マイコン学習の始め方とステップアップ

ArduinoやESP、mbed、Raspberry Piなどいろいろなマイコンがありますが、おすすめの学習方法をまとめたいと思います。

最初はArduino UNOがおすすめ

世界中で使われているマイコンです。簡単な電子工作と共に使ったり、3Dプリンタの制御などでも利用されています。

特徴としては、あまり高性能ではないですが利用しやすいのと安価で充実した環境が構築できます。

学習セットがおすすめ

私も購入しましたが、上記のセットがおすすめです。三千円前後でArduino UNOと、学習用の部品セットが手に入ります。(もっと部品がついている最終版スタータキットでもいいですが、倍の値段になります)

付属品CDに日本語マニュアルが入っていない場合には、ホームページから最新版をダウンロードすると日本語のチュートリアルが入っています。

マイコンの基板だけ購入しても、何をしたらいいのかわかりませんが、部品セットとチュートリアルがあれば、どんなことができるのかを実験しながら学ぶことができます。Arduino以外のマイコンでも、部品やチュートリアルの回路などは流用できるので無駄になりません。

ELEGOO以外にもいろいろなメーカーがセットを出していますが、日本語チュートリアルが充実しているのはELEGOOになります。

予算がない人はまずはホームページから最新版をダウンロードして中身を見るだけでも学習はできると思います。

Arduino UNOのプラスアルファ

ロボット

ELEGOO UNO R3スマートロボットカーV3.0+ 電子工作教育的おもちゃ、全年齢対象ロボット
Elegoo
¥6,999(2021/02/02 10:13時点)
Elegooスマートロボットカー: 初心者がプログラミング、エレクトロニクスの組み立て、およびロボットの知識に関する実践経験を得るための教育キットです。ロボット勉強の統合ソリューションであり、電子工作教育のために作られています。

実際にものを動かしてみたいという場合には、ロボットのキットがありますので購入してみるのもいいかもしれません。

中身を確認したい場合には、ホームページからマニュアルなどがダウンロードできますので、興味があれば購入する前に確認することができます。

Grove

Seeed studio Arduino用スターターキット ビギナー キット STEAM プログラミング キット 初心者向け Grove Beginner Kit for Arduino
seeed studio
¥2,650(2021/02/01 18:22時点)
【10+1Arduino用スターターキット】:Arduino UNO互換ボード(ATmega328pベースのSeeeduino Lotusというマザーボード)、最も一般的に使用されている10個のArduino用Groveセンサーが含まれ、初心者にとって最適なArduinoスターターキットです。
Grove 音声認識キット for Arduino - Grove Speech Recognizer kit
Grove
¥12,000(2021/02/02 10:51時点)
各種機器を操作できる音声認識システム開発スタートキット

GroveとはSEEED社が開発をした、コネクタの規格です。学習セットではブレッドボードジャンパー線と呼ばれる線で接続をしますが、もっと簡単に接続するためのものです。

たとえばI2Cのセンサーを利用する場合には、I2Cと書いてあるところに線をつなげるだけで使えます。

Groveは非常に楽に接続が可能で、試験などで入れ替えも簡単にできます。ただし、コネクタが共通なだけで、自分で同じように接続すれば利用することも可能です。

Arduino以外でもGroveの部品は利用することが可能ですので、興味があればチャレンジしてみるのもいいと思います。ただし、普通の部品に共通のコネクタをつなげている関係で単品で買うよりは高くなります。

NanoとMEGA

HiLetgo Leonardo Pro Micro ATmega32U4 5V/16MHz ブートローダ マイクロ USB Pro mini Arduinoに対応 [並行輸入品]
HiLetgo
¥990(2021/02/02 10:52時点)
注意:ショッピングカートを追加する際には、“HiLetgo-JP”から出荷されていることを確認してください。当社は電子部品の専門メーカーであり、電子製造と完璧な技術サポートに豊富な経験を持っています。他の売り手はHiLetgoの許可を受けていません、“Engmaメーカー直営店”が販売する製品は、偽造HiLetgo製品です、店舗評価は60~70%しかなく、品質を保証することは困難です。 あなたがHiLetgoブランドではない製品を受け取った場合、私達に連絡するか、またはAmazonに不平を言う。
サインスマート(SainSmart) MEGA2560 互換ボード for Arduino
サインスマート(SainSmart)
¥2,350(2021/02/02 10:52時点)
Arduino MEGAの後継Arduino MEGA 2560の互換ボードです!

