深入解析 Arduino UNO R4 WiFi：強化功能與無線連接的物聯網開發板評測
拿到 Arduino UNO R4 WiFi 的這幾天，我特別關注了它的幾項新功能，這些升級對於開發者來說無疑提供了更強的靈活性和應用可能性，以下針對幾個重要的改進進行更深入的探討。
1. 強大的處理器——Renesas RA4M1 32-bit ARM Cortex-M4
以往我們使用的 Arduino UNO R3 搭載的是 8-bit AVR 處理器，在進行多工或計算密集型應用時，常常面臨性能瓶頸。但這次的 UNO R4 WiFi 搭載了來自瑞薩的 RA4M1 微控制器，擁有 32-bit 的 ARM Cortex-M4 架構，處理速度高達 48MHz。這對於一般的嵌入式應用來說，無疑是質的飛躍。
測試過程中，我運行了一些複雜的感測器數據處理和運算邏輯，如多感測器數據匯聚、數學運算以及即時控制，這些在 R3 上容易卡頓或必須分階段處理的應用，在 R4 上運行起來順暢許多，整體運行時間明顯縮短。在處理 IoT 資料流時，這款 32-bit 處理器尤其能展現它的優勢，適合用來開發需要高效數據處理的智慧家居、工業自動化等專案。
2. 內建 WiFi 和藍牙——ESP32-S3
最讓我感到興奮的是這款新板子的無線連接功能。以前在 Arduino 平台上實現 WiFi 或藍牙連接，一般需要額外搭配外接模組（例如 ESP8266），而這款 UNO R4 WiFi 則內建了 ESP32-S3 模組，原生支持 WiFi 和 藍牙，讓無線連接變得簡單且一體化。對於現代的物聯網開發來說，這是非常大的優勢。
實測時，我用 UNO R4 WiFi 快速連接到家庭的 WiFi 網路，將感測器數據即時傳輸到 MQTT 服務器。過程非常簡便，連線穩定性也相當不錯。隨後，我測試了它的藍牙功能，將其與手機 App 進行連接，實現了設備的遠程控制。這讓我想到，它非常適合用於智慧家居應用或是遠程監控系統，無論是透過 WiFi 傳輸大量感測數據，還是藉由藍牙與周邊設備進行互動，它都能輕鬆勝任。
完整的範例 請參考原廠文件與範例說明 https://docs.arduino.cc/tutorials/uno-r4-wifi/wifi-examples/
3. 雙電壓支援——5V 和 3.3V
這次的 UNO R4 WiFi 還提供了 5V 和 3.3V 雙電壓支援，這一點對於測試不同感測器和模組來說，是非常有幫助的。傳統的 UNO R3 僅支援 5V，但許多現代感測器和模組其實是運行在 3.3V 的電壓環境下。以往需要再額外搭配降壓模組，或是在接線時格外小心避免燒壞設備。現在這個煩惱解決了，我可以直接使用 3.3V 模組，讓開發過程更加簡便和靈活。
4. 精確的 12-bit ADC
在精密測量方面，UNO R4 WiFi 也做了升級。它搭載了 12-bit / 14-bit 的 ADC（模擬數位轉換器），相較於之前的 10-bit 轉換器，這次能提供更高的解析度，適合需要精準數據的應用。我特別測試了幾款精度要求較高的環境感測器，例如讀取類比行電壓輸出的感測器，數據表現相當穩定，且比以往的 10-bit ADC 更加精細，特別是在捕捉微小變化時，能顯示出更豐富的數據細節。
這讓我想到，未來這款開發板可以應用在智慧農業、氣象監測、醫療健康等對數據精度有較高要求的領域，真正發揮 12-bit ADC 所帶來的技術優勢。
類比數位轉換器 (ADC) 將類比訊號轉換為數位訊號。 Arduino 板上的標準解析度設定為 10 位元 (0-1023)。 UNO R4 WiFi 支援高達 14 位元分辨率，可從類比訊號中提供更精確的值。
要更新分辨率，您只需使用analogReadResolution()命令。
要使用它，要使用它，只需將其包含在您的setup()，並使用analogRead()從類比引腳檢索值。
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void setup(){ analogReadResolution(14); //change to 14-bit resolution } void loop(){ int reading = analogRead(A3); // returns a value between 0-16383 } |
5. 快速連接模組——Qwiic 接口 快速串接所有 QWIIC 生態的擴展模組
