Arduino Pro – 成功的なIoTアプリを作る型破りで簡単な方法
Arduino Pro – 成功的なIoTアプリを作る型破りで簡単な方法発行日: 26-01-2021 🕒 8 分钟阅读
- Arduino – なぜアマチュアだけに役立つではないか?
- Arduino Pro – なぜこのソリューションを選択すべきか?
- Arduino Pro – 誰に適用するか?
- Arduino Pro ハードウェアプラットフォーム
- Arduino Portenta H7向けの拡張モジュール
- ソフトウェア – Arduino IoT クラウド、Arduino IoT API、Arduino IDE Pro、Arduino CLI
Arduino – なぜアマチュアだけに役立つではないか?
Arduinoプラットフォームは世界中で大人気となっている。最初にそれは主にアマチュアとホビイストに関わったが、時間が経つにつれて、プロにも評価されるようになった。Arduinoによる本ソリューションの最も重要な長所はアイディアをアプリに転換する容易さなので、それも世界の数百万のユーザに人気がある理由である。プロトタイプだけではなく、最終製品もArduinoベースのソリューションで作られている。その知名度により、ArduinoプラットフォームはIoTデバイスの世界に入り、利用しやすいハードウェア及びソフトウェアを提供している。同製品はスクラッチからアイディアを開発する必要がなくて、それに多くのケースでは外部専門家の導入も要らない状態で既存のコンセプトを利用しモノのインターネットのソリューションが作れる。
組込式アプリにおけるArduinoの利用
インターネットで発表された多数の組込式アプリはそれがいい選択だと証明している。これらのアプリはCかC++コンパイラを利用せずにArduinoプラットフォーム及び既存のモジュールだけ頼りにしている。例えば、複雑でない光広告コントローラ若しくはCNCマシン及びワイヤレス通信アプリに設計されたもっと複雑なものが挙げられる。
同プラットフォームの開発はその完全な専門知識の利用可能性並びに多数のアプリの事例に促進されていて、その結果として、革新的ソリューションの爆発的な創出に至った。もし同プラットフォームのクリエイターは特定のアプリにアイディアを出さなかったら、ほかの人が持ち出してそして自分のブログかウェブサイトに掲示した。その結果、数え切れない拡張モジュールの創出に繋がる、所謂シールドだ、様々な役立つオプションを特徴としている。ある中国の諺によると – 「この世界は広いからここで見つからないものがない」。この話はArduinoエコシステムにとっても事実だ。その入手可能なハードウェアモジュール、ライブラリ及びソフトウェアにより、数え切れないプロジェクトは作られた。それにより、ユーザは提案されたソリューションに勉強し啓発されるだけではなく、アイディアのデータベースから簡単に抽出する可能性もある。
Arduinoプラットフォームを利用し電子工学の世界に入ったユーザはもっと複雑でプロのプロジェクトの開発に進むとき、同じソリューションを利用する傾向がある。この傾向も_Arduinoオープンソースの属性（同プラットフォームがプロの資源に成長したにも関わらず）_に促進された。これのおかげで、3000万以上の活躍しているユーザは引き続き更なるイノベーションを導入し、環境を開発し、市場ニーズに反応し、世界の異なる条件及び位置でソリューションのテストを実施している。ユーザにとって、共有するにはライセンス費用が必要がないこと、並びに通信プロトコルが利用できることも重要な長所である。
オープンソース、無料ソフトウェアとはいえ、もしあなたは通信ネットワークかセンサーへのアクセスを「シール」したい場合、暗号法及び認証メカニズムを利用しデバイスの認証及びデータ送信の暗号化が実施できる。重要なのはあなたが必要と思えば、アプリ及びモジュールの幅広いライブラリで既存ソリューションが見つかる。
Arduino Pro – なぜこのソリューションを選択すべきか?
