Arduino开发板盘点与对比

Arduino创客开发板概览

Arduino 的产品线主要围绕几个核心系列设计，每个系列针对不同的应用场景、功能需求和用户经验水平。

Classic Family

定位：经典、可靠、教育基础、社区支持广泛、兼容性强。

区别特点：

• 核心代表：Arduino UNO R3 – 这是 Arduino 的标志性产品，使用最广泛，社区资源和教程最丰富。
• 其他成员：Leonardo, Micro (基于 ATmega32U4，原生支持 USB 功能，可模拟键盘鼠标)，。
• 设计理念：简单、稳定、易用。 是 Arduino 项目的基石和“骨架”。
• 兼容性：拥有最庞大的 Shield (扩展板) 生态系统。绝大多数第三方 Shields 都设计兼容 UNO 的引脚排列。
• 处理器：主要基于 8位 AVR 微控制器 (如 ATmega328P, ATmega32U4)，性能适中。

适用场景：初学者学习电子和编程、教育领域、不需要复杂无线或高性能的通用项目、利用海量兼容扩展板的项目。

Nano Family

定位： 紧凑尺寸、丰富功能（特别是高端型号）、嵌入式传感器、无线连接、支持 MicroPython / 机器学习 (ML)。

区别特点：体积非常小 (Tiny Footprint)， 适合空间受限的项目（如可穿戴设备、小型机器人）。

功能梯度明显：

• Nano Every：经济实惠的基础型号，功能与经典 Nano 相似但性能更好（更新款 MCU）。
• Nano 33 BLE Sense / Nano RP2040 Connect： 高端型号，功能强大。
  • 无线连接：集成 Bluetooth® Low Energy (BLE) / **Wi-Fi®** 模块。
  • 嵌入式传感器：通常集成多个传感器（如温度/湿度、气压、手势识别、麦克风、光线、加速度计/陀螺仪等）。
  • 编程支持：除了 Arduino C/C++，还支持 MicroPython 编程。
  • 机器学习：强大的处理器和传感器使其适合在边缘设备上运行 TinyML (微型机器学习) 模型。

适用场景： 可穿戴设备、紧凑型机器人、电池供电项目、需要无线连接或传感器融合的项目、边缘AI/ML实验。

Mega Family

定位：高引脚数、大内存、强处理能力 (相对 Classic)。

区别特点：

• 核心优势：提供大量的数字 I/O 引脚、模拟输入引脚、更大的程序存储空间 (Flash) 和内存 (SRAM)。
• 核心代表：Arduino Mega 2560 (基于 ATmega2560)，拥有 54个数字IO、16个模拟输入、256KB Flash、8KB SRAM。

适用场景： 需要控制大量传感器、执行器、LED 灯带或其他外设的项目（如大型机器人、3D打印机控制器、复杂自动化系统）。当 UNO 的引脚或内存不够用时，Mega 是自然的升级选择。

MKR Family

定位： 物联网 (IoT) 核心、专业无线连接、安全通信、模块化扩展 (Shields & Carriers)。

区别特点：

• 专为物联网设计：几乎每块 MKR 主板都内置了专业的无线通信模块 (除了 MKR Zero)。
• 支持的无线协议多样：Wi-Fi®, Bluetooth®, LoRa®, Sigfox®, NB-IoT (不同型号支持不同的协议组合)。
• 统一硬件平台：基于 32位 Arm® Cortex®-M0 SAMD21 低功耗处理器。
• 安全芯片： 集成加密芯片 (ECC508 / ATECC608A)，用于安全的身份认证和数据传输，是工业/商业 IoT 的关键。
• 模块化设计：拥有丰富的 MKR Shields (扩展板) 和 MKR Carriers (载板)，可以轻松扩展功能：
  • Shields：堆叠在 MKR 板上，增加特定功能（如环境传感器、GPS、以太网、RS485、电机驱动、RGB矩阵控制等）。
  • Carriers：MKR 板插在 Carrier 上，提供特定应用的接口（如工业现场总线、蜂窝网络连接等）。
• 免额外电路： 通过组合不同的 MKR 主板和扩展板/载板，可以构建复杂的 IoT 系统而无需设计额外的电路板。

