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Arduino:マイコンいじり始めました #001

time 2019/01/27

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カスタム研究所【電子工作】Arduino:マイコンいじり始めました #001

AndroidやWindows等の「ソフトウェア」だけでは何だか物足りなくなってきたので、マイコン制御や電子工作などの「ハードウェア」にもチャレンジしていく事にしました。

ちなみにLyは電子部品や回路に関しては素人同然で「中途半端な知識」しかありません。

なのでLyが1から学んでいく過程を記録していき、
当ブログを訪れた「電子工作の初心者さん」のスタートアップに繋がるような記事をUPしていく予定です。

まずはArduinoから始めて、いずれは電子部品をハンダ付けしてオリジナル機器を制作できるレベルまで進みたいと考えています。

 

もくじ

1, マイコンって何?
2, マイコンで何ができるの?
3, なぜArduino?
4, 購入した物
5, 電子部品の購入について
6, Arduino言語
7, 書き込みソフト
8, 回路図の作成
9, あとがき

 

1, マイコンって何?

マイコン=マイクロコンピューターの略称です。

※写真はArduinoに搭載されたマイコンチップ(ATmega328P)です。

マイコン内部は、
・処理回路(CPU)
・記憶装置(RAM・ROM)
・I/O(入出力端子)
の3つから構成されており、
さらに「ブートローダー」や「プログラム」が必須なので、まさに「小さなパソコン(マイコン)」です。

プログラムが書き込まれたマイコンチップだけを抜き取って、他のArduinoに挿しても全く同じ動作をしてくれますし、
マイコンチップの複製も可能で、例えば「照明のON/OFFプログラム」を書き込んだマイコンチップを量産する事も可能です。

さらに詳しくは「マイコン入門:ルネサス エレクトロニクス」を御覧下さい。
こちらのほうが分かりやすいです。

 

2, マイコンで何ができるの?

マイコンは既に家電製品や工業用品やテレビリモコンや自動車など様々な機器に搭載されています。
例えば、センサーから得た数値を基にエアコンを制御したり、タイマーで時間通りに機械を動かしたり、アイデアと工夫次第で何でも出来ます。
インターネットとマイコンを繋げば「IoT(Internet of Things)」が実現できます。
その「マイコン」を自作してしまえば思い通りの機器制御が可能になります。

 

3, なぜArduino?

ラズパイobnizも検討した結果「Arduino」から始める事にしました。

【Raspberry Pi】
Raspberry Pi(ラズパイ)のほうが高機能なのは分かっていますが、
さほど複雑な処理は行いませんし、もし高機能を要求する処理なら素直にパソコンを使います。

今のLyにとってラズパイは「中途半端でコスパ的に割高」だったので後回しにしました。
【obniz】
obnizは「インターネットと電子回路をつなぐシステム」です。

obnizはソフトウェア(Web技術)を学ぶには良いかも知れませんが、Lyがやりたいのは「ハードウェア」なので1から電子工作を学ぶには遠回りになってしまいます。
あと値段が高価です。
obnizと同じSoC(ESP32-WROOM-32)が実装されたHiLetgo ESP32 開発ボードならAmazonで1300円くらいで購入できますし、LCDディスプレイは800円くらいで購入できます。


HiLetgo ESP32 開発ボードと自前のソースコードさえ用意すればobnizと同じ事が出来ます。
obnizの売価には「ライセンス料・クラウド代金・アプリ代金・サポート料」などが含まれているので高くて当然です。もう少し「お小遣い」に余裕が出てきたらobnizも購入してみようと思います。
【Arduino】
高機能順に並べると「ラズパイ>obniz>Arduino」になりますが、Arduinoが最も「シンプル・情報が多い・安上がり」です。
そのかわりソフトウェア~ハードウェアまでの幅広い知識や経験が必要なので「ハードウェアの勉強」にはもって来いです。

★シンプル
Arduinoには通信機能(LANやWi-Fi等)がありません。
「プログラムで命令を出して、I/Oピンから電気を流して、機器を制御する」これだけです。
なので電子制御の基礎から学べます。
もし通信機能が必要なら別途で開発モジュールを追加すれば良いです。

★情報が多い
日本国内にはArduinoに夢中になっている有志が多いし、英文に抵抗を感じないなら世界中に情報が転がっています。
ネット上では様々なライブラリーが無償で公開されていますし、セット商品を購入すれば「入門用CD」まで付いてきます。

★安上がり
パソコン(Windows・Mac・Linux問わず)さえ持っていれば初期投資3000円から始められます。
センサーモーター類は数百円から購入できるし、知識さえ有ればジャンク機器から部品取りして流用する事も可能です。

「学び方」さえ把握してしまえばArduinoが最も入門しやすいと思います。

 

4, 購入した物

これから電子工作を始めるにあたって、まずはArduino関連商品を購入しました。

1, Smraza Arduino UNO R3初心者スターターキット
2, HiLetgo ESP32 開発ボード
3, サンハヤト ジャンプワイヤキット SKS-140

