NodeMCU ESP8266ガイド：ピン配置、Arduino IDEのセットアップ、Webサーバー

NodeMCUは、Wi-Fiに対応したESP8266チップに、USB接続、3.3 Vレギュレーター、ブレッドボードに挿しやすいピンを組み合わせた手ごろな開発ボードです。Arduino IDEでおなじみの命令でプログラムでき、単体で家のネットワークに接続し、スマートフォンで開けるWebページを配信できます。温度センサーをインターネットにつなぎたい、スマートフォンからリレーを切り替えたい、家のLEDテープを制御したいなら、NodeMCU ESP8266はもっとも安く始められる選択肢のひとつです。

このガイドでは、NodeMCUの仕様、まぎらわしいD1〜D8とGPIOのピンの対応、ボードの起動に影響するピン、Arduino IDEのセットアップ、Wi-Fiへの接続、スマートフォンからLEDを切り替えるWebサーバーをステップごとに見ていきます。最後の章では、ESP8266とESP32の違いと、よくある間違いの対処法を紹介します。

ESP8266とNodeMCUとは？

ESP8266は、Espressifが2014年に発表した、Wi-Fiを内蔵した32ビットのマイコンです。とても安価だったため、メイカーの世界でWi-Fiプロジェクトを一気に身近なものにしました。NodeMCUという名前は、もともとこのチップ向けに書かれたLuaベースのファームウェアと、そのオープンソースの開発ボードを指していました。現在ではESP-12Eモジュールを使ったボードの総称として使われています。ただし、Luaでプログラムすることはまれで、ほとんどの人はArduino IDEかMicroPythonを使います。

市場には2つの一般的なNodeMCUのバージョンがあります。V2（Amica）は幅が狭く、CP2102のUSBシリアル変換チップを使い、ブレッドボードに挿すと両側に1列ずつ空いた穴が残ります。V3（LoLin）は幅が広く、CH340Gチップを使い、標準的なブレッドボードをほぼ覆ってしまうため、ブレッドボードを2枚並べるとV3がずっと扱いやすくなります。どちらのバージョンもピン配置は同じで、同じコードが動きます。もっと小さなボードがほしいなら、Wemos D1 Miniも同じチップを積んでいて、同じスケッチが動きます。

NodeMCUのピン配置：D1〜D8とGPIOの対応

NodeMCUでいちばんまぎらわしいのは、ボードに印刷されたDの表示が、チップの本当のGPIO番号ではないことです。たとえば、D1と書かれたピンは実際にはGPIO 5です。Arduino IDEでNodeMCUのボードを選べば、コードにD1と書くとコンパイラが自動的に5に変換します。しかし、digitalWrite(1, HIGH)と書くと、シリアルポートのTXピンであるGPIO 1を駆動してしまいます。MicroPythonでは常にGPIO番号を使います。

この表によると、最初のプロジェクトで気兼ねなく使えるピンはD1、D2、D5、D6、D7です。D3、D4、D8はボードの起動モードを決めるピンです。電源が入ると、ESP8266はGPIO 0、GPIO 2、GPIO 15のレベルを確認し、通常の起動にはGPIO 0とGPIO 2がHIGH、GPIO 15がLOWであることを求めます。これらのピンにつないだボタン、リレー、センサーが起動時にレベルを変えてしまうと、ボードはプログラムではなく書き込みモードで起動するか、まったく起動しません。起動時にボタンは押されていないので、D3とD4はボタンには使えますが、出力がLOWのままになるモジュールはこれらのピンから離してください。

A0ピンも特別です。ESP8266チップのアナログ入力は0〜1 Vしか測れませんが、NodeMCUのボードにある220 kΩと100 kΩの分圧回路のおかげで、A0には約0〜3.2 Vを入力でき、analogRead(A0)はその範囲を0〜1023で返します。アナログ入力は1つしかないため、複数のアナログセンサーを使いたいなら、ADS1115のようなI2CのADCが必要です。D1とD2のピンは初期設定のI2Cバスです。I2Cの基本はI2Cとは？で確認できます。

