Arduino：賢い人のためのガイド

Arduino：賢い人のためのガイド | TechRepublic

自分で電子機器を作りたいと思ったことがあるなら、Arduino ボードを購入してチュートリアルに取り組むのが良い出発点です。

このガイドと付属のビデオでは、Arduino を使い始めるために知っておく必要のあるすべてのことを説明し、随時更新されます。

参照: TechRepublic のすべてのチートシートと賢い人向けガイド

エグゼクティブサマリー

Arduino とは何ですか? DIY 電子機器を作りたい人のために、ハードウェア、ソフトウェア、コミュニティサポートを提供するプロジェクトです。
なぜArduinoが重要なのか？それは、技術的な知識がない人でも簡単に独自のガジェットを作れるようになるからです。
Arduino は誰に影響を与えますか?電子機器をいじって、それを使ってデバイスや芸術作品を作ることに興味がある人なら誰でも。
Arduino の競合相手は誰でしょうか? Arduino は、幅広いエレクトロニクス愛好家のニーズに応えるオープン設計により、多数のスピンオフボードを生み出してきました。
Arduino はいつ登場するのでしょうか？現在進行中のプロジェクトで、定期的に新しい Arduino ボードがリリースされています。
Arduino はどこで入手できますか？ボード、キット、コンポーネントはオンラインで広く入手可能で、米国の Adafruit、英国の element14 などの専門店や、公式 Arduino ストアでも販売されています。

Arduino とは何ですか?

Arduino プロジェクトは、人々が独自の自家製ガジェットの作成を始めるための簡単な方法を提供します。

このプロジェクトは、エレクトロニクス愛好家の卵に必要なすべての要素、つまりハードウェア、ソフトウェア、そしてフォーラムやオンラインチュートリアルを通じて新しいユーザーを支援するアクティブなコミュニティを提供します。

Arduinoは、様々なプログラム可能なマイクロコントローラーボードにその名を冠しており、DIYデバイスの頭脳として機能します。これらのボードは、自作家電に組み込みたい照明、センサー、モーター、マイク、ボタンなど、様々なコンポーネントと連携して動作させることができます。例えば、Arduinoを使えば、モーションコントロール可能なビデオカメラを作ったり、リビングルームの照明をリモコン操作したりすることができます。

もちろん、これらのハードウェアは制御方法がなければ役に立ちません。幸いなことに、Arduinoボードは、こちらからダウンロードできる統合開発環境（IDE）またはArduinoウェブエディターを使用して、Linux、Mac、またはWindowsマシンからプログラムできます。

この Arduino IDE を使用すると、ユーザーはスケッチと呼ばれるプログラムを作成できます。スケッチは、オンボードピンを介してボードや接続されたコンポーネントと対話できます。たとえば、ピンから LED に信号を送信して LED を点滅させたり、センサーに接続されたピンからの入力を読み取ったりできます。

ユーザーは、こうした非常にシンプルな作品から始めて、複雑な電子機器を構築し、最終的にはロボットアームや指紋スキャナー、さらには歯磨きロボットなど独自の作品にまで発展させることができます。

Arduinoスケッチが完成すると、IDEはそれをまずC++に変換し、その後マシン語命令にコンパイルして、Arduinoボードが理解できる形式に変換します。その後、これらの命令はUSB経由でArduinoボードにアップロードできます。

Arduino ボード用のソフトウェアを書くのは難しそうに思えるかもしれませんが、基本は比較的簡単で、各 Sketch プログラムでは、ユーザーがボードを設定して、ピンや接続されたコンポーネントに信号を送信したり、そこから信号を収集したりし、次にボードにこれらのコンポーネントと対話する方法を指示する必要があります。

Arduino言語は基本的にC++プログラミング言語の簡易版であり、変数、関数、ループ、定数といったプログラミング構造に関する基本的な知識が必要です。しかし、ストレージへの書き込みやサーボモーターの制御といった一般的なタスク用のコードも豊富に用意されており、ライブラリをインポートすることでプログラムに直接組み込むことができます。

上のビデオで、ボードのセットアップと簡単なプログラムの作成方法を解説します。当然ながら、進めていくにつれて理解すべき複雑な部分が増えていきますが、幸いなことに、Arduinoのチュートリアルや活発なコミュニティが数多くあり、サポートしてくれます。

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Arduino が重要なのはなぜですか?

