現実世界のデバイスを制御するには、コンピュータ システムが必要です。適切なシステムを探していると、おそらくすべてのオンラインアドバイス掲示板で1つの名前が目立つでしょう。 アルドゥイーノ。もちろん、「Arduino」は、オープンソースのハードウェアおよびソフトウェア会社が製造するすべてのボードの総称です。Arduinoボードにはさまざまなモデルがあり、誤ってArduino製品と呼ばれているボードも存在します。これらのボードは、機能、フォーム ファクター、電力要件が異なります。初心者向けの選択肢を明確にし、経験豊富なビルダーに最適なボードのオプションをいくつか紹介します。
Arduinoボードの選び方
Arduinoボードにはさまざまなモデルがあり、誤ってArduino製品と呼ばれているボードも存在します。これらのボードは、機能、フォーム ファクター、電力要件が異なります。初心者向けの選択肢を明確にし、経験豊富なビルダーに最適なボードのオプションをいくつか紹介します。
Arduinoボードはいくつかの方法で分類できますが、この記事では物理的なフォーム ファクターの観点から説明します。
Arduino Unoクラスボード
Arduinoがこれらのデバイスの多くを設計または製造していないにもかかわらず、Unoクラスのボードは非常に普及しており、事実上の標準として機能しています。
アルドゥイーノ 仕様 – 標準の設定
Unoはこのフォーム ファクターと機能を定義します。
-20個のデジタルI/Oピンがあり、そのうち6個はアナログ入力として機能します。
- フルサイズのUSB-Bソケット、または6 ～ 20 VDCの電圧をサポートするバレル電源コネクタから電力が供給されます。
- 中心にはATmega328Pマイクロコントローラを搭載し、16 MHzのクロック速度で動作します。
-32 KBのフラッシュメモリ。
おそらく最も重要なのは、サイズが68.6 x 53.4 mm、重さが25グラムのこのデバイスが、この分野のデフォルトのフォーム ファクターになったことです。多くの拡張ボード、つまり「シールド」は、Unoのヘッダー配置に差し込まれますが、このカテゴリのすべてのボードはそれを再現しようとします。さらに、Arduino以外の多くのボードもこのフォーム ファクターを使用するようになり、さまざまな拡張シールドを活用できるようになりました。
Arduino Mega 仕様 – 拡張されたI/Oとメモリ
名前が示すように、Megaは物理的にはUnoよりも大きく、長さは101.52 mm、幅は53.3 mmです。この余分なスペースにより、次の機能が可能になります。
-同様にメガ54個のデジタルI/Oピン (15個はPWM出力) と16個のアナログ ピン。
-16MHzで動作するATmega2560マイクロコントローラ。
-256 KBのフラッシュ。
-SRAMおよびEEPROMの仕様が強化されました。
- USBコネクタまたはバレル ジャック経由の電圧入力。
Unoの能力を活用できるプロジェクトがあり、さらにI/Oやストレージが必要な場合は、Mega 22560が最適です。重要なのは、追加のI/Oがボードの下部のヘッダーに分散されているため、ほとんどのUnoシールドがMegaと互換性があることです。
Arduino Leonardo – コンピュータ入力デバイスのエミュレーション
Arduino LeonardoはUnoと同じ物理的な入力配置を備えていますが、機能が若干異なるため、Unoシールドと互換性があります。このボードの大きな違いは、ATmega328PではなくATmega32u4マイクロコントローラを使用していることです。
ATmega32u4は、キーボード、マウス、フットペダルなど、あらゆる種類の入力デバイスとしてHIDデバイスとして機能します。補助ショートカット キーボードを構成したり、センサー「y」がトリガーされたときにコンピューターにアクション「x」を実行するように指示したりできます。Leonardoには、Unoと同じ20個のデジタルI/Oピンも搭載されていますが、そのうち12個のピンをアナログ入力として使用できます。
Arduino Due – メガフォームファクター、32ビットコンピューティング
Megaと同じフォーム ファクターと類似のIO機能を備えているため、Dueをそれらのボードの1つと間違える場合があります。実際、多くの場合、どちらのボードでも同じ作業を行うことができます。しかし、内部的には、Dueは同等の製品に比べて処理能力が大幅に向上しています。この32ビットAT91SAM3X8Eマイクロコントローラの機能は次のとおりです。