Arduino IDEでESP8266をセットアップする

1. Arduino IDEで「ファイル」>「基本設定」を開き、「追加のボードマネージャのURL」欄にhttps://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.jsonを追加します。
2. 「ツール」>「ボード」>「ボードマネージャ」を開き、esp8266を検索して、ESP8266 Communityのパッケージをインストールします。
3. 「ツール」>「ボード」メニューでNodeMCU 1.0 (ESP-12E Module)を選びます。Wemos D1 Miniを使うなら、代わりにLOLIN(WEMOS) D1 R2 & miniを選んでください。
4. データ通信用ケーブルでボードをつなぎ、「ツール」>「ポート」でポートを選びます。ポートが表示されなければ、V3ボードならCH340の、V2ボードならCP2102のドライバをインストールしてください。
5. Upload Speedは115200のままにしておきます。書き込みが安定して動くようになったら、921600に上げて速くできます。

最初のスケッチ：ボード上のLEDを点滅させる

NodeMCUでは、ESP-12Eモジュール上にGPIO 2（D4）につながった青いLEDがあります。V2（Amica）ボードにはD0に2つ目のLEDがあります。これらのLEDは反転ロジックで、ピンがLOWのときに点き、HIGHのときに消えます。Arduinoコアでは、LED_BUILTIN定数はすでに2と定義されています。

1// NodeMCU dahili LED'i: GPIO2 (D4), ters mantık / onboard LED: GPIO2 (D4), inverted logic
2
3void setup() {
4  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
5}
6
7void loop() {
8  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);    // LOW = yanar / LOW = on
9  delay(500);
10  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);   // HIGH = söner / HIGH = off
11  delay(500);
12}

Wi-Fiに接続する

Wi-FiこそがESP8266の本当の強みです。次のスケッチは、ボードをステーションモードで家のネットワークに接続し、ルーターが割り当てたIPアドレスと信号の強さをシリアルモニタに表示します。20秒以内に接続できなければ、待つのをやめて警告を表示します。ネットワーク名とパスワードを自分のものに置き換え、シリアルモニタを115200 baudで開いてください。

1#include <ESP8266WiFi.h>
2
3const char* ssid = "AgAdi";          // Wi-Fi adın / your Wi-Fi name
4const char* password = "Sifre123";   // Wi-Fi şifren / your Wi-Fi password
5
6void setup() {
7  Serial.begin(115200);
8  Serial.println();
9  WiFi.mode(WIFI_STA);               // istemci modu / station mode
10  WiFi.begin(ssid, password);
11  Serial.print("Baglaniyor / connecting");
12  unsigned long start = millis();
13  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
14    delay(500);
15    Serial.print('.');
16    if (millis() - start > 20000) {  // 20 sn'de bağlanamazsa / give up after 20 s
17      Serial.println("\nBaglanamadi, ag adini ve sifreyi kontrol et / failed, check SSID and password");
18      return;
19    }
20  }
21  Serial.println();
22  Serial.print("IP: ");
23  Serial.println(WiFi.localIP());    // modemin verdiği adres / address given by the router
24  Serial.print("Sinyal / RSSI: ");
25  Serial.print(WiFi.RSSI());         // -50 iyi, -80 zayıf / -50 good, -80 weak
26  Serial.println(" dBm");
27}
28
29void loop() {
30}

スマートフォンからLEDを操作する：簡単なWebサーバー

では、NodeMCUを小さなWebサーバーにしてみましょう。LEDを220 Ωの抵抗を通してD1（GPIO 5）ピンにつなぎます。LEDの長い足を抵抗経由でD1に、短い足をGNDにつなぎます。赤いLEDなら、この抵抗で電流は(3.3 V − 2 V) / 220 Ω ≈ 6 mAとなり、ピンの上限を余裕で下回ります。自分のLEDに合った値はLED抵抗計算ツールで計算してください。書き込んだら、シリアルモニタに表示されたアドレスを、同じWi-Fiにつないだスマートフォンのブラウザで開きます。

