บอร์ด Raspberry Pi Arduino และ ESP8266/ESP32 แตกต่างอย่างไร

เมื่อพูดถึงการเลือกแพลตฟอร์มสำหรับการศึกษา STEM หรือโปรเจ็กต์งานอดิเรก ซึ่งมีผู้ผลิตบอร์ดขนาดเล็กราคาประหยัดจำนวนมากในตลาด ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ได้แก่ Raspberry Pi SBC ที่เป็นมิตรกับเด็กซึ่งได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงเด็กๆ, บอร์ด Arduino สำหรับโครงการอิเล็กทรอนิกส์ และล่าสุดบอร์ดและโมดูลที่ใช้ Espressif ESP8266 และ ESP32 wireless SoC’s ซึ่งในโพสต์นี้เราจะดูกรณีการใช้งานและจุดแข็งของแต่ละบอร์ด ไม่ว่าคุณจะขลุกอยู่กับงานอดิเรกในการเขียนโค้ดและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ DIY หรือคุณมีโครงการเชิงพาณิชย์ก็ตาม

Raspberry Pi

Raspberry Pi เป็นคอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยวขนาดเล็ก (SBC) ที่พัฒนาในประเทศอังกฤษและเปิดตัวครั้งแรกในเดือนกุมภาพันธ์ 2555 คอมพิวเตอร์ขนาดเล็กเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์พื้นฐาน ในโรงเรียน แต่พวกเขาได้ค้นพบวิธีการ โครงการต่างๆรวมถึงผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ สำหรับผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัด Raspberry Pi จะไม่เหมือนคอมพิวเตอร์ทั่วไป อย่างไรก็ตามเมื่อเชื่อมต่อกับจอภาพ แป้นพิมพ์ USB และเมาส์ Raspberry Pi ก็เหมือนกับคอมพิวเตอร์ Linux ระดับพื้นฐาน

มีจำหน่ายในราคาไม่แพง 35 เหรียญขึ้นไปสำหรับ Raspberry Pi 4, ระบบนี้มี RAM 2GB หรือ 4GB, รวมถึงพอร์ต USB-C สำหรับจ่ายไฟ และพอร์ต micro HDMI 2 พอร์ต สำหรับเชื่อมต่อกับจอแสดงผลสูงสุด 2 จอ นอกจากนี้ยังมีพอร์ต USB 2.0 และ USB 3.0 สำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วง เช่นเดียวกับพอร์ต Gigabit Ethernet และโมดูล WiFi และ Bluetooth สำหรับการเชื่อมต่อเครือข่ายแบบใช้สายหรือไร้สายตามลำดับ

แม้ว่าบางครั้ง Raspberry Pi จะขายเป็นบางชิ้นของชุดอุปกรณ์แบบครบวงจร แต่ก็มักจะมาพร้อมกับแบร์โบน ซึ่งหมายความว่าคุณจะต้องเพิ่มอุปกรณ์เสริมเช่นแหล่งจ่ายไฟ 15W + USB-C และการ์ด microSD คุณจะต้องติดตั้งระบบปฏิบัติการโดยเฉพาะอย่างยิ่ง Raspbian สำหรับผู้เริ่มต้นโดยใช้โปรแกรมติดตั้ง NOOBS เมื่อเสร็จแล้วให้ใส่การ์ด microSD ลงในบอร์ด คุณสามารถเชื่อมต่อกับจอแสดงผลแป้นพิมพ์และเมาส์ USB และ Ethernet router เชื่อมต่อสายไฟ คุณก็พร้อมที่จะใช้บอร์ดได้ค่อนข้างง่าย

โครงการ Raspberry Pi

Raspberry Pi ทำอะไรได้บ้าง? เนื่องจากบอร์ด Raspberry Pi ใช้ระบบปฏิบัติการ Linux ที่มีคุณสมบัติครบถ้วนจึงสามารถเรียกใช้แอปพลิเคชันขั้นสูง เช่น ชุดสำนักงาน, โปรแกรมแก้ไขภาพ รวมถึงแอปพลิเคชันเซิร์ฟเวอร์ เช่น เว็บเซิร์ฟเวอร์ Apache หรือ nginx ตั้งค่า OpenVPN หรือ WireGuard ด้วยบริการ VPN ที่คุณชื่นชอบได้, โปรแกรมดาวน์โหลด BitTorrent อยู่เบื้องหลัง, build a NAS สำหรับความต้องการพื้นที่จัดเก็บข้อมูลเครือข่ายของคุณ ฯลฯ …