适用场景： 专业的物联网应用（智慧农业、环境监测、资产追踪、远程控制）、需要特定无线协议或安全通信的项目、利用模块化快速构建原型或产品。

Classic Family 系列

核心对比表

UNO 家族

这些板子共享 标准 UNO R3 的引脚排列 (Pinout)，兼容绝大部分 UNO Shield 扩展板。

Arduino UNO R3 (经典常青树)

• 核心：ATmega328P (8位 AVR)
• 时钟：16 MHz
• 内存：Flash 32KB, SRAM 2KB, EEPROM 1KB
• 连接性：USB Type-B (通过 CH340G 或 ATmega16U2 实现串口)
• 逻辑电平：5V
• 特点：
  • 最经典、最普及、社区资源最丰富。
  • 成本最低 (尤其使用 CH340 芯片的克隆板)。
  • 性能有限，内存小，适合基础学习和简单控制。
  • 无任何无线功能。
• 适用： 绝对新手入门、简单传感器/执行器控制、教育场景、兼容大量 Shield 的项目。

Arduino UNO R4 Minima (性能跃进 – 基础版)

• 核心：RA4M1 (瑞萨, 32位 Arm Cortex-M4)
• 时钟：48 MHz
• 内存：Flash 256KB, SRAM 32KB, EEPROM (软件模拟), 额外 8KB QSPI RAM (极快)
• 连接性：USB-C (原生 USB 通信 + 串口)
• 逻辑电平：5V (保持与 R3 和 Shields 兼容)
• 特点：
  • 巨大性能提升：32位 Cortex-M4 核心，速度是 R3 的 3-16 倍，内存大幅增加。
  • 保持兼容性：外形、引脚排列、5V 逻辑完全兼容 UNO R3 Shields。
  • 内置 12 位 DAC (数模转换器) 和 CAN 总线控制器 (需外接收发器)。
  • 无无线功能。
  • 相比 R4 WiFi 成本更低。
• 适用： 需要更强处理能力或更多内存但仍需兼容 UNO Shields 的项目 (复杂控制、数据处理、多任务)，升级 UNO R3 的绝佳选择。

Arduino UNO R4 WiFi (性能跃进 – 联网版)

• 核心： RA4M1 (瑞萨, 32位 Arm Cortex-M4) + ESP32-S3 (Wi-Fi & BLE 协处理器)
• 时钟： 48 MHz (RA4M1)
• 内存： Flash 256KB (RA4M1) + 384KB (ESP32), SRAM 32KB (RA4M1) + 512KB (ESP32), EEPROM (软仿), 额外 8KB QSPI RAM (极快)
• 连接性： USB-C (原生 USB + 串口) + Wi-Fi 4 (802.11b/g/n) + Bluetooth LE 5.0
• 逻辑电平： 5V
• 特点：
  • 具备 R4 Minima 的所有性能优势 (Cortex-M4, 大内存, 兼容性)。
  • 集成 Wi-Fi 和 BLE： 通过专用 ESP32-S3 模块实现，功能强大且稳定。
  • 内置 OPAMP (运算放大器) 和 HID 支持 (可通过库模拟键盘/鼠标等)。
  • 板载 ESP32 加密芯片，增强安全性。
• 适用： 所有需要强大本地处理能力并需联网 (Wi-Fi/BLE) 的项目，智能家居网关、数据上传云端、远程控制等。是 UNO 家族目前功能最全面的旗舰。

Arduino UNO WiFi Rev2 (前代联网 UNO – 将被 R4 WiFi 取代)

