マイコンボードを使ったシリアル通信を無線でやりたい

Question

前提

現在Arduino Unoを使って、センサーから受け取った情報をPCに送るシリアル通信を、有線にて行う開発をしています。
下記のような形式で構築しており、これは現在できています。

実現したいこと

下記図、どちらかの形で無線化できるようにしたいです。それを実現できるようなマイコンボードがあればご教授いただきたいと思い質問させていただきました。


次の点を意識したいです。

1. Arduino Unoでやってた使用感から大きく逸脱しないこと(センサーの値をSerial.println()などの関数で送る、USB端子を使う)
2. できるだけ高速であること（10個～20個のセンサー情報を同時に送信する形にしても0.5秒以上の遅延が無い）
3. 通信量がある程度確保できること(1送信につき64byteより大きくとれる)
4. 通信範囲が広いこと (1~30m)
5. 小型であること（Arduino Unoの半分以下のサイズが好ましい）
6. できるだけ安価であること（15,000円以下）

上記5項目をできるだけ多く解決するような手段をご教授ください。
自分が調べた範囲で、使用を考えているマイコンボードやプログラミング言語などは後述します。

調べたこと

以下のマイコンがあることを知りました。上から順番に、できるなら使用したいと考えているマイコンボードです。

ボード名	言語名	言語経験	備考
Raspberry Pi	Python	2年	PCとして、サーバーとして使用してる例が多い
M5Stack	Arduino IDE	2か月	Bluetooth通信あり
ESP32	Arduino IDE	2か月	Bluetooth通信あり
TWELITE	act	無し	無線でシリアル通信、モノワイヤレス社

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

当方、Arduino を2か月触った程度の知識しか持ち合わせておりません。
「マイコン、無線」などアバウトに調べたり、お店に行ってパーツを眺める程度しか行えていない状態です。
上記に上げた以外の無線通信、マイコンボード名といったキーワードがあれば後学のためお教えいただけますと幸いです。

Comments

[thkana]

Arduinoといっても、ハードにもいろいろな機種があり、Arduino財団が出しているハードに対してのもののみでなくArduino IDE上で開発環境が構築されたものの総称をArduinoと言ってしまうこともあります。
あなたがArduinoと言っているのは「何」ですか? ポピュラーなのはArduino UNOですけれど。

方針の決定のため、以下について具体的に数値化してください。

> できるだけ高速であること
具体的には? シリアル通信の置き換えにとどまらないということですか? シリアル通信って今どきの感覚では「とても低速」なのですが、その1000倍位あれば十分ですか?
それと、「速度」だけでなく「通信量」という観点でも考えておいたほうがよいかと思います。
センサからのデータの湧き出しがどのくらいなのか、というのが一つの基準になるのではないでしょうか。

> 通信が安定する、ないし通信範囲が広いこと
「ないし」という言葉は'or'だと思うのですが...通信範囲が広ければ安定しなくていい...ということはありえないので、'and'に勝手に置き換えるとして、通信範囲の広さは? 100km届かなければいけないですか? 1kmでいいですか? それとも10m以下で十分ですか? 現状シリアルを引っ張っているとすると、UARTの電圧振幅を変えたRS232で20mぐらいが限界なので、その置き換えなら最後の条件のような気がしますが...(差動を使うRS422/485なら2km行けるそうだけど、やってみたとこはない)。ちなみにUSB(2.0)は5mが限界だったっけ?

> 小型
これも基準を示してください。現状使っているのがArduino UNOであるなら、逆にそれより大きくするほうが大変というか、意味がないと思いますが。

やりたいこと2-2は、ブレッドボード上にマイコンを置いて無線通信をするのではいけないのですか? 分けなきゃいけない理由があるのですか?

[thkana]

もひとつ、PC上でなんらかの処理をするのですか? つまり、(Windowsなら)COMポート以外でつながって見えると面倒になるとか、そういうことはありますか?