-84MHzのクロック速度。
-512 KBのフラッシュ。
- SRAMメモリが大幅に向上: Megaの8 KBと比較して96 KB。
Arduino Yún Rev 2 – Leonardo + Linux
Arduino Yú únはAtmega32U4と同じ仕様を備えていますが、パッケージにAtheros AR9331 Linuxマイクロプロセッサが追加されています。 AR9331はイーサネットおよびWi-Fi接続が可能で、ストレージ用のMicro-SDカード リーダーも搭載されています。
Arduinoミニチュア基本ボード
MKRシリーズの導入により、Arduinoはより小型のIoTフォーム ファクターを確実に採用しました。しばらく前から市場に出回っている小型ボードもいくつかあります。小規模プロジェクトにボードを埋め込むためのオプションを次に示します。
ArduinoNano – 頼れるミニチュア
Arduino Nanoは私のお気に入りの1つであり、他の多くのハッカーも同意するでしょう。このミニチュアは、Arduino Unoとほぼ同じ動作をしますが、設置面積は18 x 45 mmと小さく、大型の製品の4分の1以下の大きさです。特徴:
-Unoに搭載されているATmega328Pマイクロコントローラ。
-22ピン、そのうち8ピンはアナログ信号を処理できます。
-3.3Vおよび5V電源。
-7～12VDC電源。
ヘッダーピンを備えた大規模なアセンブリの中心として使用する場合でも、制御用にいくつかのリード線を素早くはんだ付けするボードとして使用する場合でも、Unoは部品箱用の多目的ボードです。
ArduinoMicro – 小型、HID対応
Arduino MicroはNanoとサイズと外観が似ており、48 x 18 mmのPCBとマイクロUSBコネクタ (Nanoのわずかに大きいミニUSBとは対照的) を備えています。
Nanoとは異なり、このボードにはATmega32U4 MCUが搭載されているため、Leonardoと同様にキーボードとマウスのエミュレーションを実行できます。20個のI/Oピンがあり、そのうち12個はアナログ入力が可能です。内蔵のUSB機能と小型サイズを考えると、Microはカスタム周辺機器に最適です。
Arduino Pro Mini – さらに小型
NanoとMicroでは小さすぎて作業に適さないという場合は、Pro Miniが18 x 33 mmと非常に小型です。14個のデジタルI/Oピン (うち8個はアナログ) を備えたATmega328 MCUを搭載し、重量は2グラム未満です。
このボードにはUSBコネクタや回路は含まれていません。これらの機能がなくても、ボードは超小型サイズを実現できますが、USBではなくFTDI接続を使用してプログラミングすることに慣れている必要があります。ボードには12個のデジタルI/Oピンしかなく、そのうち4個はアナログ入力として使用できます。
重要な注意点: ArduinoはPro Miniボードを公式Arduino製品として廃止しましたが、まだ比較的簡単に見つけることができます。
Arduino Pro Micro-Tiny HID対応
Pro MicroはPro Miniの18 x 33 mmフォームファクタを特徴とし、マイクロUSBコネクタを追加し、ATmega328の代わりにATmega32U4プロセッサを搭載しています。このビルドでは、Arduino Microよりもわずかに小さいパッケージでネイティブUSB機能が提供されます。
重要な注意: ユーザーは一般的にこのボードを「Arduino Pro Micro」と呼んでいますが、これは公式のArduino製品ではありません。
Arduino MKRファミリー
Unoはこれまでも、そしてこれからも、優れたフォーム ファクターであり続けるでしょう。しかし、Arduinoは MKRシリーズで、最新のIoT製品向けに小型のボード設計を採用しました。これらのボードは非常に強力ですが、それらを取り巻くハードウェアとソフトウェアのエコシステムはまだ改善の余地があります。
Arduino MKR Wi-Fi 1010 – 小型フォームファクタWi-Fi