1#include <ESP8266WiFi.h>
2#include <ESP8266WebServer.h>
3#include <ESP8266mDNS.h>
4
5const char* ssid = "AgAdi";          // Wi-Fi adın / your Wi-Fi name
6const char* password = "Sifre123";   // Wi-Fi şifren / your Wi-Fi password
7
8const int LED_PIN = D1;              // GPIO5, 220 ohm direnç ile LED / LED through a 220 ohm resistor
9bool ledOn = false;
10
11ESP8266WebServer server(80);
12
13void handleRoot() {
14  String html = "<!DOCTYPE html><html><head><meta charset='utf-8'>"
15                "<meta name='viewport' content='width=device-width,initial-scale=1'>"
16                "<title>NodeMCU</title></head>"
17                "<body style='font-family:sans-serif;text-align:center'>"
18                "<h1>NodeMCU LED</h1><p>LED: <b>";
19  html += ledOn ? "ACIK / ON" : "KAPALI / OFF";
20  html += "</b></p><p>A0: ";
21  html += analogRead(A0);            // 0-1023 arası analog değer / analog value 0-1023
22  html += "</p><p><a href='/on'><button>AC / ON</button></a> "
23          "<a href='/off'><button>KAPAT / OFF</button></a></p></body></html>";
24  server.send(200, "text/html", html);
25}
26
27void setLed(bool on) {
28  ledOn = on;
29  digitalWrite(LED_PIN, on ? HIGH : LOW);
30  server.sendHeader("Location", "/");   // ana sayfaya yönlendir / redirect to the main page
31  server.send(303, "text/plain", "");
32}
33
34void setup() {
35  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
36  digitalWrite(LED_PIN, LOW);
37  Serial.begin(115200);
38  WiFi.mode(WIFI_STA);
39  WiFi.begin(ssid, password);
40  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
41    delay(500);
42    Serial.print('.');
43  }
44  Serial.println();
45  Serial.print("Tarayicida ac / open in browser: http://");
46  Serial.println(WiFi.localIP());
47
48  if (MDNS.begin("nodemcu")) {       // http://nodemcu.local adresi / address http://nodemcu.local
49    MDNS.addService("http", "tcp", 80);
50  }
51
52  server.on("/", handleRoot);
53  server.on("/on", []() { setLed(true); });
54  server.on("/off", []() { setLed(false); });
55  server.onNotFound([]() { server.send(404, "text/plain", "Bulunamadi / not found"); });
56  server.begin();
57}
58
59void loop() {
60  server.handleClient();             // gelen istekleri işle / handle incoming requests
61  MDNS.update();
62}

ページが開かないときは、スマートフォンがゲストネットワークやモバイルデータではなく、NodeMCUと同じWi-Fiネットワークにつながっているか確認してください。nodemcu.localという名前はたいていパソコンやiPhoneで使えますが、mDNSに対応していないAndroidのスマートフォンもあるので、その場合はIPアドレスが必要です。LEDの代わりにリレーモジュールをつなげば、同じコードで本物のランプを操作できます。くわしくはリレーモジュールとは？を参照してください。

アクセスポイント（AP）モード：ルーターなしで接続する

周りにWi-Fiがなければ、NodeMCUは自分のネットワークを作れます。アクセスポイントモードでは、スマートフォンをNodeMCU-APネットワークに直接つなぎ、ボードはたいてい192.168.4.1で応答します。このモードは、庭の水やりシステムや屋外で使う測定器に最適です。上のWebサーバーとこのモードを組み合わせるには、WiFi.beginの行の代わりにsoftAPの行を使うだけです。WIFI_AP_STAモードなら両方の役割を同時にこなせます。パスワードは8文字以上でなければならず、そうでないとネットワークが作られません。

1#include <ESP8266WiFi.h>
2
3void setup() {
4  Serial.begin(115200);
5  WiFi.mode(WIFI_AP);                            // kendi ağını kur / create its own network
6  bool ok = WiFi.softAP("NodeMCU-AP", "12345678"); // ad ve en az 8 karakter şifre / name and 8+ char password
7  Serial.println(ok ? "AP hazir / AP ready" : "AP hatasi / AP error");
8  Serial.print("IP: ");
9  Serial.println(WiFi.softAPIP());               // genellikle 192.168.4.1 / usually 192.168.4.1
10}
11
12void loop() {
13  Serial.print("Bagli cihaz / stations: ");
14  Serial.println(WiFi.softAPgetStationNum());
15  delay(3000);
16}

