボードです。Arduinoは、特定の種類の回路基板設計と、それを作る企業やそれを使用する開発者のコミュニティの両方で、いじくり回す人、趣味人、メーカーに最適です。 そのため、ほとんどの電子部品店やプリント基板部品店、カタログで見かけることができます。
プラットフォームには、物理的なプログラマブルボード、マイクロコントローラ本体、デバイスが実行するプログラムを作成するためのソフトウェアまたはIDE（統合開発環境）が含まれます。arduinoは新規開発者に人気があり、別途プログラミングデバイスを必要としないため、市販の他のマイコンキットよりも簡単に使用することができます。 さらに、プログラミング言語であるc++の簡易版も使用し、プログラミングも簡単にできるようになっています。
1.1 アルドゥイーノは何で構成されている？
マイコンキットであるArduinoの基板は、1枚のプリント基板（PCB）に多数の部品やインタフェースがあらかじめ取り付けられています。 これらの部品は、マイコンへのアクセスを容易にするため、標準的なフォームファクターで設定されています。
の基本構成は以下の通りです。
デザインは年々変化していますが、基本的なArduinosのキットには以下の部品が含まれています。
アルドゥイーノ-ピンコネクター
これらのピンは特定のパターンに配置されており、MCUをカスタムデバイスの他の基板に接続することができます。 また、「シールド」と呼ばれるサブアド基板を装着することも可能です。 ピンの種類は2種類あります。
デジタル-オンまたはオフに設定できるシングルステートの入出力（I/O）コネクタです。 ほとんどのArduinoは14本のデジタルピンを持っています
シミュレーション-さまざまな値を読み取ることができるマルチステートコネクタ。 よりきめ細かな制御を行うために使用することができます。 通常6人です。
アース-GNDと表示されているこれらの3つのピンは、デバイスを接地することができます。
電源-4×5V、5×3Vの端子から、アクセサリーなどの電源信号を供給します。
パルス幅変調(PWM)- 8本のデジタルピンはPWMコネクタを兼ねています。 アナログ出力信号のシミュレーションが可能で、LEDの調光などの用途に使用できます。
アナログリファレンス（AREF）-外部電圧の調整に使用されることもありますが、この9ピンはほとんど使用されません。
アルドゥイーノ-パワーコネクター
このコネクターはデバイスに電源を供給し、LEDやセンサーなどの部品に低電圧の電力を供給します。 ACアダプターや小型バッテリーでコネクタを使用することができます。
メインプロセッサー
マイコンCPUは、プラットフォームの心臓部です。 様々な入力や実行中のプログラムに基づいて、アルドゥイーノがコマンドを実行し、判断することができます。 正確な情報はArduinoの種類によって異なりますが、ほとんどのキットはAtmelのチップセットと様々なオンボードメモリを提供しています。 一般的なプロセッサーの機種は以下の通りです。
ATmega8
ATmega168
アルドゥイーノ-ATmega328
ATmega1280
ATmega2560
アルドゥイーノ-シリーズコネクター
ほとんどのArduinoボードには標準的なUSBポートがあり、MCUをコンピュータに接続して新しいプログラムをロードすることができます。 一部のシングル基板では、USBポートを電源コネクタとして使用することも可能です。
リセットボタン
また、Arduinoボードにはリセットボタンが搭載されています。 ボタンを押すとリセットピンが作動します。 現在実行中のコードをすべて再起動します。 何かをテストしたいが、プログラムにはリスタート機能がない場合に最適です。
パワーLEDインジケーター
Arduino mcuの中には、電源が入っているかどうかを示す電源LEDが付属しているものがあります。 通常、本体を電源に接続するとLEDが点灯します。 このランプが点灯しない場合は、何かが間違っている可能性があります。
信号の送受信をリード
TX（送信）、RX（受信）と呼ばれるこれらのLEDは、シリアル通信のアクティビティを示します。 デバイスがデータを受信または送信しているときに、微妙な視覚的な手がかりを提供するものです。
電圧レギュレータ
ユーザーによるプログラミングはできませんが、Arduinoボードには電圧レギュレータが搭載されています。 レギュレーターは、基板を通過する電圧を制御します。 確かに限界はありますが、ほとんどのプロジェクトで20Vを超えることはないでしょう。
1.2 アルドゥイーノのプラグインとアクセサリー
上記の部品はすべてのArduino mcuに付属していますが、プラットフォームで使用できる電子部品はこれだけではありません。 IEEEやISOの規格に準拠した基板です。 そのため、Arduinoのプロジェクトを便利にするために、既製品の部品を使用することができます。 ただし、Arduinosのプラットフォーム仕様では、プラットフォームに対応したいくつかの部品を追加する必要があります。 このため、ほとんどのArduinoサプライヤは、いくつかのArduinoセンサやシールドも扱っています。 これなくして、Arduinoのプロジェクトは完成しません。
アルドゥイーノ-センサー
わずかなコードでArduinoを制御し、さまざまなセンサーと相互作用させることができます。
