EP.11 เลือกไมโครคอนโทรลเลอร์ทำสินค้า (1): เกณฑ์ที่ต้องดู และชิปเปล่า vs โมดูลสำเร็จรูป

📘 ซีรีส์ออกแบบ IoT Product · EP.11/70 · บทที่ 2: พื้นฐานฮาร์ดแวร์และการเลือกชิ้นส่วน

ตอนนี้ตอบคำถามว่า จะเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU — ชิปสมองของอุปกรณ์) สำหรับสินค้าจริงด้วยเกณฑ์อะไร ต่อจาก EP.10 ที่จัดโต๊ะงานพร้อมแล้ว

8 เกณฑ์ที่ต้องดูก่อนเทียบรุ่น

1. การสื่อสารในตัว มี Wi-Fi, BLE หรือ Thread ในชิปเลยไหม ถ้าไม่มีต้องเพิ่มชิปวิทยุแยก เพิ่มทั้งต้นทุนและงาน
2. การกินไฟ ดูทั้งกระแสตอนทำงาน ตอนส่งวิทยุ และตอนหลับลึก (deep sleep) เครื่องที่เสียบไฟตลอดสนใจข้อนี้น้อยกว่าเครื่องที่ใช้แบตเป็นหลัก
3. หน่วยความจำพอทำ OTA ไหม OTA (อัปเดตเฟิร์มแวร์ผ่านเน็ต) แบบปลอดภัยมักต้องเก็บเฟิร์มแวร์ได้ 2 ชุด ชุดที่ใช้อยู่กับชุดใหม่ แฟลชต้องเผื่อเกินสองเท่าของขนาดเฟิร์มแวร์ ไม่อย่างนั้นวันที่โค้ดโตขึ้นจะอัปเดตไม่ได้
4. ขาและอุปกรณ์ต่อพ่วง จำนวนขา GPIO, บัส I2C SPI UART, ADC (ตัวแปลงแรงดันเป็นตัวเลข) พอสำหรับเซนเซอร์ ปุ่ม ไฟสถานะ และขยายรุ่นถัดไปไหม
5. ฟีเจอร์ความปลอดภัย มี secure boot (ยอมรันเฉพาะเฟิร์มแวร์ที่เราเซ็น) และ flash encryption (เข้ารหัสแฟลชกันคนถอดชิปไปอ่านโค้ดหรือรหัส Wi-Fi) หรือไม่ อุปกรณ์ที่ต่อเน็ตควรมีทั้งสองอย่าง
6. SDK และชุมชน ชุดพัฒนาของผู้ผลิตอัปเดตสม่ำเสมอไหม มีตัวอย่างและคนเคยเจอปัญหาเดียวกันไหม
7. ราคาที่จำนวนผลิตจริง ดูราคาที่ปริมาณสั่งของเรา ไม่ใช่ราคาบอร์ดทดลองชิ้นเดียว
8. อายุการผลิตและความหาง่าย ผู้ผลิตหลายรายประกาศโปรแกรมรับประกันอายุการผลิต (longevity) ให้เช็กหน้าเว็บผู้ผลิตของรุ่นที่สนใจ และดูว่าตัวแทนจำหน่ายมีของในสต็อกจริงหลายเจ้า

ชิปเปล่า vs โมดูลสำเร็จรูป

ชิปเปล่า คือวางตัว MCU ลงบอร์ดเอง แล้วออกแบบวงจรรอบ ๆ ทั้งคริสตัล แฟลช และส่วนวิทยุกับเสาอากาศเอง ถูกกว่าและเล็กกว่า แต่ งาน RF (วงจรความถี่วิทยุ) ยาก ต้องจูนเสาอากาศและมีเครื่องมือวัดเฉพาะทาง