総額で5千円ちょっとでした。

Smraza Arduino UNO R3初心者スターターキット」には、Arduino本体と配線類と各種センサー等がフルセットで入っています。

これだけ揃ってれば初心者には十分だし、パーツ類をバラで買うよりも断然安上がりです。セット内容が充実し過ぎているので、むしろ消化しきれないかも知れません(苦笑)
ちなみに同梱のArduino本体は「互換機」であり、本家の純正Arduino本体ではありません。ですがArduinoは「オープンソースハードウェア」なので設計図が無償公開されており、一定のライセンス要件を満たしていれば誰でも自由に制作して構わない物です。なので本家や互換機なんて気にせず「安いほう」を買えば良いと思います。
ただし「製品クオリティ(使用パーツの違いやハンダ付けの仕上がり等々)」に関してはレビュー等を参考に個々で判断する必要があります。
HiLetgo ESP32 開発ボード」は、ArduinoにWi-Fi機能とBluetooth機能を追加するために購入した物なんですが、実は「HiLetgo ESP32 開発ボード」単体でもArduinoと同様に使えます。というかArduinoよりも高機能です。

あくまでも「2個目のArduinoを買った」という感じなので、初心者はまだ購入する必要はありません。
サンハヤト ジャンプワイヤキット SKS-140」は、配線の「見た目(外観)」を美しくするために購入しただけなので無くても差し支えありません。
いわゆる自己満足商品です(笑)

作業に必要な配線類(ジャンパ線)はスターターキットに入っているので追加購入する必要はありません。

Lyは実験や検証作業を何度も行ったうえでブログ記事として書くので「多め」に購入しましたが、読者の皆さんは「Smraza Arduino UNO R3初心者スターターキット(約3000円)」だけで十分だと思います。
ちなみにスターターキットはYahooショッピング楽天市場でも売っていますがAmazonのほうが割安でお得です。

 

5, 電子部品の購入について

Lyは主にAmazonで電子部品を購入していますが、出品者によっては「中国発送」の商品があります。
中国発送の商品は「割安&送料無料でお得だらけじゃん!!」と思われがちですが、中国発送だと商品到着までに2~4週間も待たされるし、場合によっては「税関没収→返金」という最悪のケースもあります。
Lyは何度も経験していますが、この「税関没収→返金」を2回繰り返すだけで約2ヶ月の時間を無駄にします。
たとえ返金されても「失った時間」は戻ってきませんので、どうしても必要な部品は「Amazon発送」の物を購入する事をオススメします。
ちなみに出品者が直接発送した商品(非Amazon発送商品)でトラブルが発生した場合は「出品者と直接交渉」になるのでとても面倒くさいです。日本語が通じない出品者もいるので要注意です。

 

6, Arduino言語

ArduinoではC/C++言語を基にした独自言語(Arduino programming language→直訳→Arduino言語)が使われています。

概要はコチラ→「Arduino言語リファレンス

なのでC/C++が書ける人ならArduinoを容易に扱えますが、LyはC/C++は書けないので1からの勉強になります。
ちなみにArduino言語で書かれたプログラム(ソースコード)は「Sketch/スケッチ」と呼ばれており、「Sketch」若しくは「スケッチ」で検索すれば様々なライブラリを見つけられます。

 

7, 書き込みソフト

Arduinoにソースコード(Sketch/スケッチ)を書き込むには「Arduino IDE」というソフトウェアを利用します。

Arduino IDE」は本家が無償公開しているので誰でも使うことが出来ますし、シェルなどの「難しい事」を意識すること無く利用できます。

大まかに解説すると「Sketchを書く→コンパイルする→Arduinoに書き込む」という流れになります。

ちなみにWindows標準のコマンドプロンプト等々(所謂コマンドラインツール)でも書き込みは可能です。
プログラマーのような上級者になるとArduino IDEよりもコマンドラインツールのほうが使いやすいらしいです。

 

8, 回路図の作成

回路図は「fritzing(フリッツィング?)」というソフトウェアを使って作図します。

アイコンが豊富だし、ほとんどドラッグ&ドロップだけで作図できるし、何よりイラストが可愛いのでfritzingを選びました。

あと、そもそもLyは回路図が読めません。

こんな図面を見せられても理解できないほど初心者なので、記号や表記はオイオイ学んでいくつもりです。
ちなみにfritzingでは上図のような回路図も書けるようです。

 

9, あとがき

Arduinoや電子工作に関してざっくりと解説してみましたが、大まかな概要(必要な物・学ぶべき事)は見えてきたと思います。
あとは実際にLEDやモーター等を動かしてみて「体験・経験」を積んで一歩づつ学びを進めるのが良さそうです。

Ly自身が電子回路の初心者なので少しづつマイペースに学んでいくつもりですが、
もし記事中に間違いや勘違いがあったらTwitter(@clabtokyo)から声をかけて下さると嬉しいです。

次回はマイコン学習の登竜門である「Lチカ(えるちか)」をやってみようと思います。

 

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