二つの革命的技術は電子部品の市場を掻き起こしていて、そしてデータ分析ソフトウェアはますます人気となっている。その名称はそれぞれモノのインターネット（IoT）及びインダストリー4.0だ。前者は我々の生活に巨大なインパクトを与えるが、後者は主に産業会社に影響がある。いずれもアプリの重要なポイントに配置されたセンサーのネットワークからデータの抽出並びに洗練されたアルゴリズムが必要で、そしてセンサー及びその他ソースの情報に基づく結論の処理、合成、分析には、人工智能（AI）技術の導入がますます頻繁となった。例えば、IoT技術の利用により、国内か海外かを問わず、興味を持つ川のコースの全てのセクションに沿い、河川水位及び天気条件を継続的に監視するセンサーを作りネットワーク化にすることができる。このように、補佐的にAIの利用により、川の水レベルが監視できるだけではなくて、洪水警報のアナウンス、そして都市が旱魃か洪水に備えることが可能だ。電力システムにとっても同じ–センサーからのデータによりグリッドの負荷情報、停電、保守作業のスケジュール作りに関する情報が容易に入手できる。
また、重要なのは現在、このようなアプリは巨大な財政資源を持ち、機密的技術にアクセスできる会社だけに実行できる。Arduino Proのようなプラットフォーム経由で、少なめな資金を持つ人か会社は類似のソリューションを開発するチャンスも与えられた。それに、オープンソースポリシーのおかげで、彼らは世界中のユーザに作られた巨大な知識ベース及びソリューションにアクセスできる。Arduinoの広告スローガンは以下のとおりだ–あなたのビジネスがどれだけ大きいか小さいかに関わらず、Arduino Pro はあなたのビジネスを変身させるにはあなたと一緒に頑張る準備ができている。
Arduino Pro 開発キット：ABX00011
Arduino Pro – 誰に適用するか?
Arduino Proの広告スローガンではビジネスが言及されたが、部品、ソフトウェア、書類の入手可能性及び利用の簡単さのおかげで、Arduino Proは接続したセンサーのネットワークに基づくアプリを開発するアイディアかニーズを持ついずれの人に楽しめる。あなたはすぐにAIアルゴリズムを利用しデータを分析しなくてもいい–多くの場合、あなたに必要なのはそれをオペレーターかユーザに正しい方法で呈示することだ。しかし、Arduino Proの利用による巨大な潜在力は以下の存在に評価される：
会社は自社の製品かサービス配布ネットワークを締結した数量に基づく従来の形式から買い手のニーズに基づくIoTベースのデリバリーオンデマンドに変換している； 在庫レベル、生産ライン、機械と器材、配達線などを監視し、制御して、分析することによって、生産効率を改善しようとする製造工場；_既存のソリューションにデータ送信を追加したい新興企業；_Arduinoにソリューションを提案され、彼らが開発している若しくは製造しているショートシリーズのアプリを現地で試験をしたいユーザ。
Arduino Proは主に世界でビジネスの変化を駆動する専門家をサポートするために開発されたものだ。同プラットフォームに彼らが必要とする全ての重要な面をカバーしている：データ獲得及び記憶向けのクラウド、ハードウェアプラットフォーム向けのハードウェア、ソフトウェア開発環境、位置情報システムからのデータに基づく接続性と位置づけソリューション、ユーザインターフェース、データ視覚化、アルゴリズム及び既存ビジネスシステムへの接続。重要なのは、Arduino Proが開発された_オープンソース_ポリシー及び証明済みのソリューションの利用可能性のおかげで、多くの状況では、これらは高価な専門家の研究とコンサルティングなしで達成されている。
Arduino Proハードウェアプラットフォーム
Arduino Portenta
Arduino Proプラットフォームにおけるもっと先進的なソリューションの一つのベースとして、我々はデュアルコアSTM32H747プロセッサに駆動されたArduino Portenta H7 マイクロコンピュータ基板を推薦する。その二つのコアは480 MHzに達するCortex M7及び240 MHzに達するCortex M4だ。ユーザはAVRプロセッサつきの基板になれると、高いコンピューティング能力が必要ではないと気づくかもしれないが、一部のアプリで電源の平均消費量により判断されるかもしれない。
