創客如何挑開發板? Arduino、ESP8266及樹莓派大比拼

作者:劉書妤

一塊小小的開發板卻有無限的可能,我們日常生活中常見的電子產品,最初設計時可能都是從開發板上進行研發。開發板是用來進行嵌入式系統開發的電路板,包括中央處理器、記憶體、輸入及輸出介面等一系列硬體元件,它們原本為專業人員的開發工具,但近年隨著創客風潮興起,創客們也開始使用開發板來創作,常見的Maker開發板包含Arduino、ESP8266/ESP32、Micro:bit及樹莓派等等。

積穗國小的學生手中拿著開發板。(圖片來源:新北創客漾

Arduino

Arduino可說是大家耳熟能詳的一款開發板,它採用開源設計的概念,電路設計圖、韌體都可在網路上下載,具電子知識便能自行製作;也可以在網路上以便宜的價格購買。Arduino誕生於義大利,其設計者免費公佈硬體設計圖,並允許廠商生產,吸引大批開發者使用Arduino開發板實現自己的創意。

Arduino開發板主要的特色是可以幫助開發者快速設計原型機,也適用於小量的產品生產。價格低廉且開發環境相對簡單,以程式設計師常用的C/C++語言就可以開發。就連對程式語言不熟悉的學生也能使用Scratch 教學程式語言概念,讓學生撰寫 Scratch 程式控制 Arduino做出各種動作,或由Arduino取得外部感測器偵測到的數值。

由於Arduino的性能偏弱,無法處理圖像、複雜運算等對處理器性能要求比較高的場景,但它適合控制感測器輸入輸出、驅動電子元器件這類場合,而且Arduino方便玩家連接感測器,智能小車、四足飛行器、機械手臂都是基於Arduino打造的常見作品。目前使用Arduino的創客仍為大宗,因為它能與眾多程式語言(C#、VB、C++)結合,成為教學程式語言的教具,且簡單易上手,適合應用在教學上。

Arduino Uno是個上面裝著 Atmel 的 ATmega328P 微控制器的開發版。(圖片來源:Arduino網頁

ESP8266/ESP32

談及Wi-Fi DIY模組,總會提到由樂鑫生產Wi-Fi晶片、Ai-Thinker製造的ESP8266,由於其價格低廉,僅約5~7美金,自2014年推出後深受創客喜愛,支援的語言有 C/C++、Python、Lua等。與Arduino相比,基於ESP8266的開發板最大優勢為自帶Wi-Fi模塊,方便連接網路,一旦開發板具聯網功能,適用的場景也更多元。

除了ESP8266晶片,樂鑫信息科技還生產性能更強大的ESP32晶片,在創客圈也很活躍。ESP32是集成2.4 GHz Wi-Fi和藍牙雙模的開發板方案,除了具高射頻性能、穩定性、通用性和可靠性,以及超低功耗外,還同時具備Wi-Fi和藍牙這兩種生活中最常見的無線通信技術,使其應用範圍大增,應用場景包含「家電監控」、「遠端遙控」、「點對點溝通」及「雲端資料庫」等。

ESP32可快速實現IOT應用的佈建(Source

樹莓派

這款 35 美元的小電腦,讓世界為之瘋狂!與其說樹莓派是一塊開發板,不如說是款單晶片微型電腦,由英國的樹莓派基金會所開發,目的是以低價硬體及自由軟體促進學校的資訊科學教育。樹莓派上具有乙太網介面、USB介面、HDMI介面、SD卡擴展介面等電腦上常見的介面。

樹莓派已經衍生了幾代產品,在第四代樹莓派推出(2019年6月)後,樹莓派也朝PC化發展,樹莓派基金會2020年11月3日發布的Raspberry Pi 400,售價70美元,將主機板整合到鍵盤,標榜為沒有額外的系統單元、沒有鍵盤線,也沒有外殼的完整電腦。

Raspberry Pi 400將主機板整合到鍵盤。(圖片來源:樹莓派基金會

樹莓派可連接各種外圍模塊,此外,低功耗也是樹莓派的重要優勢,這種低功耗設備適合24小時運行,且其性能也足以用來跑一些常用的網路服務。至於樹莓派的常見應用,有人這麼說:與其問說可以用它做什麼,不如說它無法做什麼,由此便能看出樹莓派應用之廣泛。

作為一款具豐富介面且性能強的開發板,它可做到事情當然更多,如使用樹莓派製作可聯網的環境檢測系統、基於智能視覺的機械手臂等,甚至隨著疫情嚴峻,美國加州的實驗室善用樹莓派的運算力來抗疫,他們發起OpenPandemics-COVID-19專案,透過大量電腦運算求算出COVID-19的疫苗。

另一方面,因為樹莓派幾乎可看作一台個人電腦,又有低功耗的優勢,常用來作為網路伺服器,例如在樹莓派上搭建個人網站伺服器,或接硬碟作為BT下載機。

小結

Arduino、ESP8266及樹莓派可說是創客圈最常見的開發板,這三種開發板各具特色,Arduino價格低廉易上手,ESP8266/ESP32自帶無線聯網功能,樹莓派性能更為強大,創客們可依各自需求來選擇合適的開發板。

劉書妤

Author: 劉書妤

喜歡用文字說故事、意外踏入Maker領域的文組少女,總對新發明感到嘖嘖稱奇,希望自己也能逐漸熟悉科技詞彙,更認識這個很酷的圈子。

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