• 核心：ATmega4809 (8位 AVR, 带硬件乘法器) + u-blox NINA-W102 (Wi-Fi & BLE 模块)
• 时钟：16 MHz (或内部 20MHz)
• 内存：Flash 48KB, SRAM 6KB, EEPROM 256B
• 连接性：USB Micro-B (通过 ATmega16U2 实现串口) + Wi-Fi 4 + Bluetooth 4.2
• 逻辑电平：5V
• 特点：
  • 在 R3 基础上增加了 Wi-Fi/BLE 功能 (NINA 模块)。
  • 处理器 (ATmega4809) 比 R3 的 328P 稍强 (内存稍大，有硬件乘法器)，但仍是 8 位。
  • 性能、内存和无线能力均远逊于 UNO R4 WiFi。
  • 已逐渐被 R4 WiFi 取代。
• 适用： 现有项目维护；如果追求性价比且不需要 R4 级别的性能，可能还有库存；新项目首选 R4 WiFi。

Arduino UNO Mini Limited Edition (限量迷你版)

• 核心： ATmega328P (8位 AVR) – 同 UNO R3
• 时钟： 16 MHz – 同 UNO R3
• 内存： Flash 32KB, SRAM 2KB, EEPROM 1KB – 同 UNO R3
• 连接性： USB-C (通过 CH340C 实现串口)
• 逻辑电平： 5V
• 特点：
  • 功能与 UNO R3 完全相同。
  • 尺寸极小： 仅为标准 UNO 的约 1/3 大小。
  • 限量发行： 官方已售罄，可能难购买。
  • 不兼容标准 Shields： 需要专用小型扩展板或面包板接线。
• 适用： 对空间有极端要求的项目 (前提是能找到)，作为小型化的 UNO R3 替代。

原生 USB HID 家族 (基于 ATmega32U4)

这些板子最大的特点是 主控芯片内置 USB 控制器，使其能轻松模拟键盘、鼠标、游戏手柄等 HID 设备。

Arduino Leonardo

• 核心：ATmega32U4 (8位 AVR)
• 时钟：16 MHz
• 内存：Flash 32KB, SRAM 2.5KB, EEPROM 1KB
• 连接性：USB Micro-B (原生 USB，支持 HID 设备模拟)
• 逻辑电平：5V
• 尺寸与兼容性：标准 UNO 外形尺寸，但引脚排列不同！不完全兼容 UNO Shields。
• 特点：
  • 原生 USB HID 支持：核心卖点，可方便地创建 USB 输入设备。
  • 性能与 UNO R3 类似。
  • 无无线功能。
• 适用： 需要创建自定义键盘、鼠标、MIDI 控制器、游戏手柄等 USB 输入设备的项目。

Arduino Micro

• 核心：ATmega32U4 (8位 AVR) – 同 Leonardo
• 时钟：16 MHz – 同 Leonardo
• 内存：Flash 32KB, SRAM 2.5KB, EEPROM 1KB – 同 Leonardo
• 连接性：USB Micro-B (原生 USB，支持 HID 设备模拟) – 同 Leonardo
• 逻辑电平：5V
• 尺寸与兼容性： 非常小巧 (类似 Pro Micro)，引脚间距兼容面包板。完全不兼容 UNO Shields。
• 特点：
  • 具备 Leonardo 的所有 HID 功能。
  • 尺寸极小。
• 适用： 需要 HID 功能且空间受限 的项目 (如集成到键盘里的小控制器)。

特殊功能型号

• Yún Rev2：
  • 双架构设计：ATmega32U4（Arduino程序） + MIPS处理器（Linux系统）
  • 支持Python脚本、数据库、Web服务器（通过OpenWrt系统）
  • 场景：远程OTA更新网关、私有云数据中继
• Zero：
  • 首款32位Classic板（SAMD21），但逻辑电平3V（易烧毁5V外设）
  • 调试优势：内置EDBG芯片实现实时代码分析