Arduino Pro開発キット：ABX00042
水位及び環境条件測定用のセンサーのネットワークがある川に沿って配置されたと想像しよう。すべての場所は幹線電気の定常的なソースへのアクセスが提供されるわけではないし、それにアクセスする技術仕様を常に満足するもののわけでもない。実際には、その結果として、電源パワーがセンサーネットワークのノード/ゲートに供給され、そしてこれらのノード/ゲートは電源パワーソースの可能性に沿い企画される。一方、センサー自体はバッテリ、再充電可能なバッテリ若しくは再生可能なエネルギー源に駆動される。センサーのユーザの視点から見れば、バッテリの交換頻度が低いほどよい。バッテリ交換の頻度はパワー源の耐久性及びデバイスの電源消費量能力に密に関連する。この理由で、IoTセンサーアプリにおけるプロセッサは通常非常に低いエネルギーが必要なスリープモードで稼働する。それからそのプロセッサは定期的に省エネモードから起きてデータを獲得し、それを受信者が理解できるパッケージに暗号化する。明らかに、快速なプロセッサによりこのようなタスクを実行されるもっと時間が短縮できる。従って、高度なコンピューティング能力（しかし、ほとんどの場合感謝される）にも関わらず、わずかのMHzの周波数を持つ快速なプロセッサの平均電気消費量は遅いほうよりずっと低い（直感が別の方向に我々を導くかもしれない）。当然だが、あなたも固定電源及びハンドルに電源を供給されるプロセッサを持つArduino Portenta H7の潜在力も利用できる。例えば、イメージ処理及び評価アルゴリズム、信号条件及びその他。
Arduino Portenta H7マイクロコンピュータの二つのプロセッサコアは周辺のモジュールを共有する。そしてそれらのモジュール経由で環境とお互いの間で交流する。同マイクロコンピュータは以下のプログラムが実行できる：
- Arduinoスケッチで開発された – Mbed OSの制御下に実行されるスクリプト
- Mbed OS向けのローカルアプリ。
- 組込式マイクロPython/Javaスクリプト解説者向けに設計された。
- TensorFlow Liteプラットフォームで実装された。
この内蔵式ワイヤレス通信モジュールはWi-Fi及びブルートゥース経由で同時接続性を提供する。Arduino Proプラットフォーム向けのWi-Fiインターフェース はアクセスポイント、ステーションとして、又はデュアルモード（アクセスポイント/ステーション）で作動でき、また最大65 Mbpsのデータ送信率がサポートできる。このブルートゥースインターフェースはブルートゥース2.0及びBLEモードで作動する。このArduino Portenta H7マイクロコンピュータ基板はArduino MKRフォーマットをサポートするが、80-ピン高-密度コネクタを特徴とする。
Arduino MKR及びArduino Pro
センサー及び通信モジュールはArduino MKR家族の製品を利用し開発されることができる。この中に、Cortex-M0+コアを持つプロセッサが実装された基板及び様々な通信インターフェースがある。それのおかげで開発されたアプリが簡単に測れる。また、これらのモジュールは有名なため、IoTに関係しないその他デバイスの設計者及びメーカにも利用されていることを言及する価値がある。
メーカによるArduino MKR家族からのモジュールの説明も同製品が利用できる一つのソリューションレベルも提案されている。この提案はコンピューティング能力及びプロセッサの機能を拡大するチップの存在に関連しているようだ。例えば、_初心者_レベルで提案されたMKR WIFI 1010モジュールはWi-Fi及び比較的に短いレンジを持つブルートゥースLEインターフェースを装備している–メーカの資料により、同製品は室内建築自動化アプリに適当だ。同基板はCortexコアを持つATSAMD21プロセッサ及びu-bloxによるNINA-W102 Wi-Fi/BLE通信モジュールに基づいている。_中等_レベルで推奨されたMKRモジュールはマルチ-キロメートル（Sigfox、LoRa、狭帯域IoT）若しくはグローバル（GSM）カバレッジによりネットワークの作成ができる。同製品は農業、交通、工業、環境監視、スマートシティ、_ウェアラブル_及びその他を含むアプリ向けに提案された。
