📘 ซีรีส์ออกแบบ IoT Product · EP.12/70 · บทที่ 2: พื้นฐานฮาร์ดแวร์และการเลือกชิ้นส่วน
ตอนนี้ตอบคำถามว่า 4 ตระกูล MCU ที่คนพูดถึงบ่อยที่สุด ต่างกันตรงไหน และแต่ละตัวเหมาะกับสินค้าแบบไหน ต่อจาก EP.11 ที่วางเกณฑ์และน้ำหนักไว้แล้ว
ภาพรวม 4 ตระกูลในตารางเดียว
ข้อมูลในตารางสรุปจากหน้าผลิตภัณฑ์และ datasheet ของผู้ผลิตแต่ละราย (Espressif, STMicroelectronics, Nordic Semiconductor, Raspberry Pi) ณ วันที่เขียน
| ตระกูล | วิทยุในชิป | จุดเด่น | ข้อควรรู้ |
|---|---|---|---|
| ESP32 (C3, C6, S3, C5) | Wi-Fi + BLE · C6 มี 802.15.4 สำหรับ Thread/Zigbee · C5 มี Wi-Fi สองย่าน 2.4/5GHz | Wi-Fi ในตัว โมดูลหาง่าย ชุมชนใหญ่ | ตอนส่ง Wi-Fi กินไฟสูง ไม่เหมาะเครื่องแบตล้วนที่ต้องอยู่นานเป็นปี |
| STM32 | ส่วนใหญ่ไม่มี · มีรุ่นวิทยุเฉพาะ เช่น STM32WB (BLE) และ STM32WL (sub-GHz รองรับ LoRa) | รุ่นย่อยเยอะมาก ขาและต่อพ่วงครบ งานอุตสาหกรรม | ถ้าต้อง Wi-Fi ต้องเพิ่มชิปวิทยุแยก |
| nRF52 / nRF54 | BLE, Thread, Zigbee, Matter over Thread · ไม่มี Wi-Fi | กินไฟต่ำมาก งานแบตและ BLE | nRF54L เป็นรุ่นใหม่ที่ Nordic วางเป็นทายาทของ nRF52 |
| RP2040 / RP2350 | ไม่มีในชิป (บอร์ด Pico W ใช้ชิปวิทยุแยกจากผู้ผลิตอื่น) | ชิปราคาถูก PIO ทำโปรโตคอลแปลก ๆ ได้ · RP2350 มี secure boot | RP2040 ไม่มีแฟลชในชิปและไม่มีฟีเจอร์ความปลอดภัยแบบ RP2350 |
PIO (Programmable I/O) คือวงจรเล็ก ๆ ในชิปของ Raspberry Pi ที่เขียนโปรแกรมให้ขาสัญญาณทำงานเร็วและแม่นได้เอง เหมาะงานคุมไฟ LED หรือโปรโตคอลที่ไม่มีบัสมาตรฐานรองรับ
เรื่องราคาและอายุการผลิต
ราคาที่ประกาศจากผู้ผลิตโดยตรงที่ยืนยันได้ เช่น Raspberry Pi ประกาศขายชิป RP2350 เริ่มราว 0.80 ดอลลาร์สหรัฐ และบอร์ด Pico 2 W ราว 7 ดอลลาร์ ส่วน ESP32, STM32 และ nRF ราคาขึ้นกับรุ่นย่อย ขนาดแฟลช และจำนวนสั่ง ต้องเช็กราคาที่ปริมาณของคุณจากตัวแทนจำหน่ายหลายเจ้า ก่อนสรุป อย่าใช้ราคาบอร์ดทดลองชิ้นเดียวมาคิดต้นทุน
อีกจุดที่ควรเช็กคือ ราคารวมทั้งระบบ ไม่ใช่ราคาชิป RP2350 ชิปถูก แต่ถ้าต้อง Wi-Fi ต้องบวกชิปวิทยุและงาน RF เพิ่ม ขณะที่โมดูล ESP32 ราคาสูงกว่าชิปเปล่า แต่รวมแฟลช วิทยุ และเสาอากาศมาแล้ว
เรื่องอายุการผลิต Espressif, ST และ Nordic ต่างมีหน้าประกาศโปรแกรมอายุการผลิตของตัวเอง ระยะเวลาต่างกันตามรุ่น ให้เปิดหน้าของผู้ผลิตเช็กรุ่นที่เลือกจริง และดูสถานะ NRND (ไม่แนะนำสำหรับงานออกแบบใหม่) ด้วย
เลือกคู่กับการสื่อสาร: อย่าล็อกตัวเองตอนนี้