โมดูลสำเร็จรูป คือแผงเล็กที่ผู้ผลิตรวม MCU แฟลช คริสตัล และเสาอากาศมาให้ มักมีฝาโลหะครอบ เราแค่บัดกรีโมดูลลงบอร์ดหลัก ราคาต่อชิ้นแพงกว่า แต่ลดงาน RF ไปเกือบหมด และ โมดูลหลายรุ่นผ่านการรับรองคลื่นวิทยุของบางประเทศมาแล้ว ช่วยลดงานตอนขอมาตรฐาน แต่ใบรับรองของโมดูลจะใช้แทนของสินค้าทั้งเครื่องในไทยได้แค่ไหน ต้องตรวจสอบกับ กสทช. เป็นกรณีไป (ลงลึก EP.57)

กฎคร่าว ๆ: ผลิตหลักร้อยถึงหลักพันชุด ใช้โมดูลคุ้มกว่า เพราะค่าออกแบบและทดสอบ RF สูงกว่าส่วนต่างราคาที่รวมทั้งล็อต ชิปเปล่าคุ้มเมื่อผลิตมากจนส่วนต่างรวมเกินค่าออกแบบ

ความคุ้นเคย: เหตุผลที่ไม่พอ แต่ก็เป็นต้นทุนจริง

การเลือกเพราะ "ใช้เป็นอยู่แล้ว" อย่างเดียวอันตราย เพราะอาจได้ชิปที่ขาดฟีเจอร์ความปลอดภัยหรือกินไฟเกินงาน แต่ก็อย่าปัดทิ้ง เวลาเรียนรู้ SDK ใหม่คือเงินเดือนและวันเปิดตัวที่เลื่อนออกไป ทางที่ยุติธรรมคือใส่ความคุ้นเคยเป็นเกณฑ์หนึ่งที่มีน้ำหนักชัดเจน ไม่ใช่ตัวตัดสินแอบแฝง

ลองใช้กับโปรเจกต์ตัวอย่าง: ตัวเฝ้าโรงเห็ด

ตัวเฝ้าโรงเห็ดรุ่นแรกเสียบอแดปเตอร์ มีแบตสำรองไว้ช่วงไฟดับ ต่อ Wi-Fi 2.4GHz ของบ้าน และต้องอัปเดตเฟิร์มแวร์ได้หลังขาย น้ำหนักคะแนน (รวม 100) จึงเป็นแบบนี้

สังเกตว่า การกินไฟได้น้ำหนักต่ำ เพราะเครื่องนี้ไม่ได้อยู่ด้วยแบตเป็นหลัก ถ้าเป็นรุ่นแบตล้วน ข้อนี้จะขึ้นไปอยู่บนสุด

การตัดสินใจ: รุ่นแรก ใช้โมดูลสำเร็จรูปที่มีเสาอากาศบนแผง ไม่ใช้ชิปเปล่า เหตุผลคือล็อตแรกแค่ 200 ชุด ค่าออกแบบและทดสอบ RF ที่ประหยัดได้มากกว่าส่วนต่างราคาโมดูลทั้งล็อต และกล่องกันน้ำวางนอกโรงเรือน ห่างจากโครงโลหะ จึงใช้เสาอากาศบนโมดูลได้

เช็กลิสต์ก่อนไปตอนถัดไป

1. เขียนเกณฑ์ทั้ง 8 ข้อลงตาราง แล้วให้น้ำหนักตามงานของคุณ ก่อน เปิดดูรุ่นใด ๆ
2. ประเมินขนาดเฟิร์มแวร์คร่าว ๆ แล้วคูณเผื่อ OTA เพื่อตั้งขั้นต่ำของแฟลช
3. ตัดสินว่าจะใช้โมดูลหรือชิปเปล่า โดยเทียบจำนวนผลิตกับค่าออกแบบ RF
4. จดรุ่นที่ทีมคุ้นเคย และประเมินว่าถ้าเรียน SDK ใหม่จะช้าไปกี่วัน

ตอนต่อไป — EP.12: เลือกไมโครคอนโทรลเลอร์ทำสินค้า (2): ESP32, STM32, nRF52, RP2040 ต่างกันยังไง

อยากได้คนช่วยเลือกชิปและออกแบบบอร์ดให้ตรงงานจริง ดูบริการออกแบบอุปกรณ์ IoT เฉพาะงานที่ /iot หรือปรึกษาฟรีที่ /consult · ทัก LINE @spvtech