Arduino Pro開発キット：ABX00023
先進レベルで推奨されたMKR Vidor 4000基板はATSAMD21プロセッサ以外、Cyclone 10LC016 FPGAも特徴となっている。Arduinoは本基板をビデオ及び/若しくはオーディオ処理が必要とするアプリへの利用を推奨した。よってそれは主にユーザインターフェースのような役割を持つローカルPC、タブレット若しくはスマートフォンと通信するWi-Fi/BLEインターフェースを装備している。
Arduino Pro 開発キット：ABX00022
Arduino Nano 33
プロのアプリにとって、二つのベース基板が推奨された:Arduino Nano 33 BLE及びArduino Nano 33 BLE センス。そのハードウェアは_ウェアラブル_への利用に向いているように、又はドローンか自律車両に取り付けるように機敏に設計され。基板のミニチュア寸法（45 mm×18 mmだけ）のおかげで、既存の強力なマイクロコンピュータが小さなスペースに実装でき、そしてそのコンピューティング能力及びインターフェースを利用し環境と通信できる。同メーカはこれらがAIベースのソフトウェアをサポートする十分なコンピューティング能力を持つそのポートフォリオにある最も小さい製品だと宣言している。
両方の基板は64 MHzを持つARM Cortex-M4コアに駆動され、RF52840ラジオチップに組み込まれている。このArduino Nano 33 BLEは一つの9-アクシスIMUセンサーを特徴とするが、33 BLEセンスは追加に温度、湿度、圧力、姿勢、近接及びイルミネーションセンサー及び内蔵式マイクロフォンを提供する。このような小さな基板にとってそれは相当印象的な仕様である。それのおかげで、同製品は_ウェアラブル_の開発に利用できるだけではなく、建築若しくは小さいローカルの範囲で通信が必要な科学実験に利用されるセンサーネットワークにも利用できる。
Arduino Portenta H7向けの拡張モジュール
最も先進的なArduino Portenta H7-両立拡張モジュールの一つはPortentaビジョンシールドだ。その中に非常に低い電気消費量を持つ324×324ピクセルカメラがある。その電力に対する低い要求により、同モジュールも継続的なバッテリパワーで駆動されるイメージングアプリに利用できる。このCMOSイメージセンサーは高感度があり、姿勢識別、周辺ライト測定、遠距離評価及び目標識別ができる。同モジュールもデジタルインターフェースつきの二つの全方位のマイクロフォンを装備している。イメージと音声はマイクロSDカードに記憶できる。モジュールからのデータはイーサネットかLoRaインターフェース経由で送信できる。Python言語に適用するオーペンMV機能ライブラリにアクセスすることで、モジュール向けのアプリ開発は促進された
MKR製品家族にベース基板の機能を拡張する印象的なモジュールの選択を含む。その中に追加電子部品つきの基板を含むだけではなく、標準の産業コネクタ経由で環境から信号を供給する複雑でないアダプタも含む。拡張基板の中で、言及する価値があるのは多数のインターフェース基板（MKR 485 – RS485、MKR CAN – CAN バス、MKR ETH – イーサネット）、リレー基板、アナログセンサー向けの4入力と4 DC出力を持つモータドライバ、ローカルで大量なデータが記憶できるマイクロSDメモリスロットつきの基板、環境センサーつきの基板、RGBダイオードアレイつきの基板、温度センサー及び9-アクシスジャイロスコープ/加速度計を持つ基板。
ソフトウェア – Arduino IoTクラウド、Arduino IoT API、Arduino IDE Pro、Arduino CLI
正しいソフトウェアがなければ最も先進的なコンピュータでも無用だ。IoTアプリ開発用のハードウェア以外、Arduino Proの創出者もアプリの創出だけではなく、安全データの獲得、記憶及び処理を可能とさせた適切なソフトウェアを導入した。
