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【樹莓派無線控制板】RPi Pico W技術定位剖析

   

作者:陸向陽

約一年半前,樹莓派基金會推出了Raspberry Pi Pico控制板,板子上使用基金會獨有的控制器晶片RP2040,讓創客可以用控制板開發各種控制應用,同時也開放協力廠商(third party,有時會俗稱為副廠)以RP2040晶片為基礎進行延伸設計,從而推出自屬的控制板。

新推出的Raspberry Pi Pico W控制板(圖片來源:樹莓派基金會

介紹RPi Pico控制板

RPi Pico控制板推出後有著不錯的銷路反應,一年半的時間內出貨超過200萬片。不過,RPi Pico控制板有個缺憾,那就是沒有連網能力,在今日IoT日益普及下,沒有連網能力等於大大限制了創客的開發應用空間。

對此,估計基金會自身也想到這點因而積極補強,並在近期推出連網版,即RPi Pico W,W即Wireless無線的意思。更令人激賞的是,RPi Pico W僅比原有的RPi Pico貴2美元,即6美元。

RPi Pico W推出並不表示要取代原有的RPi Pico,兩者會並存銷售,同時基金會也宣布推出RPi Pico H與RPi Pico WH,H即有接腳頭pin header的意思,因為RPi Pico或RPi Pico W是沒有焊上接腳(對岸部份文章翻譯成引腳、管腳)的,留給開發者自己焊,焊完才能將控制板插在麵包板上進行各種電路開發試驗。

已經焊上I/O接腳、除錯接腳的Raspberry Pi Pico控制板(圖片來源:樹莓派基金會

RPi Pico與RPi Pico W 的差別

基本上RPi Pico、RPi Pico W買回後幾乎都會焊上接腳,官方控制板不焊的原因估計是為了省成本,RPi系列的板子向來在設計上就講究省成本。然而,對一些新手而言焊接仍有挑戰與風險,一旦出錯可能就要損失4、6美元(控制板報廢),所以官方乾脆推出已經焊好的RPi Pico H與RPi Pico WH,順便也焊上3-pin的除錯接腳,如此售價僅各增1美元,歸結而言RPi Pico系列如下:

無連網 有連網
預設沒焊接腳 RPi Pico

4美元

2021年1月

RPi Pico W

6美元

2022年7月

預設有焊接腳 RPi Pico H

5美元

2022年7月

RPi Pico WH

7美元

2022年8月

表1 Raspberry Pi Pico系列表(整理:陸向陽)

RPi Pico W/WH之所以能無線連網是因為在電路板上追加放置一顆德國英飛凌(Infineon)的無線晶片CYW43439,該晶片若查資料會發現同時具備Wi-Fi與藍牙,不過目前僅開通Wi-Fi功能,藍牙未來有可能可以開通。

有了連網能力後創客該如何操控、使用連網功能?由於RPi Pico一推出就設定可以用兩種程式語言開發,即C語言與MicroPython語言,而RPi Pico W一樣允許用這兩種語言來操控Wi-Fi連網。

以C語言而言有Pico SDK軟體開發套件可用,套件裡的軟體協定堆疊大體是環繞著IwIP(lightweight IP,一套簡化、輕量化的TCP/IP協定)來建構,另外也會用上libcyw43函式庫,libcyw43函式庫的開發者就是以MicroPython聞名的Damien George。要注意的是:ibcyw43函式庫可以免費使用,但僅限於非商業用途。

至於用MicroPyhton語言開發的就必須透過MicroUSB埠重新燒錄UF2韌體,且要注意的是RPi Pico與RPi Pico W在韌體上是各自獨立發展的,不能通用。

另外,有關Wi-Fi部分可以再補充說明,RPi Pico W用的是IEEE 802.11n速率標準的Wi-Fi,並只使用1根天線(11n標準在單一裝置上允許最高設置4根天線),理論上最快可以到150Mbps,運作頻段則為2.4GHz。

RPi Pico W的應用

進一步的,RPi Pico W已經在其無線射頻電路部分設置了金屬屏蔽(shield),如此用RPi Pico W開發的產品在各國的無線安規檢驗測上也能盡快過關,省去開發者(創客)在一些技術細節上操煩。

RPi Pico W推出後為了加速推廣很快有了幾個應用示範,例如用RPi Pico W來打造一個網站(Web Server),我們可以在網頁瀏覽器(Web Browser)上輸入RPi Pico W的IP/URL來存取、造訪RPi Pico W扮演成的網站,然後以變更URL網址的方式來命令RPi Pico W開啟或關閉LED燈號,以及瀏覽網頁上的文字訊息來獲知LED燈目前是亮是滅的狀態。

用RPi Pico W來打造一個網站(圖片來源:樹莓派基金會

 

用瀏覽器瀏覽10.3.15.120網址,就可以看到RPi Pico W網站的LED燈號狀態,並且可以用http://10.3.15.120/light/on或http://10.3.15.120/light/off網址來開關LED(圖片來源:樹莓派基金會)

結語

此一應用即是所謂的WoT(Web of Things),不僅讓生活用品連網,還讓每個用品自己成為一個網站,任何人都可以透過瀏覽器去查閱用品狀態,以及透過網址或網頁選單設定,來對用品下達操控命令。

或者也有創客拿RPi Pico W來打造智慧盆栽,透過濕度感測器了解植物目前的水份,在水份過低時透過無線方式發出通知等,或用在輪型機器人裡頭。總之,加了無線後有更大的應用想像空間,等待諸位創客來發揮、開拓。

(責任編輯:唐育琪)

陸向陽
陸向陽

Author: 陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。

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