MKR1000は、61.5 x 25 mmという小さなフットプリントを採用した最初の製品であり、最新バージョンはMKR1010です。このボードには22個のデジタルI/Oピンがあり、そのうち7個はアナログ入力が可能で、1個はアナログ出力として機能します (A0ピンと共有)。これらのピンの多くはPWM出力も可能で、UART、SPI、I2C、I2S通信も利用できます。
-MKR Wi-Fi 1010のデバイス機能は次のとおりです。
-SAMD21 Cortex-M0+ プロセッサ。
- 48 MHzのクロック速度で動作する32ビット低電力MCU。
- オンボードESP32モジュールを使用したWi-FiまたはBluetooth経由の通信。
-RTC機能。
-LiPoバッテリーに対応。
-6個のLEDを内蔵。
Arduino MKR Zero – 強力なチップ、内蔵SDカード リーダー
MKR Zeroは、Wi-Fi 1010とほぼ同じ仕様を備えています。Wi-Fi対応ではなく、SDカード スロットが内蔵されています。つまり、追加のハードウェアなしでサウンド ファイルを再生できるだけでなく、MKR Zeroはデータ ロギングに最適なプラットフォームにもなります。ボードの価格帯はArduino Unoとほぼ同じですが、大幅に拡張された処理能力と小型フォームファクタを備えたMKR Zeroは、さまざまなプロジェクトに最適な選択肢となる可能性があります。
Arduino MKR WAN 1300 – 長距離オフグリッド通信
MKR WANは、MKR ZeroやMKR Wi-Fi 1010とは異なるバッテリーと接続構成を備えていますが、同じSAMD21 Cortex-M0+ プロセッサを搭載しています。MKR WANの大きな違いは、Wi-Fiアンテナの代わりにLoRaWAN無線を搭載していることです。これにより、外部インフラストラクチャを一切使用せずに、非常に長い距離 (極端な場合には数十キロメートル、数百キロメートル) での通信が可能になります。
利用可能な場合、MKR WANは既存のLoRaWANインフラストラクチャとも連携できます。このボードは、特に長距離データ収集、通信、さらには制御操作など、LoRaWANの実験を始めるのに最適なプラットフォームになります。
Arduino MKR GSM 1400 – セルラーデータ転送
このボードは、MKR Wi-Fi 1010と同じ仕様とLiPoバッテリー コネクタを備えていますが、通信にはU-blox SARA-U201 GSMモジュールを使用します。このように装備されたMKR GSM 1400は、世界中の携帯電話ネットワークに接続してデータの転送と制御を行うことができます。ネットワークにアクセスするには独自のSIMカードを用意する必要がありますが、携帯電話基地局の範囲内であれば、デバイスは信頼性の高い高速データ転送を提供できます。
Arduino MKR Vidor 4000 – FPGAなど
すべてのMKRボードは驚くほど強力ですが、利用可能なすべての機能と、必要に応じて独自の機能を作成する機能を組み合わせたい場合は、Vidor 4000が最適なボードです。
このデバイスにはArm Cortex-M0+プロセッサが搭載されていますが、MKRはIntel Cyclone 10CL016 フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）を追加しました。このセットアップでは、事実上無制限の数のI/O構成オプションが可能になり、次のものが含まれます。
-ミニPCIエクスプレスポート。
-マイクロHDMIコネクタ。
-MIPIカメラコネクタ。
-Wi-FiおよびBluetoothモジュールにより、通信オプションがさらに広がります。
Vidor 4000は素晴らしい仕様を誇っていますが、FPGAの性質上、このリストにある他のボードとパフォーマンスを適切に比較することさえ困難です。要するに、必要な機能をすべて備えたボードが見つからない場合は、Vidor 4000がその役割をうまく果たせる可能性が高いということです。
結論
このリストは長いですが、Arduinoボードやその周辺のエコシステムからインスピレーションを得たボードは、ほんの一部に過ぎません。FPGA対応のVidor 4000が必要な場合でも、いくつかの照明スイッチを切り替えるNanoのような小型 (ただし強力な) モジュールが必要な場合でも、ニーズに合ったボードが必ず見つかります。