Беспроводная связь

Raspberry Pi Pico отличная плата, хотя и с урезанными возможностями. В целом, ей не хватает двух ключевых функций. Первая это кнопка reset, которую, впрочем, можно без проблем добавить самостоятельно. Вторая, более важная беспроводная связь.

Исправить вторую проблему сложнее, но все равно можно. Сейчас появилась совместимая плата, Pimoroni Pico Wireless, которая подключается к малинке и обеспечивает работу с беспроводными сетями пока что только WiFi, о Bluetooth расскажем ниже. Подключается она через SPI-интерфейс.

В целом, добавление беспроводной связи к Pico совсем не сложная задача, компания Adafruit доказала это при помощи AirLift FeatherWing с ESP32. Работает система как с Pico, так и с Feather RP2040. Есть еще Maker Pi Pico, плата, которая поддерживает и ESP8266. Но портативных систем, добавляющих беспроводную связь, для Pico не так много. И Pimoroni Pico Wireless один из отличных вариантов.

Что собой представляет Pimoroni Pico Wireless и как использовать плату?

Pico Wireless по GPIO-интерфейсу. Здесь и достоинство и недостаток системы. Достоинство простота подключения. Недостаток плата закрывает доступ ко всем пинам. Модуль идеально подходит к Pico, размеры у него такие же, как и у малинки.

ESP32-WROOM-32E мощный микроконтроллер, который, правда, в Pico Wireless используется в качестве сопроцессора так же, как и в AirLift FeatherWing от Adafruit. В обычной ситуации контроллер поддерживает работу как с WiFi, так и с Bluetooth, но в этой модели работает лишь WIFi. С другой стороны, при внимательном изучении платы наверняка откроется возможность активировать и Bluetooth, поскольку аппаратно все это поддерживается.


Есть и возможность все же задействовать пины GPIO, но для этого потребуется дополнительная система например, Pico Omnibus. При этом нужно будет убедиться в отсутствии конфликтующих контактов на подключенных устройствах. Питание Pico Wireless обеспечивает GPIO Raspberry Pi Pico, так что дополнительно подключать ничего не нужно.


Железо ничто без программного обеспечения. Pico Wireless поддерживает С++ и собственную версию MicroPython, которая включает picowireless модуль, разработанный для использования с платой. Эта функция отлично работает, ее уже протестировали при помощи скриптов. Проблем не было, единственное пользователь должен понимать, как работает беспроводная сеть, чтобы работать с ПО.

Если желания возиться самостоятельно нет, то лучший вариант Adafruit CircuitPython. Здесь нужно всего лишь изменить несколько строк для того, чтобы Pico увидел подключенный модуль. Кроме того, нужно еще и скопировать несколько библиотек в Pico. После того, как это было сделано, удалось без проблем подключиться к сети и получить погодные данные через API.

Данные записали на SD-карту, с подключением которой тоже пришлось немного повозиться потребовалось использовать дополнительную библиотеку, которая и активировала карт-ридер. Прописав несколько строк CircuitPython, удалось создать новый файл, в котором хранится журнал данных JSON, полученных через API. Информацию можно считывать с SD посредством CircuitPython.

Светодиод RGB подключен к ESP32 через три контакта (красный = 25, зеленый = 26, синий = 27), и для его использования нам нужно использовать esp.set_analog_write (). Например, вот код для установки красного светодиода.

esp.set_analog_write(25, 0)
esp.set_analog_write(26, 1)
esp.set_analog_write(27, 1)

Здесь можно изменять значения между 0 и 1, что дает возможность настраивать цвет самого светодиода.

В системе можно установить и кнопку, подключив ее к GPIO 12 и земле. При нажатии на кнопку та замыкает контакт GPIO, вызывая какое-либо событие. Какое именно зависит от желания разработчика.

Характеристики:

• Модуль ESP32-WROOM-32E (даташит).
• 1 сенсорная кнопка.
• Светодиод RGB.
• Слот для карты памяти Micro-SD.
• Предварительно припаянные пины для подключения к Raspberry Pi Pico.
• Размер 53mm x 25mm x 11mm.
• Библиотеки C++ и MicroPython.

На одной из сторон платы есть дорожки, которые можно разрезать, чтобы убрать неиспользуемые функции, что позволяет высвободить некоторые GPIO-пины.