Arduino の理念は、電子機器を作るプロセスを簡素化し、技術的な知識のない人でも利用できるようにすることです。

プロジェクトページに記載されているように、Arduino は「子供、愛好家、アーティスト、プログラマーなど誰でも、キットのステップバイステップの指示に従うだけでいじくり回したり、Arduino コミュニティの他のメンバーとオンラインでアイデアを共有したりできるように」設計されています。

この使いやすさの多くは、時間をかけて成長してきたボードとキットの大規模なエコシステムと、公式フォーラムを通じて新規ユーザーを支援する積極的なコミュニティによって作成された大量のチュートリアルとコードに由来しています。

エレクトロニクスの魅力を広げたいという思いが、2000年代半ばに Arduino プロジェクトを立ち上げるきっかけとなりました。技術的な知識のない学生がエレクトロニクスのプロトタイプを迅速に作成できるツールとして、イタリアの Ivrea Interaction Design Institute で最初のボードが製造されました。

学校での Arduino の使用を促進するために、ボードの開発団体は最近、Creative Technologies in the Classroom (CTC) と呼ばれるプログラムを作成した。

CTC は、教師が教室で Arduino ボードを使用する方法を理解できるよう支援し、ボードをプログラムして電子ハードウェアを構築する方法を説明する教育プログラムを 13 ～ 17 歳の生徒に提供します。

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Arduino は誰に影響を与えますか?

Arduinoプロジェクトの使いやすさは、このボードの幅広い支持を得ています。Arduinoは、電子工学の初心者（教師、アーティスト、子供たち）だけでなく、電子工学やプログラミングの専門知識を持つ人にも使用されています。

Arduino を使い始めるのは、最初は圧倒されるように思えるかもしれません。利用可能なボードの数が膨大で、通常は Atmel AVR マイクロコントローラを中心に構築された公式製品が 20 種類以上あるためです。これにはクローンや「Arduino 互換」ボードは含まれていません。

Arduino にヒントを得たスピンオフ製品が数多く存在する理由は、Arduino ボードの設計が Creative Commons Attribution Share-Alike ライセンスの下で誰でも使用できるようになっているからです。

このオープンソースハードウェアモデルは、Arduinoボードの学習に役立つだけでなく、設計を微調整して独自のArduinoクローン（Pro Microなど）を作成するのにも役立ちます。これらのクローンは、公式ボードよりも安価で、新しい機能を追加できる場合があります。ただし、購入する前に、公式ボードとの100%の互換性があることを確認することをお勧めします。Arduinoボードがどの程度オープンハードウェアと言えるかについては、議論の余地があります。

各ボードには独自の特徴があります。たとえば、Arduino Robot はモーター駆動とセンサー読み取り専用のボードを備えた車輪付きの製品ですが、Arduino Mega は、より複雑な Arduino プロジェクトで使用するためにピンの数を 56 に増やした単一のボードです。

しかし、Arduino協会はボードを分かりやすく分類し、ニーズに最も適したボードをランク分けしています。米国以外の国にお住まいの場合、公式ArduinoボードはGenuinoブランドで販売されている場合があります。

初心者にとって良い選択肢は、Arduino Uno です。これは、比較的安価 (20 ユーロまたは約 22 ドル) で、電子機器の構築を開始するのに十分なデジタルピンとアナログピンを備え、オンラインで利用できる関連チュートリアルが多数ある、オールラウンドな製品です。

ボードに新しい機能を追加するのは簡単です。最も簡単なのは、Arduinoのピンヘッダーに直接差し込む拡張ボードであるシールドを使用することです。Arduinoシールドは、Zigbeeワイヤレス接続やSDカードリーダーなど、さまざまな機能を追加できます。

