M5Stack IoT電子工作 Pythonインタープリタ

研究！MicroPythonのいろいろ

M5StackとPythonで始めるIoT電子工作

PythonインタープリタとMicroPythonの概要

M5Stackは，手軽にIoTプロジェクトを始めるための開発ボードで，MicroPythonが動作する点が注目されています．MicroPythonは，組み込み用MPUで動作するPythonインタープリタの一種で，Python言語のサブセットとして設計されています．

M5StackでのMicroPythonの実行環境には，公式版のMicroPythonを基にしたM5UI.Flow版が最適です．このバージョンは最新のCore2ハードウェアに対応し，M5Stack特有のハードウェア機能を利用するためのライブラリを備えています．さらに，Python IDE「Thonny」を使用することで，PC上でのスムーズなコード記述とデバッグが可能です．

UIFlowと直接コード記述の比較

M5Stackの開発環境には「UIFlow」というスクラッチ風のブロック・プログラミング・ツールがあります．この環境は，プログラミング初心者にとって直感的で学習しやすい設計となっています．ブロックを並べることで，Pythonコードが自動生成され，MicroPythonインタープリタで実行されます．一方，UIFlowはある程度のプログラミング経験がある人には冗長に感じられることもあります．そのため，上級者はMicroPythonを直接使用し，必要に応じて独自のプログラムを作成する方が効率的です．

Thonnyでは，MicroPythonのREPL（Read-Eval-Print Loop）を使ってリアルタイムにコードを実行し，モジュールの情報を調べることができます．例えば，次のようにコマンドを使用します:

1. `help（'modules'）`
   利用可能なモジュール一覧を表示
2. `help（モジュール名）`
   特定モジュールの詳細を確認

これにより，開発者は必要なモジュールの使い方を迅速に理解できます．

MicroPythonを用いたIoTプロジェクトの魅力

MicroPythonの最大の利点は，小さなメモリ容量でも高度なプログラミングを実現できる点です．I$^2$CやSPIを使ったセンサ・データの取得，$V_{in}$の電圧制御を含むアクチュエータの操作など，多彩なハードウェア・インターフェースを簡単に扱うことができます．これにより，IoTデバイスのプロトタイプ開発が加速します．

M5Stackには，ディスプレイ，ボタン，センサ，通信モジュール（Wi-Fi，Bluetooth）が標準搭載されており，MicroPythonのスクリプトを記述するだけで，これらの機能をすぐに利用できます．

MicroPythonの可能性

MicroPythonは，従来のPythonとは異なり，リソースが限られた組み込みシステム向けに設計されています．小型デバイスでの運用が可能になり，各種IoTアプリケーションにも採用できます．

メモリ効率とモジュール設計

MicroPythonは，軽量化のためにPythonの一部機能を削減しています．ジェネレータやカスタム・モジュールを使った設計が鍵になります．ユーザは特定のハードウェア要件に応じて，必要なモジュールだけを選択してコードを最適化できます．

MicroPythonと競合技術

MicroPythonは，C言語やArduinoのプログラミングと比較して，次のような特徴があります:

1. 高速プロトタイピング
   Pythonの直感的な文法により，コード作成が迅速
2. 拡張性
   サードパーティ製ライブラリを簡単に利用可能
3. クロス・プラットフォーム性
   Windows，macOS，Linuxで動作

M5Stackのようなボードでは，MicroPythonを使うことで迅速に機能を実装し，多様なプロジェクトに対応できます．〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

• 1977年～2008年　NECで中大型コンピュータの装置開発
• 2009年　NECラーニングで組み込み研修講師
• 就労移行支援ベルーフで職業訓練（IT）講師，現在に至る

著書

1. ［VOD/KIT］STM32マイコン＆Wi-Fiモジュールで学ぶ C/C++プログラミング入門，CQ出版社．
2. ［VOD/KIT］Python×実習キット×スマホでできる！ESP32マイコン活用術，CQ出版社．
3. ［VOD/KIT］M5Stack Core2付き！ESP32で学ぶPython＆Arduinoプログラミング入門，CQ出版社．
4. ARM32ビット・マイコン電子工作キット ブレッドボードで気軽に始めよう，CQ出版社．
5. 連載，子供向け1500円パソコン IchigoJam誕生，トランジスタ技術, CQ出版社．

参考文献

1. ［VOD/Pi KIT］ラズベリー・パイで学ぶLinux＆Pythonプログラミング超入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD/KIT］実習キットでできる！ラズパイPicoでマイコン入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/KIT］実習キットでできる！ラズパイPico×Wi-FiモジュールでIoT超入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD/KIT］一緒に動かそう！Lチカから始めるFPGA開発【基礎編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD/KIT］M5Stackで一緒に作ろう！IoTセンシング・エッジ×クラウド連携システム開発［改訂版］，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ラズベリー・パイ Picoマイコン入門 C言語開発環境の構築 ，ZEPエンジニアリング株式会社．