Где можно использовать Pimoroni Pico Wireless

В целом, беспроводная связь для Pico открывает перед разработчиком ряд новых возможностей, включая работу с приложениями IoT. Pico Wireless дает возможность взаимодействовать малинке с другими устройствами, используя как стандартные протоколы связи, так и не самые обычные, включая MQTT. Библиотека CircuitPython добавляет еще и поддержку базового HTTP. В ходе теста был проверен мы HTTP-ответ от API с передачей значения в REPL, что полезно для отладки проблем с подключением.

Raspberry Pi Pico вместе с Pimoroni Pico Wireless идеально подходит для добавления в проект мониторинга данных, сбора информации с датчиков, хранения полученной информации на карте памяти и передачи данных на удаленную машину. Если есть навыки, то можно сделать и нечто посложнее, используя в качестве сетевого посредника Pico.

В сухом остатке

Как и говорилось выше, Pico Wiereless можно в считанные секунды подключить к малинке, потеряв при этом доступ к GPIO. Соответственно, не будет возможности использовать пины. Проблема решается при помощи Pico Omibus, что увеличивает размеры платы. Также можно самостоятельно припаять систему, придумав что-либо для подключения к пинам.

Для того, чтобы передать файлы с ноутбука или ПК на мобильное устройство или в обратном направлении, можно воспользоваться большим количеством разных способов и инструментов. Наиболее простой и распространенный USB кабель. Но что если нужного провода нет, а передать файл жизненно важно? В этом случае можно использовать передачу при помощи QR-кода без всяких проводов. Для этого потребуется Qrcp.

Версии Qrcp есть для Linux, Windows и macOS. Работает все это благодаря привязке веб-сервера к IP-адресу машины со случайным номером порта. Затем система генерирует уникальный QR-код, который предоставляет устройству-получателю всю необходимую для передачи файлов информацию. Веб-сервер прекращает работу сразу после завершения передачи данных.

Как установить Qrcp

Как и говорилось выше, версии Qrcp доступны для Windows, Mac и Linux систем, включая Raspberry Pi. В этой статье рассказывается о связке Linux и Qrcp. Система создает пакеты deb и rpm для 32- и 64-битных машин, включая поддержку архитектуры ARM, если вам потребуется установить Qrcp на Raspberry Pi. Установить все это несложно и с использованием исходного tarball.

Загружаем последнюю версию системы для вашей машины. На момент написания это версия 0.8.4. Извлекаем загруженный файл в новую папку, которая называется qrcp, в папке Downloads.


Открываем командную строку и идем в новосозданную директорию.

$ cd ~/Downloads/qrcp

Перемещаем извлеченные файлы в /usr/local/bin, что дает возможность запускать команду из любого места. Если у вас Windows, то загружаем все в папку Windows, что предоставляет ту же возможность.

$ sudo mv qrcp /usr/local/bin/

Передача файлов на мобильные устройства

Возможностей конфигурации по умолчанию должно хватить для большинства пользователей. Как только вы укажете файл, который хотите передать, qrcp создаст уникальный URL-адрес, с которого этот файл можно загрузить. Кроме того, в процессе передачи генерируется QR-код, позволяющий передать данные об адресе устройству-получателю.

В примере ниже в качестве сканера QR-кода используется Google Lens, но, конечно, можно использовать и любой другой сканер, включая встроенные.

В командной строке указываем директорию, которая содержит передаваемый файл. В примере это PDF на рабочем столе, который планируется передать на смартфон.

$ cd ~/Desktop

Применяем qrcp для передачи файла.

$ qrcp Technical-Specs.pdf


На мобильном устройстве открываем сканер QR-кода и, соответственно, сканируем код.


Нажимаем на появившийся адрес, и файл моментально начинает передаваться.

Передача нескольких файлов

Аналогичным образом Qrcp можно использовать для передачи любого количества файлов. Они будут передаваться одним .zip архивом. Правда, прописывать файлы в командной строке придется вручную.

$ qrcp filename1 filename2 filename3


Передача файлов с мобильного устройства на компьютер

Аналогичным образом файлы можно передавать и с компьютера или ноутбука на смартфон.

Открываем командную строку на ПК и вводим команду

qrcp receive

Она позволяет получить файл.

Используя мобильное устройство, сканируем QR-код и нажимаем на полученный адрес.


Открывшаяся веб-страничка предложит указать файлы, которые нужно передать.