ArduinoにはNanoやminiと呼ばれる小さい基板と、MEGAと呼ばれる大きな基板があります。使える端子数などが違いますので、用途に応じて選ぶことができます。

Nanoはmini USB端子を使っているものが多いのでご注意ください。私はMicro USB端子になるべく統一しているので、mini USBの基板は極力避けています。

基本を学んだら無線対応のESP32

HiLetgo ESP32 ESP-32S NodeMCU開発ボード2.4GHz WiFi + Bluetoothデュアルモード
HiLetgo
¥1,040(2021/02/01 23:00時点)
ESP32 ESP-32S NodeMCU開発ボード2.4GHz WiFi + Bluetooth
waves NodeMCU-32 開発ボード ESP32 ESP-WROOM-32 WiFi Bluetooth 技適取得済
waves
¥980(2021/02/01 23:00時点)
NodeMCU 開発ボード ESP-32 WiFi Bluetooth 4.2 モジュール

ESP32とはArduinoでWi-fiとBluetoothが利用できるマイコンです。電波法の関係で日本で利用できるものは技適呼ばれるマークが付いているものだけになりますのでご注意ください。

ついていないものは非常に安いですが、日本で利用できるESP-WROOM-32と呼ばれるモジュールを搭載しているか、個別に申請している商品を利用するようにしましょう。

また、似たようなモジュールでWi-fiのみが利用できるESP8266(ESP-WROOM-02)もありますが、あまり値段差がないので高性能なESP32をまずは触ってみるのがいいと思います。

Bluetoothの利用例は、シリアルケーブルでパソコンに転送していたデータを簡単に無線化できます。シリアルポートの代わりにBluetoothを利用するようにするだけで、簡単に無線化ができます。

Wi-fiの利用例は、インターネット上に直接データを転送することができます。部屋の温度を定期的にアップして、グラフで確認をしてみたり、一定値を超える温度になったらメール通知などをしてくれるサービスなどが無料で提供しているサイトなどもあります。

ESP32のプラスアルファ

M5Stack

M5Stack Basic
スイッチサイエンス
最も基本的なM5Stackです。
M5stack ESP32バッテリー 700 mAh M5stack Battery A r d u i n o 用 教育のための電子DIY
Vivan-Star
¥1,598(2021/02/02 10:52時点)
[ドキュメントリンク] https://github.com/m5stack

M5StackはESP32を利用したマイコンで、小さい画面にボタンやmicroSDカード、スピーカー、Grove用のコネクタなどがあります。

Stackの名前の通り、バッテリーなどの拡張用モジュールを積み重ねて利用することができます。BASICの他にも加速度、ジャイロ、磁気を計測可能な9軸センサを搭載したGrayや高性能なFireなどもあります。

最近はもっと小さいCameraや腕時計ぐらいのStickも販売されています。画面がついているので非常に使いやすいですが、できれば最初はプレーンなESP32の開発ボードから入ってもらい、他のボードで動かないときには、プレーンなESP32では動くのかを確認して欲しいです。

ここで自分の興味の方向性を確認する

Arduino UNOとESP32を触ったところで、ちょっと自分がどんなものに興味があるのかを確認したほうがいいと思います。

もっと細かい制御がしてみたい→mbed

Arduinoは非常に便利ですが、細かい制御や高度な制御には向いていません。もっと細かい制御をしたい人にはmbedをおすすめします。

mbedとはブラウザ上でプログラミングして、出来上がったプログラムをダウンロードして、USBメモリみたいに認識しているマイコンにコピーするだけで動かすことができる仕組みです。

mbed対応のマイコンは大量にありすぎて、選ぶことが難しいです。上記ではArduinoとのピン互換性が高いNUCLEO-F401REと、すこしピンの互換性は下がりますが高性能のNUCLEO-F446REを紹介します。

両方ともSTM32と呼ばれるチップを利用した、オフィシャルの開発用ボードになります。STM32はArduinoも動きますので、mbed専用ではありません。そしてSTM32独自の開発環境もありますので自分の好きな環境で開発することができます。

STM32以外のチップを利用したmbedも大量にあって、用途に合わせてチップを選ぶことになりますが、STM32の中でもたくさんありすぎて選ぶのが大変です。

上記がSTM32の開発ボードのナインナップですが、Nucleo-32がArduino nanoに相当する小さいボードで、右のNucleo-144がMEGAに相当する大きいボードです。通常は真ん中のNucleo-64から選ぶのがいいと思います。