操作したい電子部品も用意する必要があります。初心者向けには、Uno本体にLED、モーター、抵抗器、コンデンサ、センサー、プッシュボタンなど、必要なものがすべてセットになったスターターキットが数多く販売されています。これらの部品を組み立てるのにはんだごてを使う必要もありません。ブレッドボード（Arduinoと電子部品を簡単に接続できる接続ボード）を使えば、簡単に組み立てられます。

Uno の使い方に慣れてきたり、Uno の機能が使いこなせなくなったら、他の多くの Arduino ボードの使用に進むことができます。たとえば、電子機器のプロトタイプを作成したら、小型の Pro Mini を最終デバイスに組み込むこともできます。

Arduino を使って何ができるのか知りたい方は、公式プロジェクトハブをご覧ください。階段を登るロボット、現実のハリー・ポッターの組み分け帽子、IoT 対応の水耕栽培農場、Amazon Alexa を搭載したパーソナルヘルスケアアシスタント、ドローン、悪夢のような六脚ロボット、超音波マッピングツール、ホームオートメーションキット、天気を反映して変化する画像など、さまざまなものが見つかります。

Unoボードは比較的手頃な価格ですが、価格はすぐに高騰する可能性があります。Arduino Robotのような高級ボードは150ユーロ以上で販売されることもあり、必要なものがすべて揃った公式スターターキットは80ユーロです。一度ハマると、新しいハードウェアをどんどん買い集めることになるでしょう。Unoが大きすぎる場合は、Unoとほぼ同じ機能をチューインガムサイズのパッケージに詰め込んだ、弟分のArduino Nanoがあります。前述のように、はるかに安価なクローンボードは数多く存在しますが、購入前に完全に互換性があるかどうかを確認することをお勧めします。

公式ボードは定期的にリリースされており、2017 年秋には、常時接続の IoT デバイスに適した低電力 WAN 接続を提供する Arduino MKR WAN 1300 と、1300 に 2G/3G 通信を追加する Arduino MKR GSM 1400 という 2 つの小型ボードがリリースされました。

Arduinoは2018年、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（FPGA）を搭載した初のボード、MKR Vidor 4000をリリースしました。FPGAは、コアロジックをソフトウェアで再構成できるチップです。FPGAのロジックは特定のコンピューティングワークロード（例えば、高速デジタルオーディオおよびビデオ処理）に合わせてカスタマイズできるため、汎用CPUよりも効率的にこれらのタスクを実行できます。しかしながら、Arduino MKR Vidor 4000の初期ハンズオンでは、FPGAの設定が難しく、カスタマイズ性も比較的限られていることが分かりました。

近々発売される Arduino Uno WiFi Rev 2 では、Uno に Wi-Fi 接続、Microchip 社の 8 ビットマイクロプロセッサ、慣性計測ユニットが追加されます。

公式ボードも段階的に廃止されることがあります。チップメーカーのIntelがArduinoコミュニティから撤退したことを受けて、Intel Curieを搭載したArduino 101ボードは販売中止となりました。

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Arduino の競合相手は誰ですか?

35ドルのRaspberry Piは、Arduinoと外観が似ており、価格もArduinoと同等に扱われることが多いですが、ArduinoとRaspberry Piには大きな違いがあります。Arduinoはマイクロコントローラーをベースとしており、Raspberry PiはオンボードRAMなどの機能に接続されたマイクロプロセッサーをベースとしています。どちらのボードもピンに接続された電子機器を制御できますが、Raspberry Piは完全なデスクトップコンピューターとしても動作可能です。しかし、Arduinoは電子プロトタイプの作成や、最終製品で新しいマイクロコントローラーへの交換が容易な点が利点と言えるでしょう。

しかし、電子工作愛好家向けにArduinoとある程度互換性のあるボードが数多く存在します。これらのスピンオフボードは、Arduinoをあらゆる点で模倣しており、機能の追加や削減、消費電力の増減など、価格の安いものから高いものまで様々です。つまり、電子工作のアイデアがあれば、ニーズに合ったArduino風ボードが見つかる可能性が高いということです。

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