Выбираем файлы, нажав на соответствующую кнопку.


По умолчанию система загрузит файлы в текущую директорию. Но, если такой вариант не подходит, указываем другую папку.

qrcp receive --output=/path/to/directory

Настройка qrcp

Хотя дефолтной конфигурации qrcp должно хватить для большинства пользователей, можно выполнить и тонкую настройку: запустить команду qrcp config, чтобы установить кастомные значения. Система задаст ряд вопросов: уточнит используемый по умолчанию сетевой интерфейс, порт по умолчанию, каталог по умолчанию для полученных файлов, спросит, использовать ли HTTPS для передачи, и т.д. Процесс простой и понятный. По завершении настройки конфигурация записывается в файл config.json в каталоге ~ / .config / qrcp (Linux).

Технологии беспроводной передачи данных, которую мы знаем как WiFi, уже более 30 лет. В этой статье вспомним, почему WiFi называется именно так, как появился, какие были основные этапы развития и что ждет технологию в будущем.

Все это и немного больше под катом.

Почему именно WIFi?

Многие из нас принимают аббревиатуру, как должное, не задумываясь о том, почему технология называется именно так. Ларчик открывается просто дело в том, что WiFi изначально продвигали со слоганом The Standard for Wireless Fidelity, что можно перевести как стандарт беспроводной точности.

Затем технология получила сокращенное название Wireless Fidelity, что со временем было обрезано до WiFi. Частично сыграла свою роль и аббревиатура HiFi, которая расшифровывается как High Fidelity. Может быть, разработчики WiFi пытались сделать свою технологию узнаваемой как раз за счет HiFi кто знает. Как бы там ни было, своего они добились.

С чего все началось

Наверное, не будет ошибкой сказать, что датой рождения технологии является 1985 год. Тогда Федеральная служба по связи США официально разрешила использовать определенные частоты радиоспектра без лицензии. Эту инициативу поддержали и другие страны, так что бизнес быстро понял в этой нише можно заработать. Один за другим стали появляться проекты беспроводной связи, которые разные компании пытались коммерциализировать.

Лишь в самом конце прошлого века, в 1997 году, появились первые спецификации беспроводной связи WiFi. Первое поколение, 802.11, давало возможность передавать данные со скоростью в 2 Мбит/с, при том, что радиус действия модуля был очень небольшим. Да и стоимость оборудования, которое обеспечивало беспроводную передачу данных, была просто заоблачной.

Затем, где-то в 1999 году, появились прототипы двух редакций базового стандарта: 802.11b и 802.11a. Они обеспечивали невиданную скорость передачи данных по воздуху вплоть до 11 Мбит/с. Радиодиапазон при этом использовался тот же, что и сейчас 2,4 ГГц. Радиус действия был гораздо большим, чем у самого первого поколения WiFi. Радиооборудование становится все более доступным его могут купить уже и обычные пользователи.

Чуть позже скорость увеличили до 54 Мбит/с, воспользовавшись диапазоном в 5 ГГц и назвав спецификацию 802.11a. Именно тогда и закрепилось название WiFi, которое сейчас является обозначением спецификации 802.11.

Кроме того, разработчики стали заботиться о безопасности передаваемых данных лучше, чем раньше. Так, на смену дырявому WEP пришел WPA (англ. Wi-Fi Protected Access). Еще год спустя, в 2004, появился протокол WPA2, который стал весьма надежно защищать беспроводные сети.

Спустя десять лет

Да, в течение десяти лет технология развивалась, но не очень быстро пропускной способности канала вполне было достаточно для потребностей пользователей того времени. Но затем стало понятно, что дальше так продолжаться не может нужен новый стандарт, который позволил бы передавать больше данных за единицу времени.

Основная причина в том, что качество фото и видео возросли, причем очень значительно, по сравнению с концом 20-го века. Стоит только посмотреть фотографии начала 2000-х, сравнив их с цифровым контентом более раннего времени, и все станет понятно.

В целом, технологии не стояли на месте, в 2003-м, например, появилась спецификация 802.11g. Но это не было чем-то принципиально новым разработчики воспользовались технологией диапазона 5 ГГц, адаптировав ее для диапазона 2,4 ГГц. К слову, количество членов WiFi Alliance стало тоже расти, как на дрожжах. В 2003 году их стало более 100. Соответственно, все больше компаний разрабатывали оборудование, совместимое с беспроводным стандартом WiFI.