Raspberry Pi ยังได้รับการออกแบบมาให้ง่ายพอที่เด็กนักเรียนสามารถใช้งานได้และเรียนรู้วิธีการจัดตั้งโครงการต่างๆด้วยความช่วยเหลือจากผู้สอน มีคู่มือออนไลน์ที่ใช้งานง่าย ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้ใหม่ทราบว่าพวกเขาสามารถทำอะไรกับ Raspberry Pi ได้บ้าง ตัวอย่างโครงการ ได้แก่ :

- ถ่ายภาพและบันทึกวิดีโอ
- สร้างภาพเคลื่อนไหวหยุดการเคลื่อนไหว
- เรียนรู้ทักษะการเขียนโปรแกรมเพื่อเขียนโค้ด
- สร้างหุ่นยนต์ด้วยระบบดิจิทัล
- ออกแบบเว็บไซต์โดยใช้ HTML
- ประดิษฐ์แอปพลิเคชันสำหรับอุปกรณ์ Android
- สร้างโมเดล 3 มิติ
- สร้างวิดีโอเกม
- โครงการศิลปะดิจิทัล
- สร้างการบันทึกดนตรี

Raspberry Pi สามารถขยายได้ด้วยอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์และบอร์ดเสริมที่เรียกว่า HAT (Hardware Attached on Top) และระบบนิเวศที่กว้างขวางของเครื่องมือซอฟต์แวร์ และแพ็คเกจที่สามารถใช้ประโยชน์ เพื่อสร้างโครงการที่ซับซ้อนมากขึ้น เครื่องมือซอฟต์แวร์บางอย่างรวมถึงการเขียนโปรแกรม Scratch หรือ Python ในขณะที่ Pi Camera Module เป็นตัวอย่างของอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ที่สามารถต่อเข้ากับ Raspberry Pi SBC ได้ Raspberry Pi Foundation ร่วมมือกับบุคคลที่ 3 กับชุมชนออนไลน์ฟรีที่ เรียกว่า Code Club นำเสนอเครือข่ายชมรมการเข้ารหัสฟรีทั่วโลกสำหรับเด็กอายุ 9 ถึง 13 ปี การแพลตฟอร์มออนไลน์มีโมดูลที่ช่วยให้เด็ก ๆ เรียนรู้การเขียนโค้ดด้วยบอร์ด Raspberry Pi พร้อมกับซอฟต์แวร์และส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ต่อไปนี้:

- Scratch เครื่องมือเขียนโปรแกรมภาพ
- ออกแบบเว็บไซต์ด้วย HTML/ CSS
- โปรแกรมภาษา Python
- ส่วนเสริม Sense HAT พร้อมไฟ LED และจอยสติ๊ก
- โปรแกรม Sonic Pi สร้างเพลงและเสียงโดยใช้รหัส
- BBC Micro:bit คอมพิวเตอร์ที่ใช้การเขียนโปรแกรมได้
- Blender สำหรับโมเดล 3 มิติและภาพเคลื่อนไหว

สิ่งเหล่านี้ช่วยให้คุณสามารถทดลองใช้คุณสมบัติทั้งหมดของคอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว Raspberry Pi และเพิ่มมูลค่าทางการศึกษาของแพลตฟอร์มและความสามารถของโครงการใด ๆ

บอร์ด Arduino

Arduino เปิดตัวครั้งแรกในปี 2548 เป็นแพลตฟอร์มรุ่นเก่าที่เราครอบคลุมอยู่ในปัจจุบัน บอร์ดนี้ผลิตโดยบริษัทในอิตาลีที่มีชื่อเดียวกัน และบอร์ดส่วนใหญ่เป็นฮาร์ดแวร์โอเพนซอร์ส ซึ่งหมายความว่าฮาร์ดแวร์สามารถทำซ้ำและเปลี่ยนแปลงได้ง่าย ซึ่งเป็นสิ่งที่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยกับ Raspberry Pi

