【PR】IoTのキーパーツArduinoとRaspberry Piの違い

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IoTのキーパーツとして、Raspberry Piと共に注目されるArduino。どちらもオープンソースハードウェアの「ワンボードマイコン」という点では共通しているが、異なる点が多い。Arduinoとはどのような物なのか、Raspberry Piとの違いは何か、Arduinoで何ができるのか……株式会社ビズライト・テクノロジーが開発・生産するArduino互換のIoT向けボード「BiZduino」を例に解説する。

Arduinoとは?

Arduinoは、学生が簡単に手に取って使える教育用の安価なマイコンボードとして、2005年にイタリアで開発された。Atmel AVRマイクロコントローラと各種入出力ポートを備え、C言語を元としたプログラム言語による統合開発環境(IDE)が無償で用意されている。これにより、組み込まれたプログラムやホストコンピュータ上のソフトウェアを介して、センサやスイッチなどの各種デバイスから入力された情報を元に、モータやライトなどの各種デバイスを制御することができる。Arduinoはオープンソースハードウェアとして、回路図や基板図が公開されている。誰でもArduinoを作ることができるだけでなく、互換製品を開発でき、世界中の人々と開発情報を共有できる。

これに対してRaspberry Piは、CPUやUSB、HDMIなどの各種ポートを備えている点やオープンソースハードウェアである点は類似しています。大きな違いとして、Raspberry PiはOSをインストールして使用する。これにより、複数の処理を同時に行うことや、ソフトウェアを用いた一段と高度な計算、データの解析などが可能となり、この点においてはArduinoより優れている。一方、Arduinoは非常にシンプルで、センサからの信号処理やマイクロコントローラを通してのデバイスの制御など、リアルタイム性やアナログ処理においてRaspberry Piより優れている。

つまり、IoTにおいてArduinoはセンサからの信号の処理やモータ、スイッチの駆動を制御する末端部分の頭脳向けといえる。Raspberry Piは、末端の頭脳から集まったデータの処理や解析、クラウドとのデータのやりとりを行うゲートウェイとしての頭脳に向いているパーツといえる。

ArduinoもRaspberry Piも根底に流れている開発思想は同じだ。予備知識のない学生がまず動かすことができる簡単な作りでありながら、ハイエンドな能力を備えている。ボードを買ってきて開発環境もすぐに作れて動かすことができる。さらに何かをしたければオープンソースハードウェアなので、回路図もライブラリも力のある人なら一瞬で読みこなせて改造もで可能だろう。とりあえず当たりがつけられる世界観。プロトタイプをすぐにやろうというエンジニアならばArduinoとRaspberry Piとで十分である。

IoT向けに特化したBiZduino

このように、Arduinoはシンプルでリアルタイム性やアナログ処理に優れ、オープンソースハードウェアであって自由度が高いため、近年IoTのキーパーツとして高い注目を集めている。すでに数多くのセットが出荷され、教育やホビーの分野に留まらず、産業用も含め様々な分野で使用されている。しかし、Raspberry Piと同様に教育向けで作られたものであるため、産業用に向けた各種の機能が実装されていない。

例えば、現代の産業用途においてネットワークへの接続や無線での通信は必要不可欠な機能だ。Arduinoは、EthernetインタフェースやBluetoothインタフェースを備えたモデルを使用するか、シールドとよばれる拡張ボードを取り付けなければ、ネット接続や無線通信が実現できない。また、電源の供給がUSBだけなので、瞬断やコネクタ抜けによる突然の供給停止などのリスクがあり、安定した電源供給が確保されていない。

ビズライト・テクノロジーではこれらの要望に応え、産業分野でも十分に利用できる機能を備えたArduino互換のIoT向けボード「BiZduino」を提供している。BiZduinoは、Arduino互換のため、Arduino IDEからプログラムの書き込みが可能である。Wi-Fiモジュールとして技適認証取得済みのESP-WROOM-02を搭載し、802.11 b/g/n(2.4GHz)の無線LANに対応。TCP/IPのプロトコルを意識することなく、ATコマンドを使って制御できます。電源部は、USBバスパワーだけでなく5V端子から電源供給ができ、Wi-FiモジュールESP-WROOM-02への給電には専用回路が使われ、安定した電源供給が確保されている。また、バックアップ電池付きRTCを搭載し、I2Cで制御可能だ。これにより、通信障害が発生した場合でも時刻データを取得し損ねることがない。さらに、大きさはArduino UNOと同じなので、市販のArduinoシールドもそのまま利用できる。

IoTの末端の部分は手軽なものでよく、それがArduino互換のBiZduinoである。ちょっとしたプログラムでセンサからのデータをデジタルに変換してやれば、ここである程度処理できるようになる。Raspberry Pi搭載のBHシリーズを使ったIoTゲートウェイを使ってfog網を無線により簡単に安価に形成をすることも、ダイレクトにセンサからのデータをクラウドに送ることもできる。ラストヤード、ラストセンチといわれるIoTの世界では、重厚長大なコンピュータを置いて何かをするという世界ではなくなったのである。

BiZduinoが目指す、無線デバイスによる結びつきの強化

BiZduinoは、Wi-Fi以外にも何らかのローカルな無線デバイスを搭載して、フォグコンピューティングやエッジコンピューティングといったものとより結びつきを強くしていく。

到達距離が長く回折性が高いサブギガ帯の無線技術に変われば、壁の多い大きな建物の中や、見通しで1km程度離れたところからもデータを収集できる。小型で設置の簡単なセンサデバイスを、乾電池で5年・10年継続して使える仕様にして大量に設置すれば、ビックデータ解析やAI解析により何が起きているか見つけることが可能になる。例えば火山のような危険地帯の観測ならば、高精度で高価なセンサを有線でひとつひとつ設置することは危険で非常にコストがかかる。IoTならば5000や1万個の小型のセンサをばら撒くように置いてくるだけでも遠隔地からデータを収集出来て、解析により何らかの結果が得られる。このようにセンサの考え方が変わってきているのである。

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