高性能のチップと省電力のチップでそれほど価格は違わないので、バッテリーで長時間動かすなどでない場合には、まずは真ん中の上の方にある高性能のチップを使っておけばいいと思います。

チップ単体の価格は非常に安いわりに高性能のため、実際の商品化する際には利用しやすいとは思いますが、趣味のレベルだとESP32で速度が足りない場合にSTM32の利用を検討すればいいかなと思っています。

ただSTM32は無線機能を持っていないので、無線機能を使う場合には別途ESP32やESP8266に接続して、通信部分だけ任せるみたいな使い方が多いみたいです。

STM32以外だとPICとかAVRも調べてみたも楽しいと思います。

もっとパソコンみたいな制御がしたい→Raspberry Pi

USB接続のカメラとかプリンターを制御したいみたいな場合には、Raspberry Piをおすすめします。Raspberry Piはマイコンではなく、小さいパソコンです。

LABISTS Raspberry Pi 3 Model b+ ラズベリーパイ 3 b+ MicroSDHCカード32G/NOOBSシステムプリインストール/カードリーダ /5V/3A スイッチ付電源/高品質HDMIケーブルライン/ヒートシンク/簡単に取り付けケース/日本語取扱説明書/24ヶ月保証
ABOX
¥10,800(2021/03/02 20:22時点)
🍓セットの内容物は、ラズベリーパイ3b+、32GB(Class10)のmicroSDカード、カードリーダー、丁寧に作られたロゴ入りブラックケース、放熱対策のためのヒートシンクを2つ、Raspberry Pi 公式から推奨されていたアンペアである5V3.0AのUSB電源アダプターとスイッチ付き電源ケーブル、日本語の取扱説明書など豊富な付属品が含まれています。はじめてのセットアップに便利です。大人にも子供にも適しており、簡単で時間もかからず、すぐにご使用いただけます。このラズベリーパイ3b+セットから用途に合わせてカスタマイズする場合も役立てていただける内容で揃えております
[スイッチサイエンス]Raspberry Pi Zero W スターターキット(16GB版)
スイッチサイエンス
Raspberry Pi Zero W本体、miniHDMI変換アダプタ、USB-microB OTGケーブル、MicroSD、電源がセットになった商品です。

本体のみのものもありますが、コネクタが特殊なのと、電源の要求が厳しいのでセットのものを選んでみました。

大きなRaspberry Piと、小さなRaspberry Pi Zeroがあります。バリエーションで無線が使えるものと、使えないものや、細かい性能が違うものがありますので最新の情報で調べ直してから購入したほうがいいと思います。

小さいパソコンなので、パソコンで出来ることは、大抵できますが、逆にマイコンではないのでマイコンで利用していたようなアナログ入出力などがそのままではできません。

I2Cなどはありますので、I2C経由でADCを接続するなどが必要になります。

GrovePi+ for Raspberry Pi Groveセンサー用ボード
Dexter
¥6,000(2021/02/02 10:55時点)
Groveセンサー、デバイスを Raspberry Pi で使用するための拡張ボード
Grove Pi+ スターターキット 初心者向け Raspberry Pi A+,B,B+&2,3適用 CE認証
SEEED
¥12,599(2021/02/02 10:55時点)
このGrovePi+のスタートキットは10本のケーブルでGrovePi+のボードと12個のGroveセンサーと連接できる。
GrovePi Zero for Raspberry Pi Zero
GrovePi
¥4,900(2021/02/02 10:55時点)
Groveセンサー、デバイスを Raspberry Pi Zero で使用するための拡張ボード
GrovePi Zero Base Kit ベースキット
GrovePi
¥22,000(2021/02/02 10:55時点)
GrovePi Zero と Groveモジュール12個がセットになったキット

Raspberry PiでGroveコネクタを利用するためのGrovePiという拡張ボードもありますが高いです。これはアナログ入出力などが使えるようにICを搭載して、変換しつつ簡単に使えるようになっているためです。

まとめ

ほんとうはmbedがブラウザだけで開発できるので、簡単なのですがそれを使って電子工作をするとかになると書籍と、部品を購入したりと結構面倒になります。

その点Arduinoのセットだと日本語のチュートリアルもついているのと、開発環境を整える練習もできるのでトータルで始めやすいのかなと思います。

コメント

タイトルとURLをコピーしました