Ура, новые технологии

В 2009 команда разработчиков из WiFi Alliance приняла новый стандарт 802.11n. Это уже было новое поколение WiFi, без клонирования механизма передачи данных из одного диапазона в другой. При этом скорость передачи данных увеличилась во много раз вплоть до 600 Мбит/с.



Такого резкого роста пропускной способности удалось добиться за счет использования многопотоковой передачи данных MIMO вместо SISO. Многопотоковая передача позволила использовать несколько потоков передачи данных, направляемых разными же антеннами. В самом начале стандарт давал возможность работать с 4 потоками, каждый из которых предоставлял пропускную способность в 150 Мбит/с.

При этом технология была умной сигналы обрабатывались, а затем объединялись в единое целое, что давало возможность добиться пропускной способности в 600 Мбит/с, во всяком случае, в теории. В целом, MIMO и положила начало развитию современного WiFi скоростного, надежного и дальнобойного.

И снова развиваемся

Технология беспроводной связи продолжила эволюционировать. Так, в 2015 году появилась новая ревизия WiF 802.11 AC, где количество потоков MIMO было доведено до 8. Благодаря этому, а также другим техническим ухищрениям удалось добиться пропускной способности одного канала до 866 Мбит/сек. Правда, были некоторые сложности с достижением теоретического максимума, поскольку в узкой полосе частот 2,4 ГГц достаточно сложно добиться идеального приема из-за загруженности эфира.



Те пропускной способности в 7 Гбит/с добиться удавалось исключительно редко. Но все же скорость огромная по сравнению с предыдущими поколениями. MIMO усовершенствовали, так что появилась технология MU-MIMO мультиплексирование каналов. Точки доступа стали умными, их научили разбивать один канал на несколько подканалов, каждый из которых обменивается данными с абонентами. Это дало возможность оптимизировать работу точек доступа даже в очень высоконагруженных сетях.

Добиться этого удалось еще и за счет фазового сдвига сигнала таким образом, что интерференция становилась конструктивной, так что радиоволны усиливались за счет взаимодействия.

Новые достижения

Недавно был принят новый стандарт 802.11 AX, который называют еще Wi-Fi 6. Здесь появилось сразу несколько нововведений, включая добавление новой технологии OFDMA. Она позволила увеличить производительность одного канала с шириной спектра 40 МГц до 290 Мбит/с. Схему MU-MIMO усовершенствовали, теперь появился двухсторонний полноценный режим обменом данными.

В частности, разработчики ввели квадратурную амплитудную модуляцию (QAM) 1024, которая позволила повысить плотность модуляции и увеличить скорость передачи данных примерно на треть.



802.11ax позволяет работать в средах с высокой плотностью клиентов, передавая по воздуху тяжелый медиаконтент например, видео с разрешением 4-8К. Количество точек доступа, находящихся поблизости друг от друга, практически не влияет на качество приема и передачи данных. Достоинство нового поколения связи еще и в том, что оно довольно энергоэффективное, так что батарей мобильных устройств хватает на более продолжительное время работы.

Что дальше?

В недалеком будущем нас ждет новый протокол беспроводной передачи данных WiFI 7 или IEEE 802.11be. Он будет работать с технологией CMU-MIMO, позволяющей поддерживать работу сразу 16 потоков данных. Помимо традиционных полос 2,4 ГГц и 5 ГГц, WiFi 7 также будет поддерживать полосу частот 6 ГГц. Все три полосы частот могут работать одновременно.

Теоретическая максимальная скорость передачи Wi-Fi 7 может достигать 30 Гбит/с, что в три раза превышает максимальную скорость 9,6 Гбит/с для Wi-Fi 6.

К сожалению, разработка основных механизмов работы технологии задерживается из-за эпидемии. Изначально планировалось, что все основные работы будут завершены до 2021 года, а стандарт будет одобрен в 2024 году. Но теперь, скорее всего, этот срок будет увеличен примерно на полгода, если не на год. Но в любом случае, разработка не прекратилась, она продолжается, хотя и в несколько замедленном темпе.

У Zyxel тоже есть WiFi 6

Zyxel, как любой уважающий себя и своих клиентов производитель, представил широкий ассортимент точек доступа стандарта WiFi 6 и PoE коммутаторов к ним. Есть и бюджетные модели и навороченные точки с квантовым подавителем гравитационного возмущения. :-)

Смотрите сами.

