【Arduino】電子工作のはじめ方【初心者向け学習法】

【Arduino】電子工作かんたん入門【初心者向け学習法】


今回は、電子工作のはじめ方についてわかりやすく説明していきます。

●動画でも説明していますので動画派の方はこちらを観てください

説明の前に今回なんで電子工作のはじめ方を取り上げたかにちょっとお話します。

まずみなさま電子工作に興味を持ったキッカケはなんでしょうか?

電子工作に興味を持ち出すのって、だいたいはアイデアはいっぱい思いつくけど、これどうやって作ればいいんだろうと疑問をもつことからだと思います。

たとえば僕が電子工作するキッカケは、自動で背中を洗ってくれるロボットや声に反応するロボットを作りたいなぁと思ったからです。

それでどうやったら実現できるか調べると、電子工作なら希望の物を作れることを知りました。

さっそく新宿の紀伊國屋書店の電子工作コーナーに行きました。
だけどArduino(アルドュイーノ)やRaspbrry Pi(ラズベリーパイ)など意味のわからない専門用語が並んでて、初心者に適した本をがどれかわからなかったんです。

僕はまず電子工作の入口の部分ですごく困ったんですよね。

そういう経験をしたので、今回は電子工作をどのように始めればいいのかについて初心者向けにお話したいと思って記事にしました。

あと詳しい学習方法についても最後に説明していますので最後までよろしくです!

一応この記事を見れば、スムーズに電子工作をスタートすることができるような構成で作ってますので。

電子工作での作業手順

生徒
生徒
まず電子工作っていちばん初めなにするの?
まずは作りたいものを考えて、そのアイデアを練ろう!
ミナイ
ミナイ

具体的には、そのものにはどういった目的で使われて、その目的を達成するにはどういった機能が必要かをピックアップしていきます。

もしアイデアがなければ、書籍やサイト、動画にある作品を参考に考えましょう。

そのとき重要なのは「入力」「処理」「出力」の3つを意識して機能をわけることです。

・入力とはユーザーがスイッチやボタンなどの装置を使って外部から中のコンピュータに情報を送ること

・処理とは入力された情報を元に動きを決めて、出力に情報を送ること

・出力とは処理された情報を元に外部の電子パーツを動かすこと

さきほど考えたアイデアを、どのように入力し、どういった処理をし、どのような出力をすれば実現できるかを機能わけして考えるわけですね。

このようにだいたいの設計ができたら、いよいよ作り出していきます。

電子工作のおもな作業は電子回路とプログラムを作っていくことになります。
例を使って電子回路とプログラムの仕組みを説明しましょう。

たとえば「手を上げろ」と話かけると手を上げ、「手を下げろ」と話すと手を下げるだけの単純なロボットを作るとします。

まず電子回路の配線や出力部分にあたるロボットの枠組みを組み立てていきます。

次に命令を電子回路のマイコンと呼ばれる小さなコンピュータにプログラミングしていきます。

書く内容は「手を上げろ」と命令されたときは手を上げる、「手を下げろ」と命令されたときは手を下げるといった処理ですね。

そして組み立て終わって、いざプログラムを実行するとプログラムを元に電子回路がロボットの手を動かすわけです。

まとめると下記のような処理を内部でしています。

・ユーザーが手を上げろと声をかける

・マイクなどの入力装置から入ってきた音声をマイコンが音声認識する

・最後にマイコンがロボットの手を動かす

やってることは簡単ですよね。
ちなみに電子回路はハードウェア、プログラムはソフトウェアとも呼ばれています。

マイコンとは?

次に実際に電子機器の処理を司るマイコンについて説明をします。

マイコンとはマイクロコンピュータの略で、「外部から入力信号を受けとって、それを書き込んだプログラム通りに処理をして、その結果をマイコンの外に出力する」といった機能を持っています。

ようするに電気機器を制御するための電子部品ということです。

電子工作だけではなく、炊飯器や冷蔵庫、洗濯機といった僕たちの身近にある電気機器の中にも入っています。

実は設計の段階で、どのマイコンを使うかも決めます。

特にマイコン選びは慎重に選ばないと、作り出してからこの機能はこのマイコンでは実現できなかったなど起きます。

ではマイコンを選ぶポイントをお伝えします。

・CPUの処理能力は十分か
・インタフェースの数は十分あるか?
・電子パーツが接続できるか?
・電子パーツを動作させた実績があるか?
・電気的特性は問題ないか?
・ネットワーク接続はできるか?
・サイズは大丈夫か?
・コスト面は問題ないか?