ほとんどのArduinoサプライヤーが計測用のセンサーを提供しています。
光
温度
曲率
圧力
近接
加速度
一酸化炭素
放射能
湿度
気圧
Arduino回路テストボード
また、ハンダレスのブレッドボードを用意することもできます。 この基板は、回路設計やレイアウトの試作や実験を、部品を基板に恒久的にはんだ付けすることなく行うことができます。 ブレッドボードには電源アダプターがありません。 そのため、ジャンパーケーブルを使って、マザーボードから電源を供給する必要があります。
シールド
Arduinoのパズルの最後は、Arduinoシールドです。 これらは、メインのArduinoボードの上に装着して追加機能を提供する、ビルド済みのドーターボードです。
一般的なシールド機能には以下のようなものがあります。
クルマを制御する
ネットワーク接続性
モバイル/セルラーネットワークと通信
液晶画面コントローラー
Arduinoの開発者は、公式のArduino統合開発環境（IDE）を使用して、独自のArduinoプログラムを作成します。 このjavaベースのオープンソースIDEは、Windows、Mac、Linuxを実行するすべてのプラットフォームで動作します。 プログラミング言語Processingで書かれたコードをデバイスにアップロードし、テストするための独自の環境を提供します。
Arduino Uno – 最も人気のあるArduinoです。
Arduinoグループは、さまざまな種類のArduinoボードの仕様書を公開しています。
初心者に最適な22ドルのArduino Uno MCUは、スケルトンボードです。 必要な部品だけを提供し、自分流に設計することができます。25gの68.5×53.4mm基板は、筐体に収まるほどの軽さです。
現在のArduino Uno R3版には。
アルドゥイーノ-ATmega328Pマイクロプロセッサ
デジタル入出力端子14本
6 パルス幅変調
内蔵LED（13番ピンと接続）
5V、3.3V、グランド端子電圧出力
アナログ6端子
USBポート
電源ジャック
リセットボタン
動作電圧 5ボルト
32KBフラッシュメモリー
2KB SRAM、1KB EEPROM
Unoは最初のArduinoボードではないかもしれませんが、最も活発に使用されているボードです。 また、最も文書化されているフォームファクターであり、インターネット上には数多くのプロジェクトチュートリアルやフォーラムが存在します。
Arduino Mega – 大型プロジェクト向けMCU
Arduino Megaは、4つのUno Mcuを1つにしたようなボードで、大規模なプロジェクトに適しています。 Atmel社のATmega2560チップを搭載し、4つのシリアルポート、電源用の独立したUSBポート、コンピュータとのインターフェイスを備えています。 さらにUSBポートを増設するために専用のATmega16U2プロセッサーも搭載しています。 また、電池でMCUを駆動することも可能です。
で大きい。
デジタル入出力(I/O)54端子、pwm対応14端子
アナログIOピン16本
USBポート
電源ジャック
リセットボタン
Megaの豊富なピン数で基板を作成。 多くのデジタルI/O接続、LEDやボタンが必要なプロジェクトで使用できます。
メガMCUの他の特徴は、プロセッサーにあります。ATmega2560マイクロプロセッサーは、欲しいものは何でもできるのです。 クロックスピードは16mhz、フラッシュメモリは256kb、SRAMは8kb、EEPROMは4kbです。これらのことから、Arduino Megaは3Dプリンタやロボットの最初の選択肢になっています。
Arduino ESP8266でプロジェクトのワイヤレス化
Arduinoボードには、ワイヤレスネットワークそのものが搭載されていません。 利用可能なシールドの中にも見当たりません。 プロジェクトを無線化する場合は、Arduino ESP8266 Wi-Fiモジュールが必要です。
新しいモジュールも出ていますが、ESP2866が元祖です。 スタンドアローンMCUとして設計されていないかもしれませんが、今日のモバイル市場ではあなたのプロジェクトにMCUが必要です。
しかし、ワイヤレス接続の機能は充実しています。 ボードには、これらの機能をメインのArduinoに接続するための電源、グランド、送信、受信ピンと、スイッチである「Chip Control Power Down」（CH_PD）ピンが付属しています。 また、リセットと2つのGPIOデータピンを持っています。
ESP8266は、5Vの電源信号を必要とします。 アルドゥイーノ標準の3.5Vでは動作しません。
Arduino PWMサブシステムとフレームワーク
5.1 Arduino PWM
PWM（Pulse Width Modulation）は、周波数と振幅が変化する矩形波信号を使ってアナログ信号をシミュレートする方法です。Arduinoプラットフォームは、これらの信号を使用してアナログ回路のデジタル出力を変調します。
ArduinoのPWMプラットフォームは、独立したハードウェアではありません。 すべてのArduinoボードには、システムコールが組み込まれています。 それらを使用するためのプログラムを作成する必要があります。 コマンドは、互換性のあるピンを通して矩形波を作成します。