А если понравилось, заходите к нам и оставайтесь:
Новостной канал в Telegram
Телеграм-чат поддержки для специалистов
Форум для специалистов
Наш YouTube

Похоже на то, что компания Arduino не особо спешила с адаптацией чипа RP2040 для своих плат. Свой вариант одноплатника, предложенный Arduino, получил название Arduino Nano RP2040 Connect. Насколько можно понять, у платы есть практически все достоинства малинки, плюс Wi-Fi, чего часто не хватает.

Коротко о характеристиках платы: ее основа все та же система на кристалле от Raspberry Foundation. Здесь двухъядерный Arm Cortex M0+ с частотой работы ядра 133 МГц, плюс 264 КБ SRAM и 16 МБ флеш-памяти. Такой же объем памяти у Raspberry Pi Pico. Ну а теперь подробнее обо всем.


Свое решение использовать именно RP2040 разработчики платы аргументировали тем, что SoC уже успела доказать свою практичность и надежность. Проблем с системой не было, несмотря на то, что выпущена она недавно, комьюнити расширяется, возможности использования тоже.

Ну и Arduino с дополнительными возможностями почти что идеальная плата для разработчиков. Использовать ее можно в большом количестве проектов. По словам представителей компании, итоговый результат это Nano на стероидах, премиум-вариант ардуинки.

Не процессором единым

У платы есть несколько важных преимуществ перед похожими проектами, причем не только благодаря характеристикам.

Одно из преимуществ полноценная поддержка Arduino Cloud. Это платформа, выпущенная в 2020 году для производителей и профессионалов.


Она позволяет без проблем разрабатывать, отслеживать и контролировать свои проекты Интернета вещей (IoT) из любого места. Прерванную работу можно возобновить в любой момент. У платформы есть все, что необходимо разработчикам:

• Автоматически сгенерированный код, который позволяет быстро реализовать проекты любой сложности. Программистом для работы с этой функцией быть не обязательно.
• Plug & Play Onboarding генерация макета при настройке нового устройства. Эта возможность тоже ускоряет работу.
• Мобильное приложение позволяет получить доступ к панелям мониторинга, отслеживать показания датчиков, управлять своим проектом из любой точки мира при помощи специализированных виджетов.

Более того, платформа интегрируется еще и с Amazon Alexa, IFTTT, ZAPIER и Google Sheets, что дает разработчикам еще больше функций. С апреля этого года представители Arduino расширили возможности облачной платформы и одновременно упростили работу с ней. Взимодействоствать между собой могут любые девайсы, подключенные к Arduino Cloud. Специалисты, которые разбираются в программировании, могут писать приложения при помощи Arduino IoT API.

Нативная поддержка RP2020 Arduino Mbed Core. Arduino Core поддерживает принцип plug-and-play. Разработчики без проблем могут использовать существующие наработки для, скажем, Nano 33 BLE Sense, в новой плате. Если есть какой-никакой опыт работы с Arduino, новая плата покорится разработчику за считанные минуты. Более того, компания добавила поддержку всего ПО для RP2040.

Если же наработок никаких нет, можно начать с нуля, для чего есть возможность программирования на MicroPython специальном ЯП на основе Python. Предусмотрено многое, есть даже бесплатная лицензия OpenMV для проектов из сферы машинного зрения.

Характеристики новинки

Компания опубликовала подробные характеристики в своем блоге.


Возможности платы позволяют использовать ее практически в любом проекте без подготовки как говорится, сел и поехал. Наиболее значительным достижением можно считать наличие беспроводной связи в виде Wi-Fi и Bluetooth благодаря установке чипа u-blox NINA-W102.

Еще один важный момент наличие микрофона, который можно использовать для самых разных датчиков, сенсоров, систем обработки звука и т.п. Есть также IMU, открывающий дополнительные возможности.

Стоит отметить, что расположение GPIO-выводов не соответствуют распиновке Raspberry Pi Pico. Но здесь все логично, ведь производитель Arduino, соответственно, разработчики используют собственную схему расположения выводов. Аналоговых входов здесь сразу 8 это больше, чем у любой другой платы на базе RP2040.


Cтоит все это удовольствие всего 22 евро. Это, конечно, больше, чем у Raspberry Pi Pico, но и плата более функциональная.