MicroPythonでESP8266を使う

NodeMCUはArduinoの言語のほかにMicroPythonでもプログラムできます。esptoolでMicroPythonのファームウェアをボードに書き込めば、Thonnyのようなエディタから直接Pythonのコードを実行できます。ESP8266はメモリが限られているため、大きなMicroPythonのプログラムではメモリエラーにぶつかることがありますが、簡単なWi-Fiやセンサーのプロジェクトにはとても便利です。MicroPythonでは、ピン番号としてDの表示ではなくGPIO番号を書くことに注意してください。

1import network, time
2from machine import Pin
3
4led = Pin(2, Pin.OUT)                     # D4 = GPIO2, dahili LED / onboard LED
5wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
6wlan.active(True)
7wlan.connect("AgAdi", "Sifre123")         # Wi-Fi adı ve şifresi / Wi-Fi name and password
8
9while not wlan.isconnected():
10    time.sleep(0.5)
11print("IP:", wlan.ifconfig()[0])
12
13while True:
14    led.value(not led.value())            # ters mantık: 0 = yanar / inverted: 0 = on
15    time.sleep(0.5)

ESP8266とESP32、どちらにする？

まとめると、センサー1つのデータをインターネットに送る、スマートフォンからリレーを切り替える、簡単なWebページを配信するといった用途なら、ESP8266は今でも十分以上で、しかも安価です。Bluetooth、多くのアナログ入力、カメラ、高速な処理、多くのタスクの同時実行が必要な新しいプロジェクトには、ESP32のほうが適しています。コードの移植は簡単で、ESP8266WiFi.hをWiFi.hに、ESP8266WebServer.hをWebServer.hに、ESP8266mDNS.hをESPmDNS.hに替え、MDNS.update()の行を削除し（ESP32にはありません）、D1のようなボードの表示の代わりにGPIO番号を使えば、たいていそれで済みます。くわしくはESP32とは？とArduinoとESP32の違いは？を参照してください。

電源とディープスリープ

NodeMCUにはUSBかVINピンから5 Vで給電し、ボード上のレギュレーターが3.3 Vに下げます。Wi-Fi送信中の170 mAの電流のピークは、電力の弱いUSBポートや細いケーブルで電圧低下を起こし、ボードが勝手にリセットされる原因になります。品質のよいケーブルと、1 A以上を供給できるACアダプターを使ってください。電池で動かすプロジェクトでは、ESP.deepSleep()でチップを約20 µAで眠らせられます。タイマーが切れたときに起きられるよう、D0（GPIO 16）ピンをRSTピンにつなぐ必要があります。ただし、ボード上のUSBシリアル変換チップとレギュレーターはスリープ中も電流を消費し続けるため、電池を長持ちさせるなら単体のESP-12モジュールか低消費電力ボードのほうがよい結果になります。電池の持ちを見積もるには電池寿命計算ツールを使ってください。

NodeMCUを使ったプロジェクトアイデア

• Wi-Fi温度計：DHT11で測った温度と湿度を、スマートフォンで開くページに表示します。
• スマートプラグ：リレーモジュールとWebページのボタンで、ランプをオン・オフします。
• 植物の水やりアラート：土壌水分センサーをA0につなぎ、土が乾いたらページに警告を表示します。
• Wi-Fi LEDテープ：WS2812Bテープの色とエフェクトをスマートフォンから選びます。
• インターネット時計：NTPサーバーから時刻を取得し、I2C LCDディスプレイに表示します。
• 動体アラーム：PIRセンサーが動きを検知したらTelegramのメッセージを送ります。

よくある間違いと対処法

NodeMCU ESP8266は、Arduinoで学んだことをワイヤレスの世界へ広げる、もっとも手ごろな方法です。数行のコードで家のネットワークにつながり、スマートフォンから操作できる機器を作れます。BlueGraysアプリには、ESP32でのWi-Fi接続、Webサーバー、WebSocket、NTP時計、mDNSなどのワイヤレスプロジェクトが、ステップごとの回路図とコード付きでそろっており、同じ考え方をNodeMCUにも簡単に応用できます。