已淘汰/慎选型号

• UNO WiFi Rev2：
  • 被R4 WiFi全面碾压（性能/无线协议/价格）
  • 仅建议旧项目维修时采购
• UNO Mini LE：
  • 限量版已停产，二手市场溢价严重（$50+），性价比极低

Nano Family 系列

核心参数对比表

基础款：极致性价比

• Nano (经典款)
  • 仅建议用于 替换旧设备 或 面包板基础实验
  • 注意：新款多为3V逻辑，购买时需确认电压
• Nano Every
  • 唯一保持5V逻辑的现代Nano，无缝替代旧设计
  • 比经典Nano内存提升3倍（SRAM 6KB），支持更复杂逻辑

选型场景：

• 驱动5V外设（如舵机、LCD屏）→ Nano Every
• 纯电路实验 → 基础Nano（$5版本）

无线IoT款：联网核心

• Nano 33 IoT
  • 集成 ECC508加密芯片，保障数据传输安全
  • 缺点：Wi-Fi仅72Mbps，BLE为2旧协议
• Nano ESP32
  • Wi-Fi 6 Station模式（理论速率300Mbps）
  • 双核性能碾压其他Nano（240MHz vs 48MHz）
  • 独家支持 Arduino+MicroPython+ESP-IDF三框架

选型场景：

• 高速数据传输（视频流、大文件）→ Nano ESP32
• 基础传感器上报 → Nano 33 IoT

边缘AI与传感旗舰

• Nano 33 BLE Sense Rev2
  • 传感器全面升级：
    • 双麦克风阵列 → 声源定位+降噪
    • 高精度温度传感器（±0.2°C）
  • 机器学习优化：TensorFlow Lite Micro官方支持
• Nano RP2040 Connect
  • 双核独立任务处理：
    • Core 0运行Wi-Fi协议栈
    • Core 1处理计算机视觉（OpenMV）
  • 适用实时图像分析（30fps人脸检测）

选型场景：

• 多传感器融合（环境监测）→ BLE Sense Rev2
• 机器视觉（产品质检）→ RP2040 Connect

特殊协议款

• Nano Matter
  • 首款支持 Matter over Thread 的Nano
  • 直接接入Apple Home/Google Home生态
  • 典型场景：智能开关、温控器开发

版本迭代关键点

Mega Family 系列

核心参数对比表

Mega 2560 Rev3：多IO控制之王

• 核心价值：
• 54个数字IO + 16路模拟输入 → 工业多节点控制（如：32路温度传感器采集）
• 5V逻辑电平 → 直接驱动电磁阀/继电器（无需电平转换）
• 局限：
• 8位处理器性能羸弱：无法运行复杂算法（如PID多轴联动）
• 无硬件浮点单元（FPU），数学运算效率极低
• 典型场景：
• 3D打印机主板（开源固件Marlin原生支持）
• 工厂传送带分拣系统（控制20+光电传感器）

Arduino Due：高精度信号处理专家

• 革命性升级：
  • 首款32位ARM Cortex-M3处理器 → 实时性能提升5倍
  • 双通道12位DAC → 生成精密模拟信号（±0.5mV误差）
  • 12位ADC → 医疗级数据采集（ECG/EEG信号放大）
• 致命缺陷：
  • 3V逻辑电平：直连5V设备会烧毁！必须加电平转换模块
  • 无EEPROM → 需外挂I²C存储芯片
• 场景适配：
  • 音频合成器（DAC输出Hi-Fi波形）
  • 振动分析仪（ADC采样率1Msps）

GIGA R1 WiFi：工业物联网终极形态

• 颠覆性设计
  • 双核异构架构：
    • Cortex-M7运行Linux级应用（Python/Node.js）
    • Cortex-M4实时控制电机/传感器（μs级响应）
  • 三网融合通信：
    • Wi-Fi 6上传4K视频流（TCP吞吐量 80Mbps）
    • 千兆以太网连接PLC系统
    • RS-485串联工业仪表（Modbus协议）
  • 工业级接口：
    • CAN FD总线（5Mbps）连接汽车ECU
    • 摄像头接口（DCMI）支持OpenCV边缘检测
  • 场景突破
    • 智能工厂数字孪生系统（实时3D渲染产线状态）
    • 风电设备预测性维护（振动+温度AI分析）