5.2 Arduino Nano – 小型デバイスやプロジェクトに適しています。
Arduinoプラットフォームの最小バージョンとして、Arduino Nanoは以下を提供します。
ナノは搭載しています。
デジタル入出力端子14本、Pwn互換端子6本
アナログ8端子
動作電圧 5ボルト
リセットボタン
USBポート
シリアルポート
32kbのフラッシュメモリー
8kbのSRAM
1 kb eepm
Nanoは、その大きなサイズにもかかわらず、以下のようなプロジェクトタイプに秀でています。
エンベデッドシステム
オートメーション
ロボティクス
制御システム
インストルメンテーション
アルドゥイーノ-Raspberry PiではなくArduinoを選ぶ理由とは？
Arduinoプラットフォームは、市場にある唯一のマイクロコントローラではありません。 Raspberry Pi（ラズベリーパイ）をはじめ、多くのmcuが同じ機能を提供しています。 しかし、PIとアルドゥイーノは全く別の製品です。
まず、Raspberry PIは完全なコンピュータである。 ところが、Arduinoはそうではありません。 マイコンは、コンピュータを構成する小さな部品に過ぎません。 そのため、ArduinoのプラットフォームはPIが提供するもののほんの一部しか提供されていません。 例えば、小さなアプリケーションを動かすことができるだけで、本格的なコンピュータのオペレーティングシステムではありません。
6.1 アルドゥイーノの長所と短所
しかし、だからといってアルドゥイーノが使い物にならないかというと、そうではありません。 完全なコンピュータを必要としない電子機器プロジェクトに最適です。 お手持ちの部品やセンサーに直接接続することができ、ほとんど設定することなく、すべてをすぐに使えるようになります。
Arduinoは、Arduinoのファームウェアの仕組みによって、このようなことができるのです。 ファームウェアは、Arduinoボードを動作させるための核となるソフトウェアです。 また、USB経由でコンピュータと通信し、プログラム可能なすべての機能にアクセスすることができます。 ファームウェアはいつでも変更可能ですが、変更する必要がないわけではありません。 再起動も必要ない。 一度アップロードしたコードは、どこからでも即座に実行することができます。 キーボードもモニターも、アプリケーションを選択する手段も必要ないのです。 ボードは、あなたが与えた一つのことしかしません。
6.2 アルドゥイーノ-Raspberry Piは完全なコンピュータである
それに対して、Raspberry Piは完全なコンピュータとしての機能を備えています。 動作にはOSが必要で、そのためには再起動が必要です。 また、マザーボードには内蔵ストレージがありません。 実行したいプログラムを保存するために、外付けのマイクロSDインサートを用意する必要があります。 しかし、Ethernetを内蔵しているので、カードを取り出さずにソフトウェアのバージョンアップが可能です。
Piは、Broadcom Arm-v6 CPUとメモリ、HDMIグラフィックプロセッサで動作します。 このボードはキーボードとマウスにも対応しており、Linuxのバリアントをロードすることができますので、こんな小さなマシンですべてを動かしていることは誰にも気づかれることはありません。 それが、その力です。 ユーザーとの完全な対話と、それに伴うあらゆる処理能力を必要とするプロジェクトに最適なプラットフォームです。
しかし、この性能では小規模なプロジェクトには不向きです。
例えば、アルドゥイーノボードにLEDを差し込めば、たった8行のコードでLEDを点灯させることができます。 マザーボードにすでにOSがインストールされている場合、Piはコードに加えて、起動時に追加のライブラリが必要です。
これは、Raspberry PiとArduinoを同じ種類のプロジェクトに使えないということではありません。 フレームワークライブラリをインストールすることで、PiにArduinoと同じ機能を持たせることができます。 ただ、プロジェクトでPiを使うには時間と手間がかかります。
また、Arduinoは開発者のコミュニティも充実しています。 電子工作のプラットフォームとして最も人気のあるArduinoには、初心者向けのチュートリアルがたくさん用意されています。
いずれにせよ、この2つのボードのどちらかを選ぶ必要はないのです。 とても相性がいいんですよ。 ArduinoはRaspberry Piのサブエクステンションボードになり、お互いの機能を利用することができます。
結論
Arduinoは、DIYエレクトロニクスプロジェクト用に特別に設計されたマイクロコントローラプラットフォームのファミリーです。 これらのワンオフボードは、プロジェクトに必要なすべてのオートメーションと、それ以上のものを提供します。 コンピュータに接続してコードを作成し、それを実行する必要があります。 あとはおまかせです。
お客様のプロジェクトに必要なコンポーネントを入手するには、今すぐ当社にご連絡ください。 Arduinoに精通した担当者が、どのボードやプラグインがお客様に適しているかを判断するお手伝いをします。 ArduinoとRaspberry Piを接続し、デバイスを次のレベルに引き上げるために必要なパーツを入手することも可能です。
