【玩向專業】Arduino Pro讓Maker原型也能在產業實現

作者:陸向陽

2005年Arduino初誕生時是為了不熟電子電路的數位藝術創作者而設計,然時至今日已有數千萬(官方宣稱破3,000萬)的開發學習者在使用Arduino,累積的範例程式(Sample Code)、函式庫(Library)、擴充卡(Shield)等均已高度豐富完備。

而在2013年、2014年Intel、台積電相繼主張IoT概念市場後,如何將Arduino用戶的各種興趣開發成果,導引到真正的產業運用,此成了一門新課題。對此Arduino基金會進行多項布局,好讓Arduino開發者能很快將其開發轉化成實際的IoT應用,此布局統稱為Arduino Pro,筆者歸納成4要素、2配套以及實際應用,以下逐一說明。

Arduino Pro 在軟硬體方面的表現

硬體方面,Arduino官方已推出多片系統板、感測器板可用於實際IoT應用,包含Portenta家族、Nicla家族、MKR家族、Nano家族等(相關連結)。

其中Portenta家族、MKR主要為系統板,前者側重於AI功能,後者側重於無線通訊功能;Nano家族也訴求有AI功能但更適合配置於小空間;至於Nicla家族偏重慣性感測、視覺感測。另有Arduino Edge Control板,屬高度特定應用領域的週邊電路板,主要用於智慧農業或工廠自動化。

軟體方面,一般而言Arduino控制程式的主要開發工具為Arduino IDE,而更先進的Arduino IDE 2適合用於高階的程式開發工作。另外Arduino也提供Arduino CLI命令列方式的運用,屬更專業的軟體運用。(相關連結

在Mac上的Arduino CLI畫面(圖片來源:Arduino.cc)

Arduino Pro 支援的連線方式

Arduino支援各式各樣的連線方式,例如可用Wi-Fi、BLE(藍牙低能源)、LoRa、Sigfox、GSM/NB-IoT等,前三者可以讓用戶自己架設連線的閘道器(Arduino Gateway),後兩者需倚賴營運商架設的基地台來運作。

Arduino Pro有多種連線方式(圖片來源:Arduino.cc)

值得注意的是,Arduino官方提供一種GSM/NB-IoT連線服務 – Arduino SIM,只要在裝置內放入Arduino SIM卡(類似手機SIM卡),就可以讓裝置在全球100個以上的國區中,於該國的GSM/NB-IoT覆蓋區內使用GSM/NB-IoT傳輸服務,費用則為每月每裝置1.5美元,傳輸量5MB,而首次使用服務的前90天可免費使用10MB資料傳輸量。另Arduino官方強調傳輸全程均有安全防護。

Arduino Pro 雲端服務

從前端感測器感測到的資訊,最終都得上傳回雲端,對此Arduino官方也提供Arduino Cloud/Arduino IoT Cloud的雲端服務,以收容所有前端感測資訊,且有儀表板可即時監控狀態,並有Webhooks可設定邏輯條件,若達條件則可觸發進一步的行動,事實上Arduino Gateway、Arduino SIM所上傳的資訊,一律會傳到Arduino Cloud上,需要透過額外的設定才會轉傳到其他雲端系統,如AWS、Azure、GCP等。

Arduino IoT Cloud畫面(圖片來源:Arduino.cc)

Arduino Pro 的夥伴、授權、系統整合商

上述均為Arduino官方提供的,但Arduino官方不可能包辦一切,也需要各方業界支援響應才行,對此官方發起Work with Arduino推動案,目前加入推動案的知名業者有Amazon、Arm、Bosch、Google、Intel、Microsoft以及Samsung等。

在授權方面,由於各種IoT開發應用多是基於Arduino官方硬體所延伸發展,因此官方提出雙授權(Dual Licensing)推動案,延伸開發的部份可由原開發者自主決定技術授權方式。若延伸開發用及Arduino官方軟體技術,也可在Arduino官方允許的幾種授權中選擇合適的授權方式。進一步的,官方也發起「系統整合商夥伴」的推動案,希望廣邀各界加入,目前有硬體、軟體、雲端、顧問、其他等五種類型。

Arduino Pro 的教學、參考範例、專案

前述的內容比較屬於規劃、建置與營運,另一種配套則偏向構思、學習與開發。在教學上,Arduino官方本即在Arduino Document的網頁上提供多種基本學習資訊。

在參考範例方面,包含傳輸協定、應用程式介面(API)、IoT函式庫等,這些範例可以在瀏覽與取用;至於專案則是列出由他人發起並持續進行中的Arduino專案,參考他人的專案有助於構思自己的專案,或以他人的專案為基礎持續擴展延伸。

Arduino Pro列出以Arduino為基礎的IoT應用專案(圖片來源:Arduino.cc)

Arduino Pro 的實際產業應用

最後是實際的產業應用,目前已有9種類型產業應用:航空業、工業4.0、醫療與安全、重啟商業(restart business)、智慧城市、智慧家庭與辦公室、機器人、車用以及智慧農業。所謂重啟商業是指COVID-19疫情後如何更安全確保我們的環境,包含工作環境、工廠生產環境、辦公環境、服務環境等,對此有人開發出使用Arduino控制的自動手部消毒機(Hand Sanitizer Dispensers),且機器會回報液體存量,可從雲端得知哪幾台機器的存量不足,趕快去補充換替,類似的應用也有監控空間內的人是否過多,過多則會發出警訊,避免更多人入內,減少感染可能。

小結

歸結上述,Arduino已不再只是學習教材、樂趣玩物,而是能確實回應產業需求的實務應用,或許原本被認為不成熟的電子勞作,之後可以成為電子賣場的暢銷貨。

(責任編輯:唐育琪)

陸向陽
陸向陽

Author: 陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。

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