Arduino入門。計測器自作もプログラミング独習もこれ一台で。
技術系の職種の方は、なにかを開発しながら細かく計測したいとか、製造の過程で全数測定したいとか、そういった場面に出くわすことがあると思います。
よの中にそのような機械がなければ諦めるしか無いですよね。でもそれでも必要だったら？自分で作るかしかないです。
この記事ではArduinoという教育用に作られたプログラマブルマイコンを使って自作計測器を作る方法を紹介します。
Arduinoは以下のようなことができます。
- 電圧の測定
- 電圧の発生（パルス幅変調）
- デジタル通信（PCとの通信、ICとの通信、計測器との通信）
- 上記動作のプログラミング
このArudinoとデジタルICを使うと自分のオリジナルの計測器が作れます。この記事では、Arduinoとはなにか？とArduinoのメリット、これを使ったデジタル計測器のプログラミング手法を紹介しようと思います。
１ Arduinoとはなにか？
Arduinoとは以下の２つのものから成り立っています。
- Arduino本体
- IDE（開発環境ソフト）
IDEのインストーラはArduinoのウェブサイトからダウンロードできます。
Arduino本体はマイコンを実装したプリント基板です。Arduino以前のマイコンはプログラミング言語が専用であったり、IDEの使い方が複雑だったり、敷居の高いものでした。
しかしArduinoになってだいぶ使いやすいものに改善されています。IDEもシンプルで、言語もC言語がわかればすぐ書けるようになっています。
私も初めにArduinoを触ったときには３０分で電圧測定器を作れました。あの感動は忘れられません。
IDEはPCにインストールして使います。IDEとArduinoのドライバも同時にインストールされるので、IDEインストール後にUSBケーブルでArduinoをPCにつなぐと自動で認識します。
IDEで作ったプログラムは実行ボタンを押すとコンパイルされて、Arduinoに書き込まれます。この手順がシンプルに自動化されているのでArduinoは使いやすいんです。
２ Arduinoのすすめ
さて、Arudinoのことを少し理解してもらったと思います。いままで、この分野にはPICなどのプログラマブルマイコンがありましたが、なぜArudinoがおすすめなのかということを説明したいと思います。
おすすめする理由１ 電子工作未経験者でもOK
Arduinoは必要な部品がすでに基板に実装されています。ですのでとりあえずはんだ付けをしなくてもプログラミングが初められるのがメリットです。
Arduinoの良さを最大限発揮させるにははんだ付けが必要になりますが、Arduinoを買うときについでに２０００円のハンダゴテを買ってみてください。意外と簡単です。
ハンダゴテや電子部品などは秋月電子通称が有名です。秋葉原に実店舗がありますので買いに行くこともできます。
ハンダ付けができるようになれば計測器開発の道が大きく開けます。Arduinoはそんな未経験者が経験を得るためには一番いい教材だと思いますよ。
おすすめする理由２ 開発環境が手軽で簡単
Arduinoの紹介でも少し書きましたが、Arduinoはプログラミングに使う開発環境が非常に優秀です。
インストーラの形ではWindows、Mac、Linuxのインストーラがありますが、Webエディターも使えるように成りましたので、OSを意識する必要はあまりなくなりました。
WebエディターはChromeBookにも対応しているようなので、私が一押しのChromeBookでプログラミングを学ぶことも可能に成りました。
IDEはとてもシンプルです。
ただ起動するとsetup()とloop()が書かれたコードが表示されます。setupには起動後１回だけ実行する命令loopには電源が入っている間、ずっと繰り返される命令を書きます。
コードが書き終わったら→を押すとコードが機械語にコンパイルされてArduinoに書き込まれます。簡単ですね〜。
おすすめする理由３ 安い
Arduinoは回路がすべて公開されているオープンソースなハードウェアです。だから本家以外のArduinoがWeb上にたくさんあります。
AmazonでArduinoを検索してみてください。激安のものがたくさん見つかるはずです。偽物と思う人もいると思いますが、偽物では無いです。Arduinoと名のれるし、機能も問題ないはずです。
（品質に問題はあるかもしれないけど）
また、Arduinoはプログラミングをするのに専用のライターを必要としません。PICなどではPCとマイコンをライターで接続してプログラムを書き込みますが、Arduinoは付属のUSBケーブルでつなぐだけです。
Arduinoでプログラミングを始めるならば、Amazonで買った数百円の本体に中古のWindowsPCを用意すればいいので１万円以下ですみます。
初期投資がとても少ないのがArduinoの大きなメリットです。
３ Arduinoでできること
プログラミングの基礎に
ArduinoのIDEは非常にシンプルなのでもしかするとプログラミングを独学するのにも向いているかもしれません。
私はプログラミングの独学にはC＃がベストと思っていますが、それはC#にコードの補完機能がついているからです。Arduinoにはコード補完がありませんが、それを考えなければ、Arduinoの方が独学向け？かもしれませんね。
計測器の自作に
Arduinoのプログラムを作って動作をさせるにはArduino単体ではLEDをチカチカさせる（Lチカという）くらいしかできません。しかし、Arduinoにつながるセンサーを利用すると自作の計測器が作れます。
自作の計測器にはWindowsのプログラミング、Arduinoのプログラミング、センサー回路の設計といくつかの知識が必要になりますが、これらが理解できれば１人で計測器が１台作れてしまうんです。
メーカー製計測器と同じ品質のものは難しいかもしれませんが、職場で使える測定器を作ってデータを収集することも可能です。
このサイトでは今後、計測器の自作についての記事を少しづつ紹介していきたいと思いますので、ちょっとお待ちください。
まとめ
この記事ではマイコン＋基板であるArduinoの紹介とメッリト、計測器の自作のイメージを紹介しました。
私はArduinoの本当のすごいところは自分で計測器が作れることにあると思っています。この次の記事からArduinoの本当の使い方ー装置自作の手法を紹介したいと思います。