Arduino ไม่เหมือนกับคอมพิวเตอร์ เนื่องจากบอร์ด Arduino ส่วนใหญ่ไม่มีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะเรียกใช้ระบบปฏิบัติการ อันที่จริง Arduino ได้รับการออกแบบมาสำหรับโครงการอิเล็กทรอนิกส์หากคุณควบคุม I/O โดยใช้การเขียนโปรแกรม C ด้วย Arduino IDE ที่ติดตั้งในคอมพิวเตอร์ Windows, Linux หรือ Mac ส่วนที่ยากทั้งหมดของการตั้งค่าฮาร์ดแวร์นั้นได้รับการดูแลหรือแยกส่วนดังนั้นบอร์ด Arduino จึงใช้งานได้ง่ายกว่าบอร์ด MCU แบบเดิมมาก

จากนั้นคุณจะสามารถเปิด/ปิด หลอดLED เซ็นเซอร์ควบคุมและบอร์ด Arduino รุ่นล่าสุดที่มาพร้อมกับการเชื่อมต่อในตัวเช่น WiFi และ Bluetooth, หรือแม้แต่ LoRa หรือ NB-IoT ทำให้บอร์ดเหมาะสำหรับการใช้งาน IoT เช่นโหนดเซ็นเซอร์ หรือตัวติดตามตำแหน่ง หากคุณไม่พบสิ่งที่ต้องการอย่างแท้จริงยังมีบอร์ดที่เข้ากันได้มากมายจากบุคคลที่สาม ซึ่งควรตรงกับความต้องการของคุณแม้ว่าการสนับสนุนอาจแตกต่างกันไปในแต่ละผู้ขาย

ผู้ผลิตขนาดใหญ่ที่คุ้นเคยกับ Arduino ซึ่งหมายความว่ามีโครงการเอกสารออนไลน์ทุกประเภทจากนักดนตรีที่ใช้บอร์ด Arduino เพื่อสร้างเครื่องดนตรีใหม่ผ่านไวโอลินขนาดเล็กไปจนถึงไฟวันหยุดและระบบควบคุมเรือนกระจก คุณจะพบโครงการในProject hubที่มีเอกสารอย่างดีมากมายอย่างเป็นทางการ รวมถึงเว็บไซต์อิสระเช่น Instructables

โรงเรียนยังสามารถสอน STEAM ให้กับนักเรียนโดยใช้ Arduino Education Starter Kits ซึ่งนอกเหนือจากแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์แล้วยังมีคำแนะนำและสื่อสำหรับ 10 บทเรียน เมื่อใช้เวลา 90 นาทีต่อบทเรียนคุณจะมีเวลาสอน 15 ชั่วโมง ครอบคลุมทุกอย่างตั้งแต่พื้นฐานของไฟฟ้าไปจนถึงเรดาร์คลื่นแสง

Espressif ESP8266 และ ESP32

การเพิ่ม WiFi ให้กับโครงการเคยเป็นเรื่องที่ค่อนข้างแพง เมื่อหลายปีก่อนสามารถเพิ่มอย่างน้อย 30 ดอลลาร์ ให้กับโครงการใด ๆ ดังนั้นเมื่อ Espressif Systems เปิดตัว ESP8266 ในปี 2557 ด้วยโมดูลที่ขายเพียง 3 ดอลลาร์ พวกเขาก็ทำได้ดีมาก แม้จะค่อนข้างแย่ การสนับสนุนซอฟต์แวร์ในเวลานั้น แต่มีมูลค่ามากมายสำหรับชิป ที่ชุมชนโอเพ่นซอร์สก่อตัวขึ้นรอบ ๆ ชิปอย่างรวดเร็วภายในเวลาประมาณสองปี การสนับสนุนนั้นค่อนข้างเป็นธรรม แม้กระทั่งการใช้ประโยชน์จาก Arduino IDE ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา บริษัท ก็ได้เปิดตัว ESP32 ด้วยโปรเซสเซอร์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นและรองรับการเชื่อมต่อทั้ง WiFI และ Bluetooth

ทั้ง ESP8266 และ ESP32 มาพร้อมกับแกน Xtensa และทำงานด้วยระบบปฏิบัติการเรียลไทม์ FreeRTOS ด้วยแพลตฟอร์มที่นำเสนอตรงกลางระหว่างประสิทธิภาพการใช้พลังงานความสามารถแบบเรียลไทม์ของบอร์ด Arduino และคุณสมบัติเต็มรูปแบบของ Raspberry Pi Linux SBC