MKR Family 系列

核心参数对比表

无线通信组

⚠️ 淘汰预警：

• GSM 1400：全球超70国已关闭2G网络（2024年欧美全面退网）
• FOX 1200：Sigfox运营商破产重组，部分地区服务中断

功能增强组

功耗实测对比

Arduino Pro 体系

Portenta Family：工业级边缘计算核心

定位：高性能工业网关与边缘计算平台，支持复杂任务（如机器视觉、实时控制）
核心型号：

• Portenta H7：双核 Cortex-M7（480MHz） + Cortex-M4（240MHz），支持 Linux 实时任务，集成 Wi-Fi/BT 5.1，适用于工业自动化和 AI 推理
• Portenta X8：升级版（约 $215），搭载 NXP i.MX 8M Mini + STM32H747 协处理器，支持 Linux 系统 + 实时任务，适合高阶边缘服务器
• Portenta C33（平价版，$68）：瑞萨 RA6M5 Cortex-M33 处理器，集成 ESP32-C3 提供 Wi-Fi/BLE，配备 SE050 安全芯片，主打成本敏感型工业网关

关键技术：

• 安全机制：硬件级加密（SE050/ATECC608A）、Arm TrustZone
• 开发支持：兼容 Arduino IDE、MicroPython、TensorFlow Lite
• 扩展性：兼容 MKR 扩展板，支持高速接口（MIPI DSI、USB-C DP）

典型场景：

• 工厂设备实时监控（如 Portenta H7 + 机器视觉）
• 多协议物联网网关（C33 集成 LoRa/NB-IoT 扩展）
• 边缘 AI 推理（X8 运行 TensorFlow 模型）

Nicla Family：超微型AI传感模组

定位：嵌入式智能感知终端，专为低功耗 AIoT 传感器节点设计，尺寸仅 22.86×22.86mm

核心型号：

• Nicla Vision：双核 STM32H747 + 200 万像素摄像头 + 六轴 IMU + 麦克风，支持 OpenMV 计算机视觉
• Nicla Sense ME：博世 BHI260AP AI 协处理器 + 九轴运动传感器 + BME688（温湿度/气体检测），主打环境监测
• Nicla Voice：集成 Syntiant NDP120 神经处理器，支持始终在线语音识别（如唤醒词检测）

关键技术：

• 传感器融合：多模态数据本地处理（减少云端依赖）
• 功耗优化：休眠电流低至 μA 级，电池寿命达数年
• 开发支持：MicroPython + Arduino Cloud OTA 更新

典型场景：

• 预测性维护（振动+温度异常检测，Nicla Sense ME）
• 智能零售（客流统计，Nicla Vision + 边缘计数算法）
• 语音控制设备（Nicla Voice 离线指令识别）

Opta Family：微型工业PLC

定位：工业自动化控制器，支持 IEC 61131-3 标准（梯形图、结构化文本等），替代传统 PLC

核心型号：

• Opta WiFi/LTE：基于 Portenta H7 双核芯片，提供 8 数字输入 + 4 继电器输出（10A/250VAC），集成 Modbus TCP/RTU 协议

关键技术：

• 工业协议：Modbus、CAN、RS485，兼容 24VDC 工业设备
• 安全认证：509 加密 + 安全元件，支持 OTA 安全更新
• 开发工具：Arduino PLC IDE（支持梯形图编程）

典型场景：

• 小型产线控制（电机启停、气动阀控制）
• 楼宇自动化（照明/空调逻辑，Opta 替代继电器柜）
• 能源监控（Modbus 电表数据采集）

三大家族横向对比

参考链接：

• Hardware | Arduino Documentation