開発者のための電子制御入門 — ArduinoからAIロボットまで

[ステージ1] Arduino基礎（この記事）
    └── LED、ボタン、センサー、サーボモーター
[ステージ2] ESP32 IoT
    └── WiFi、MQTT、Webダッシュボード
[ステージ3] Raspberry Pi + カメラ
    └── コンピュータビジョン、エッジAI
[ステージ4] ROS 2 ロボット
    └── 自律走行、マニピュレーター
[ステージ5] AI + ハードウェア融合
    └── 音声認識ロボット、スマートホーム

デジタル: 0 または 1（ON/OFF）
  → LED制御、ボタン読み取り
  → Arduino: digitalRead(), digitalWrite()

アナログ: 0~1023の連続値
  → 温度センサー、照度センサー
  → Arduino: analogRead(), analogWrite()（PWM）

V = I × R

V（電圧）= 5V（Arduinoのデフォルト）
R（抵抗）= 220Ω（LED保護用）
I（電流）= 5V / 220Ω = 22.7mA ✅（LEDの安全範囲）

Arduino Uno R4:
  デジタルピン: D0~D13（入力/出力）
  アナログピン: A0~A5（入力）
  PWMピン: D3, D5, D6, D9, D10, D11（疑似アナログ出力）
  電源: 5V, 3.3V, GND

Arduino D13 ──[220Ω]──[LED(+)]──[LED(-)]── GND

// Blink — 電子制御のHello World
void setup() {
    pinMode(13, OUTPUT);  // D13を出力モードに
}

void loop() {
    digitalWrite(13, HIGH);  // LED ON
    delay(1000);             // 1秒待機
    digitalWrite(13, LOW);   // LED OFF
    delay(1000);             // 1秒待機
}

# MicroPython（ESP32で実行）
from machine import Pin
import time

led = Pin(13, Pin.OUT)

while True:
    led.value(1)   # ON
    time.sleep(1)
    led.value(0)   # OFF
    time.sleep(1)

const int buttonPin = 2;
const int ledPin = 13;
int buttonState = 0;

void setup() {
    pinMode(ledPin, OUTPUT);
    pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);  // 内部プルアップ抵抗を使用
}

void loop() {
    buttonState = digitalRead(buttonPin);

    if (buttonState == LOW) {  // ボタン押下（PULLUPなのでLOW）
        digitalWrite(ledPin, HIGH);
    } else {
        digitalWrite(ledPin, LOW);
    }
}

#include <DHT.h>

#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
    Serial.begin(9600);
    dht.begin();
}

void loop() {
    float humidity = dht.readHumidity();
    float temperature = dht.readTemperature();

    Serial.print("温度: ");
    Serial.print(temperature);
    Serial.print("°C / 湿度: ");
    Serial.print(humidity);
    Serial.println("%");

    delay(2000);
}

#include <Servo.h>

Servo myServo;

void setup() {
    myServo.attach(9);  // D9ピンにサーボを接続
}

void loop() {
    // 0度 → 180度スイープ
    for (int angle = 0; angle <= 180; angle += 10) {
        myServo.write(angle);
        delay(50);
    }
    // 180度 → 0度スイープ
    for (int angle = 180; angle >= 0; angle -= 10) {
        myServo.write(angle);
        delay(50);
    }
}

const int ledPin = 9;  // PWMピン

void setup() {
    pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
    // Fade in
    for (int brightness = 0; brightness <= 255; brightness += 5) {
        analogWrite(ledPin, brightness);
        delay(30);
    }
    // Fade out
    for (int brightness = 255; brightness >= 0; brightness -= 5) {
        analogWrite(ledPin, brightness);
        delay(30);
    }
}

[Arduinoセンサー] → [ESP32 WiFi] → [K8s MQTT Broker]
                                        ↓
                               [AI推論（GPUサーバー）]
                                        ↓
                               [制御コマンド → モーター/LED]