結構いろいろありますよね。

でもこれらをクリアしてるマイコンを初心者が選ぶのは至難の業です。

なのではじめは数あるマイコンの中から一つ決めて、基礎を固め、そのマイコンができることから始めてみましょう。

では電子工作でよく使われている代表的なマイコンをいくつかご紹介します。

まず電子工作で一番使われているArduino (アルドゥイーノ)です。

Arduinoの特徴
・初心者にわかりやすく作成できる
・比較的安い
・深い専門知識がなくても作れる
・サンプルや情報がネットにたくさんある
・専用の開発環境を提供している
・処理性能が乏しい

まぁそこそこの処理性能なので入門用として一番使われることが多いマイコンです。
入門用といっても作れる電子工作は多いので趣味の範囲なら大変満足できます。


次にRaspberry Pi (ラズベリーパイ)
美味しそうな名前ですがこれもマイコン名です。「ラズパイ」と略しても呼ばれます。

Raspberry Piの特徴
・省電力、低発熱
・処理性能が高い
・人工知能など高度なことができる
・プログラミングが難しい(エンジニア向け)
・PCと同じように使える

処理性能が高くてできることが増えますが、ちょっとプログラミングが難しいマイコンです。


最後にmicro:bit
これはイギリスの放送局のBBCで開発された教育用のマイコンです。

micro:bitの特徴
・ビジュアルがわかりやすい
・標準でたくさんのセンサーを搭載
・他のmicro:bitと簡単に通信できる
・直感的なプログラムができる


これ以外にもマイコンはまだまだありますが、とりあえずはこの中からスタートするのがいいと思います。

個人的には、なにも経験ない方はArduino、バリバリプログラミングしてきたエンジニアの方や難しくても頑張って勉強したい方はRaspberry Piがおすすめです。

別件ですが、ESP32はこれ単体でWifi, Bluetooth接続できるのでIoT開発に適しているマイコンです。

おすすめの学習アイテム

最後におすすめの学習アイテムについてお話します。

まず僕がおすすめの書籍はこれですね。

オライリーの「Arduinoをはじめよう 第3版」
Arduinoをはじめよう 第3版

こちらArduinoのテキストとして定番の本です。

Arduinoの特徴やインストール方法、使い方、あとは作例も載っているので、Arduinoをこれから始める人にはぴったりのテキストですね。

注意点として、第1版と第2版ではなく第3版を買うこと。
当たり前ですけど第3版が一番新しくて、第3版にはあって第2版にはない内容もありますので。

Massimo Banzi(著)、Michael Shiloh(著)、オライリージャパン


次におすすめなのが手を動かして学べる「ELEGOO Arduino用UNO R3スターターキット」です。
ELEGOO Arduino用UNO R3スターターキット
こちらはArduino UNO (アルドゥイーノ・ウノ)というマイコンを使った入門キットです。
※Arduino UNOはArduinoの一種です

さきほど紹介した「Arduinoをはじめよう 第3版」と並行して学習するのによく使われています。

これ、なんでおすすめかと言うと簡単なプログラムだけで動くし、あとは電子工作でよく使われる部品がたくさん入っているので、あとあと自分で作るときにも使えるんですよね。

あとは、この入門キットに入っているセンサーやモーターなどの部品を説明書を見ながら組み立てることで実際に動かして学習していけるので覚えやすいところも○です。

一応、P164ある日本語の説明書のPDFファイルがついてくるんですが、情報が乏しい部分もあるので「Arduinoをはじめよう 第3版」でより理解を深めていく感じですね。

もう一つ、これのいいところは工具が必要ではありません。
はんだこて、ニッパー、ラジオペンチなどの工具はこのスタートキットをいじり倒してから買えばOKです。

ただ人気商品なのでよく売り切れてます笑
なので上記、売り切れたらこちらでも大丈夫です。

この2つだけでArduinoの基本的な使い方は理解できます。

ではこの2つで学習し終えた人は、次にどのように学習すればいいのかですが。

他の書籍や動画見るなりしながらもう作れると思いますので、自分の好きなものを作っていけばいいと思います。

もう少しArduinoを勉強したかったら、オライリーから出てる「Prototyping Lab(プロトタイミングラボ)」という本を読んでより理解を深めるのがおすすめです。

この本は「サウンドを再生する」「無線で接続する」など目的ごとに使えるレシピ集みたいな感じですね。

小林 茂(著)、オライリージャパン

あとはラズベリーパイ挑戦してもいいですし、Iotに興味があればESP32を触ってみてもいいです。

なので、まずはArduinoで電子工作の基礎固めをしてから好きな方向へ進みましょう。

まとめ

はい、以上、今から電子工作をはじめる人にぜひ実践してほしい内容でした。
これでだいぶ不安や疑問も取り除けましたでしょうか?

はじめは電子回路図を見たり、プログラミングは難しいと思いますが、やれば1ヶ月もかからず慣れてしまいます!

ぜひ皆様もこのものづくりの世界にハマってみてください。

では最後にまとめて終わりたいと思います。

・電子工作のおもな作業は電子回路とプログラムの開発
・電気機器は「入力」「処理」「出力」の3つで成り立っている
・マイコンは電気機器を制御するための電子部品
・学習方法は「Arduinoをはじめよう 第3版」と「ELEGOO(エレグー) Arduino用UNO R3スターターキット」がおすすめ



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この記事を書いた人:岩本ミナイ
プロフィール
外国語大学卒業後、プログラマになる。英語を活かし、社内では数多くの英文システム仕様書の翻訳業務に携わる。今までのTOEIC最高点は960点。現在はフリーランスエンジニアとしてwebシステムの開発をしながら旅をしています。当サイトではみなさまに有益な英語学習と最新テクノロジー情報を発信しています。 » 詳しいプロフィールはこちらを

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