[YAmaGNZ]

プログラム等を何も触らずにRS232Cをただ無線化するハードを導入するという手もありますね

[tara_paru]

thkana様、YAmaGNZ様

ご指摘いただき誠にありがとうございました。
考えられる限りで数値化を行いました。
Arduino Unoの使用感のまま無線化したい、という軽い考えだったため気が回りませんでした。

やりたいこと2-2に関しまして、ブレッドボード上にマイコンを置いて無線通信をする形で構いません。
センサーで取る部分、PCとつながる部分という2つの系に分離できる形であれば、どういった形でも良いと考えています。私の経験の中で考えた結果が2-2であったためブレッドボード上にマイコンがありませんが、もちろんthkana様がおっしゃるような形でも良いと思っております。

>PC上でなんらかの処理をするのですか?
こちらもその通りです。
センサー情報をPC上のアプリケーションに送り、アプリケーションを動かすソースコード上でセンサー情報を基に条件分岐や計算を行いたいと考えております。
現在USB端子を使ってシリアル通信を行っておりますが、この形だとArduino Unoで経験があり嬉しいという思いがございます。
COMポートでもCOMポート以外でもどちらでも構わない、というのが本音です。

ご質問の返答になっていないかもしれませんが、こちらがお答えできる範囲の内容です。
初心者質問で大変申し訳ございません。
ご意見がございましたら賜りたく存じます。

Answer 1

Raspiを使うなら、PCをラズパイに置き換えるということですかね。
そうであればRaspiのBLEを使うのが手っ取り早いと思います。
参考記事：
https://ambidata.io/samples/temphumid/ble_gw/

M5(中にESP32が入っているのでESP32同じほぼ同じもの)を使用する場合もBLEを使うのが手っ取り早いですね。構成は、センサ側はブレッドボードを使わず直接M5にセンサを接続する、PC側はUSBでM5とシリアル通信をする、という構成になります。M5同士をBLE通信する参考記事です。
https://qiita.com/mirawerra/items/d3d514cbdb3c2f4c20fb
M5公式のサンプルコードもArduinoから閲覧可能です。初めは理解に手間取るかもしれませんが頑張ってください。

Tweliteを使用する場合は、センサ側にTweliteのDIP品を、PC側にMonoStickを使用することになります。
センサとTweliteDIPの通信プロトコルがI2Cなら下記の公式ページが参考になります。
https://mono-wireless.com/jp/products/MoNoStick/monitor-I2C.html
少し複雑なことやりたい場合は、TweliteActなるものを使用することになります。またTweliteへの書き込み機が別途必要になります。全部そろえると少しお値段はります。

Comments

[tara_paru]

YOshim様
ご回答いただき誠にありがとうございます。

こちらの質問文が曖昧であり大変申し訳ございません。
あくまでラズパイはArduinoと同様に、センサー情報をPCに送る中継として使えるなら使ってみたいという思いで記載しました。
PC上で動作するアプリケーションにセンサー情報を送り、ソースコード上でセンサー情報を基に条件分岐や計算を行う、という想定をしております。

3件も例を共有していただき大変感謝しております。
例でいいますと3件目が最も認識として近いです。
それに近いことがM5Stackならできる、という形ですかね？
とても魅力的に感じております。

Answer 2

Arduino を2か月触った程度の知識しか持ち合わせておりません。

のであれば、XBeeってので探してみれば。
工作記事もたくさんあるんで、さがせばなんとかいけるんじゃないかと

Comments

[tara_paru]

y_waiwai様
ご回答いただき誠にありがとうございます。

XBee、初めて知り記事をいくつか参照しましたが、自分の認識ととても近いモノでした。
小型で無線通信が実現できること、Pythonと似た記法でコーディングできることなどがとても素晴らしいと感じました。
まだ数件の記事と販売ページを見ただけですが、他のものとも比較して検討したいと思います。