Arduino IoTクラウド
Arduino IoTクラウドはリモートで作動するセンサーを数百万のユーザがデータにアクセスできるビジネス管理アプリ若しくはインターフェースに組み込む安全で簡単な方法だ。例えば、地図、グラフまたは他のグラフィック表現の形。更に、Arduino IoTクラウドはユーザインターフェースから何かの理由で点検か保守が必要な特定の位置へのアドレス探し及びアクセスが可能だ。PCか携帯経由か問わず、アクセスはクラウドへの接続が存在する世界のいずれの場所からできる。重要なのは、このようなアプリの開発に興味を持つ人たちは数千ラインのコードにアクセスできる。これらのコードは様々なタイプのセンサー及びアクチュエータをサポートし、そしてあなたの自分のソリューションで実行される準備ができている。
Arduino IoT API
言及したように、センサーから収集されたデータはリアルタイムでグラフィカルフォームに表示できるかデータベースにアップロードできる。同製品がGoogle Sheets、AmazonのAlexaアシスタント及びその他ソフトウェアベンダーとともに仕事できる例が多数存在する。Arduino IoT APIの利用により、あなたも自分のユニークなアプリが開発できる。このクラウドソフトウェアは無料で試験できる–シングルMKR若しくはPortent基板接続時、完全な機能が発揮できる。もっと多くのデバイスに接続するには、あなたは署名承諾を購入しなければならない。重要注意事項– 無料バージョンはArduino製品だけに有効し、コマーシャルバージョンだと、あなたはその他マイクロコンピュータをクラウドに接続できる。例えばRaspberry Pi、ESP8266モジュールなど。
クラウドとの全ての通信はSSLプロトコルにより、暗号化された。Arduino Portenta及びArduino MKR家族からの基板は本プロトコルによるリアルタイム通信をサポートする内蔵式暗号化されたユニットがある。それに、同製品にX.509-両立キーを含む追加チップにサポートされた認証メカニズムを実行している。
SIMカードというArduino家族の新しいアイテムも入手できる。これらのカードの利用により、ローミングモードで携帯電話ネットワークを利用することによって、100以上の国家でベースステーション経由でセンサーネットワーク通信が作れる。
Arduino IDE Pro
エッジデバイス向けのソフトウェアはArduino IDE Proの利用で開発できる。この開発環境は有名なArduino IDEの特徴を相続したため、そのユーザは従来の習慣を変更する必要がなくて、新しい利用方法も勉強せずに済む。センサーネットワーク向けのソフトウェアを開発する一番早い方法はウェブエディタを利用することだ。現在、このソリューションは多くのソフトウェアベンダーに評価されている。それはコンピューティングの能力及びあなたのハードウェアにインストールしたオペレーティングシステムのタイプを問わず、コンパイラを作る長所がある。ユーザとして、我々も定期的な更新及びパッチを受け取り、そして最新のチュートリアルと事例にアクセスできる。本ソースコードはサーバにおける専用エリアに記憶されるため、我々が持ち歩くラップトップで保護されたり、オフィスのデスクトップに保護されたりするよりずっといい。しかし、その短所としては常にインターネットにアクセスする必要がある（いつもできるわけではない）。それが原因でユーザにIDEバージョンというデスクトップコンピュータにインストールするように設計された別のものを推奨された。それは普通の_オープンソース_ソフトウェアと同じで、Windows、Linux（64ビット）及びMac OS Xから入手できる。
Arduino CLI
高級ユーザにとって、コンソール（コマンドライン）モードで作動するArduino CLI コマンドライン解説者が入手できる。その中に含まれているコンパイラにより、基板及び機能ライブラリの管理、デバイスのプログラミング、オン・オフの切替及びその他アクションの実行ができる。Arduino CLIはARMかIntelに製造されたプロセッサに基づくプラットフォームで利用できる。それのおかげで、ラズベリーパイのようなマイクロコンピュータ及びPCでも同等に利用できる。