MCU กับการสื่อสารผูกกันแน่น ถ้าสินค้าต้องใช้ LoRa หรือซิมเซลลูลาร์ วิธีที่พบบ่อยคือใช้ MCU ตัวหนึ่งคู่กับ โมดูลวิทยุแยก ที่คุยกันผ่าน UART หรือ SPI ยกเว้นบางรุ่นที่รวม LoRa ไว้ในชิปอย่าง STM32WL (ลงลึกเรื่องเลือกการสื่อสารใน EP.20–21)
ตอนนี้จึงยังไม่ต้องรู้คำตอบสุดท้ายเรื่องการสื่อสาร แต่ต้อง เลือกแบบที่ยังเปลี่ยนได้ คือ
- เผื่อขา
UARTหรือSPIว่างไว้ 1 ชุด สำหรับต่อโมดูลวิทยุในอนาคต - เขียนเฟิร์มแวร์ให้ส่วน "ส่งข้อมูล" แยกเป็นชั้นของตัวเอง เปลี่ยนจาก Wi-Fi เป็น LoRa แล้วไม่ต้องรื้อส่วนวัดค่าและแจ้งเตือน
- เลือกตระกูลที่มีรุ่นพี่รุ่นน้องหลายแบบใน SDK เดียวกัน ย้ายรุ่นแล้วโค้ดส่วนใหญ่ยังใช้ได้
ลองใช้กับโปรเจกต์ตัวอย่าง: ตัวเฝ้าโรงเห็ด
เอาน้ำหนักจาก EP.11 มาให้คะแนน 1–5 แล้วคูณน้ำหนัก (เต็ม 500) เป็นคะแนนห้องเรียนเพื่อฝึกวิธีคิด ไม่ใช่ผลทดสอบจริง
- โมดูล ESP32 ที่มี Wi-Fi + BLE: ราว 430 คะแนน ชนะเพราะ Wi-Fi ในตัวตรงสเปกรุ่นแรก มี secure boot และ flash encryption และมี BLE ไว้ใช้ตั้งค่าผ่านมือถือในอนาคต
- STM32 + ชิป Wi-Fi แยก: ราว 340 คะแนน แพ้เพราะต้องดูแลชิปสองตัวและงาน RF เพิ่ม ทั้งที่ข้อดีเรื่องขาเยอะเราแทบไม่ได้ใช้
- nRF52/nRF54: ราว 300 คะแนน กินไฟต่ำเยี่ยม แต่เครื่องเราเสียบไฟเป็นหลัก (น้ำหนักแค่ 5) และไม่มี Wi-Fi ซึ่งได้น้ำหนักสูงสุด 20
- RP2350 + ชิปวิทยุ: ราว 320 คะแนน ชิปถูกและปลอดภัย แต่ต้องเพิ่มวิทยุเอง ส่วน RP2040 ตกรอบตั้งแต่เกณฑ์ความปลอดภัย
การตัดสินใจ: ใช้ โมดูล ESP32 รุ่นที่มี Wi-Fi + BLE และแฟลชพอทำ OTA เผื่อขา UART ว่างไว้ต่อโมดูล LoRa ในรุ่นสำหรับโรงเรือนที่ไกลเราเตอร์ รุ่นย่อยไหนแน่จะเลือกหลังทำต้นแบบและวัดขนาดเฟิร์มแวร์จริง
กับดักที่เจอบ่อย: เลือกตามบอร์ดทดลองที่มีในลิ้นชัก แล้วพบตอนจะผลิตว่ารุ่นนั้นอยู่ในสถานะ NRND หรือโมดูลขาดตลาด ก่อนออกแบบบอร์ดจริงให้เช็กสถานะรุ่นบนหน้าผู้ผลิตและสต็อกที่ตัวแทนจำหน่ายอย่างน้อย 2 เจ้า
เช็กลิสต์ก่อนไปตอนถัดไป
- เลือก 2–3 ตระกูลที่เข้าเกณฑ์ แล้วให้คะแนนตามน้ำหนักที่ตั้งไว้ใน EP.11
- จดเหตุผลว่าตัวที่แพ้ แพ้เพราะเกณฑ์ไหน เผื่อวันที่สเปกเปลี่ยนจะได้ย้อนดู
- เช็กสถานะการผลิตและสต็อกของรุ่นที่ชนะจากหน้าผู้ผลิตและตัวแทนจำหน่าย
- เผื่อขาและโครงเฟิร์มแวร์ไว้สำหรับเปลี่ยนการสื่อสารในอนาคต
ไม่มี MCU ที่ดีที่สุด มีแต่ตัวที่ได้คะแนนสูงสุดตามน้ำหนักของงานเรา และควรเลือกแบบที่ยังเปลี่ยนการสื่อสารได้โดยไม่ต้องรื้อทั้งเครื่อง
ตอนต่อไป — EP.13: เลือกเซนเซอร์ให้ถูกงาน (1): ความแม่นยำ ความละเอียด ความเที่ยง และสิ่งที่ทำให้ค่าเพี้ยน
อยากได้คนช่วยเลือกชิปและวางสถาปัตยกรรมอุปกรณ์ให้เปลี่ยนต่อได้ ดูบริการออกแบบอุปกรณ์ IoT เฉพาะงานที่ /iot หรือปรึกษาฟรีที่ /consult · ทัก LINE @spvtech