最後值得一提的是，這款新板子還新增了 Qwiic 接口，讓原型開發變得更為快捷。這兩個連接標準是 SparkFun 推出的生態系統，支援快速無焊接連接不同模組和感測器。我測試時，用 Qwiic 連接了環境感測器和顯示模組，幾乎是即插即用，省去過去繁瑣的跳線過程。
這對於那些快速原型設計或是做測試樣品的工程師來說，省時省力，特別適合產品開發的早期階段或是學生專案。
整體來說，Arduino UNO R4 WiFi 的新功能讓它在物聯網、感測應用和智能控制方面的潛力大大提升。不論是高效的處理器、更準確的 ADC，還是內建的無線功能，這款新板子都提供了令人滿意的升級體驗。如果你正在尋找一款性能更強大且適應現代開發需求的 Arduino 開發板，UNO R4 WiFi 絕對值得一試。
除了之前提到的幾大功能升級外，還有一些值得深入討論的改進，這些都讓 Arduino UNO R4 WiFi 成為我手中最為強大的工具之一。作為測試員，這些改進讓我在應用時能更加游刃有餘，特別是在專案中追求效能、效率和靈活性的情況下。
6. 更多的 I/O 接口
這款新的 UNO R4 WiFi 提供了更豐富的 I/O 接口，包括數位和類比引腳數量的增加，這意味著能夠同時連接更多的感測器和模組。在過去的版本中，我經常會因為引腳不夠用而不得不擴展或使用複雜的多路復用方案。這次，我測試了將多個模組同時接入，例如使用多個溫濕度感測器、光照感測器以及驅動顯示屏和LED，全部順利運作，無需額外的擴展設備。
這對於需要管理大量感測器數據的應用場景來說，幫助非常大。例如智慧農業中同時監控多塊田地的土壤濕度、光照強度等，UNO R4 WiFi 能夠輕鬆處理這類多任務的數據傳輸和處理。
7. 更多的記憶體和存儲空間
相較於 UNO R3 的 2KB SRAM 和 32KB Flash 記憶體，UNO R4 WiFi 大幅提升了內部存儲。具備 32KB SRAM 和 256KB Flash，記憶體和存儲空間的提升直接解決了過去在開發複雜應用時面臨的瓶頸。
在測試過程中，我編寫了一個較為複雜的物聯網專案，包括數據收集、無線傳輸和資料分析，這類項目需要大量的記憶體和 Flash 空間以保存程式碼與即時數據。以前在 UNO R3 上進行類似項目時，經常會遇到存儲不足、必須精簡程式碼的情況，但這次在 UNO R4 WiFi 上，完全不需要擔心這個問題，開發過程更加流暢、輕鬆。這對於那些需要運行大型程式、複雜應用的開發者來說，絕對是一大福音。
8. 支援 HID 功能
UNO R4 WiFi 還支援 HID（Human Interface Device） 功能，這讓開發者能夠將它模擬為鍵盤、滑鼠或其他人機介面設備。我測試時，把這個功能用於一個鍵盤模擬器的項目，通過這款開發板，能夠模擬鍵盤輸入，實現自動化輸入或簡單的控制功能。
這對於那些需要自動化人機介面的專案來說，提供了極大的便利，例如自動化測試系統、遊戲控制器或智慧辦公設備等應用。透過 HID 功能，開發者能夠讓 UNO R4 WiFi 和各種設備進行更自然的互動，增加了應用場景的豐富性。
9. 低功耗模式
另一個不容忽視的升級是 低功耗模式。隨著物聯網應用越來越多地運行在遠程和無線環境中，功耗管理變得尤為重要。UNO R4 WiFi 支持低功耗模式，讓它在待機時能夠消耗更少的電力，這對於電池供電的應用來說非常重要。
在測試過程中，我模擬了一個環境監測站，這個站點需要長時間持續監測空氣品質和溫濕度數據，並透過 WiFi 將數據傳送到雲端。低功耗模式確保了整個系統可以持續運行更長時間而不需要頻繁更換電池。這對於智慧城市、農業監測等長期監控的應用來說，能夠顯著提升設備的運行壽命，降低維護成本。
10. 豐富的開發資源與社群支持
作為 Arduino 平台的一部分，UNO R4 WiFi 享有強大的 開發資源與社群支持。除了官方提供的各類程式庫和範例程式外，Arduino 擁有龐大的社群，開發者可以輕鬆找到相關的解決方案和技術支持。這對於不論是新手還是經驗豐富的工程師來說，都是非常重要的一環。
在我測試新功能時，發現社群已經針對 UNO R4 WiFi 提供了許多範例程式和教學資源，涵蓋了各類應用場景，包括物聯網、感測器數據分析、無線通信等。這些資源不僅加快了我的開發進程，還提供了許多新的想法，讓我能夠將它應用於更多創新的專案中。
Arduino UNO R4 WiFi 的新功能不僅提升了硬體性能，也大幅擴展了它的應用場景，特別是在物聯網和嵌入式開發領域。對於那些想要快速開發並部署複雜應用的開發者來說，這是一款非常有潛力的工具。從高效能處理器到內建無線功能、低功耗模式以及 HID 支援，這款開發板將帶領我們進入一個更加智能、高效的開發時代。