โปรเซสเซอร์เหล่านี้ได้รับการออกแบบให้ประหยัดพลังงานผสานรวมกับเทคโนโลยีไร้สายได้เป็นอย่างดีและสามารถทำงานในสภาพแวดล้อมที่สมบุกสมบัน โดยมีอุณหภูมิในการทำงานระหว่าง -40°C ถึง 125°C อย่างไรก็ตามมีข้อแตกต่างที่น่าสังเกตบางประการ ดังนั้นเราจึงได้ทำการเปรียบเทียบ ESP32 กับ ESP8266 เพื่อช่วยให้คุณตัดสินใจได้ว่าแบบใดที่เหมาะสมกับความต้องการของโครงการของคุณมากกว่า

- ความเร็วของ WiFi ที่แตกต่างกัน ESP8266 สูงสุด 72.2 Mbps และ ESP32 สูงสุด 150 Mbps สำหรับ
- ESP32 และ ESP8266 มีการรองรับบลูทูธที่แตกต่าง
- ESP32 มี SAR 12 บิตและพอร็ต DAC 8 บิต 2 ช่อง ส่วน ESP8266 มี SAR 10 บิต
- ESP32 มี 8 ช่องสัญญาณ ESP8266 ทำงานโดยใช้ช่องสัญญาณเดียว
  ESP32 มีเซ็นเซอร์หลายตัวรวมถึงเซ็นเซอร์สัมผัสที่มี 8 ช่องสัญญาณเช่นเดียวกับเซ็นเซอร์อุณหภูมิและเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ห้องโถง ในขณะที่ ESP8266 ไม่มีเซ็นเซอร์ในตัว

ราคาสำหรับบอร์ดและโมดูล ESP8266 และ ESP32 นั้นมีราคาไม่แพงมาก ESP32 ราคาประมาณ 2 ดอลลาร์ขึ้นไป และส่วน ESP8266 ราคาประมาณน้อยกว่า 2 ดอลลาร์ขึ้นไป ดังนั้นการเลือก SoCs เหล่านี้ขึ้นอยู่กับความต้องการของคุณ

ESP8266 และ ESP32 สร้างขึ้นเพื่อใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในอุตสาหกรรม IoT และอุปกรณ์เคลื่อนที่ และคุณจะพบโครงการที่มีเอกสารอย่างดีมากมาย ซึ่งอ้างอิงจากเว็บต่างๆ

เลือกบอร์ดที่เหมาะสมกับความต้องการ

บอร์ดไหนดีที่สุดสำหรับคุณ? Raspberry Pi เป็นแพลตฟอร์มที่ทรงพลังและหลากหลายที่สุด เพื่อวัตถุประสงค์ด้านการศึกษามีทรัพยากรมากที่สุดและเหมาะสำหรับโครงการที่ต้องใช้คอมพิวเตอร์ Linux หรือเกตเวย์ที่มีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังเป็นแพลตฟอร์มที่ง่ายที่สุดในการเริ่มต้นใช้งาน

Arduino เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการควบคุม I/O แบบเรียลไทม์ โครงการที่ใช้แบตเตอรี่และมาพร้อมกับวัสดุที่ดีสำหรับการศึกษา STEM คุณอาจไม่จำเป็นต้องเลือกระหว่าง Raspberry Pi และ Arduino เนื่องจากทั้งสองอย่างสามารถใช้ร่วมกับบอร์ด Arduino ที่เชื่อมต่อกับบอร์ด Raspberry Pi ผ่านการเชื่อมต่อ UART (อนุกรม)

เมื่อใดก็ตามที่คุณคิดจะเพิ่มการเชื่อมต่อ WiFI หรือบลูทูธ ในโปรเจ็กต์บอร์ด ESP8266 หรือ ESP32 เป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าและชัดเจน ข้อเสียคือแพลตฟอร์มนี้อาจเหมาะสำหรับผู้ที่มีความรู้ด้านอิเล็กทรอนิกส์และการเขียนโปรแกรมที่สูงกว่า

แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : Know the Differences between Raspberry Pi, Arduino, and ESP8266/ESP32