STM32F103C8T6 Blue Pill 開發板位於圖片右側,以及我自製的 Wisol Sigfox 分線實驗板位於圖片左側

連接 STM32F103C8T6 Blue Pill 開發板與 Sigfox 物聯網

翻譯:賴梓仁 Upton Lai (uptonlai@gmail.com)

(Click here for English version)

您正在開發一款能夠連接各類感測器,資料也能上傳雲端伺服器,並且能以電池供應電力還能做到長待機時間的商用平價物聯網裝置嗎?

目前,以 STM32 微處理器為核心的 STM32F103C8T6 Blue Pill 開發板連接 Sigfox 收發器模組來接取 Sigfox 物聯網網路可能會是設計一款低功率物聯網裝置的最佳組合。

您可以用不到兩塊美金買到 STM32F103C8T6 Blue Pill 開發板,這個價格甚至要比 Arduino Uno 便宜,不僅只於此,Blue Pill 採用速度更快的處理器 (32位元的 Arm Cortex-M3),還支援更多的輸入/輸出埠:包含3組 UART、2組 SPI、2組 I2C、1組 USB 以及1組 CAN 匯流排等界面,操作在總計37支的 GPIO 腳位上。

如同 Arduino Uno,Blue Pill 也有同樣對開發者友好的開源函式庫與程式範本。那麼用 Blue Pill 開發有什麼困難的呢?目前 Blue Pill 的開發教材還很匱乏,因為 Blue Pill 是近期由聰明的中國硬體工程師們研發出來的新作 (雖然整個 STM32 生態系統已經建構得非常完全了)。

在這份教材裡,我將會給您可以在開發以 Blue Pill 為核心的自製物聯網裝置時所需要的所有資訊及免費/公開的原始程式碼,包含實用的感測器,以及如何接取 Sigfox 網路。在文章結束之前,您可以將會知道的內容有 …

  1. 如何購得 Blue Pill 開發電路板
  2. 如何連接 Blue Pill、感測器與 Sigfox 收發器
  3. 如何編輯 Blue Pill 程式簡介與 cocoOS 多工處理函式庫
  4. 如何使用 Blue Pill 進行程式編譯、程式執行與狀態監控
  5. 如何使用免費的開源開發工具:Visual Studio Code 及 PlatformIO
  6. 如何為上下行訊息設置 Sigfox 後台
  7. 焊接 Blue Pill 時的小提醒

我們預計會將 Blue Pill 改造成一個環境監控用途的物聯網裝置,並且每隔幾分鐘就將溫度、溼度與海拔高度等感測資料上傳到Sigfox 網路。

完整的原始程式碼可在以下連結網址中找得到 …

如果您閱讀過我先前的文章,可能會發現某些主題似曾相識。是的!我已經集結所有過去 Blue Pill 開發和 Sigfox 連線的主題在這一份教材裡。如果您未曾閱讀過我先前的文章也沒關係,只要現在跟著我一步一步看下去 …


硬體的準備

要測驗這份教材裡的 Blue Pill 程式碼,我們將會需要 …

圖片裡物件由上而下:(1) Blue Pill開發板 (2) ST-Link除錯器 (3) SparkFun BME280感測電路板 (4) WISOL SIGFOX分線實驗板 (連著天線)

1️⃣ Blue Pill 開發板:可在 AliExpress 線上購買。搜尋關鍵字 stm32F103c8t6 development board

2️⃣ ST-Link V2 USB 界面除錯器(約兩塊美金):連接 Blue Pill 與電腦(透過 USB 界面),並將編譯過的程式燒錄到 Blue Pill 上。可在 AliExpress 線上購買。搜尋關鍵字 st-link v2

3️⃣(選配) SparkFun BME280 感測器:Blue Pill 會將 BME280 感測到的實際溫度、溼度與海拔高度等數據傳送出去。若是您沒有感測器,也可以用程式裡預設的感測器數據來代替。

4️⃣ (選配) Wisol Sigfox 收發器模組分線實驗板:Blue Pill 將會透過 Wisol WSSFM10RxAT 模組來將感測器數據傳送到 Sigfox 網路。若是您沒有分線實驗板,程式也可以模擬傳送感測數值到Sigfox 網路的過程。

搜尋 Sigfox 產品時,選擊 “Zone” 來篩選出適用於您所在區域的產品。

要購買 Wisol Sigfox 分線實驗板的話,可以瀏覽官方的 Sigfox 開發板清單並且點擊 ‘Zone’ 按鍵來以您的所在區域篩選出合適的產品。(例如:射頻配置區域1 (RCZ1) 適用於歐洲地區、射頻配置區域2 (RCZ2) 適用於美國。)

選擇以 Wisol WSSFM10RxAT (x字樣是射頻配置區域編號) 為核心的分線實驗板,需供及3.3V直流電,而非5V。

例如,在歐洲,您可以選用SNOC BRKWS01;在美國,您可以選用 Sea Slug Labs Wisol WSSFM10R 做為分線實驗板。

您也可以在 Tindie 市場購買 Wisol Sigfox 分線實驗板:

我自製的 Wisol Sigfox 分線實驗板

如果您找不到合適的 Wisol Sigfox 分線實驗板,也能自製您自己的實驗板。

我已經公開了這個分線實驗板的印刷電路板設計,是以 Autodesk 設計軟體 EAGLE 以及 Gerber 格式完成。

這個設計適用於 Wisol Sigfox 各個射頻配置區域的模組 RCZ1 ~ RCZ4 (雖然我只有測試過一塊RCZ4的分線實驗板而已。)

U.FL 天線 — 我測試過位於圖片上方的那款天線

如果您要自製分線實驗板,記得依據您的所在區域挑選正確的U.FL天線頻段:

射頻配置區域1 (RCZ1) 適用於歐洲及中東地區,中心頻率為 868MHz;

射頻配置區域2 (RCZ2) 適用於美國,中心頻率為 902MHz;

射頻配置區域3 (RCZ3) 適用於日本,中心頻率為 923MHz;

射頻配置區域4 (RCZ4) 適用於澳大利亞、紐西蘭及其他亞洲地區,中心頻率為 920MHz。

我已經測試過這款 RCZ4 天線 (位於圖片上方的那款天線)

重點提醒:供電給 Blue Pill 之前,務必確定 Wisol Sigfox 分線實驗板已經有天線連接,否則將有可能造成 Wisol 模組損毀。


Blue Pill (位於圖片右側) 透過 UART2 連接 Wisol Sigfox 分線實驗板 (位於圖片左側)、透過 SPI1 連接 BME280 感測器 (位於圖片中央)。電路圖連結:https://github.com/lupyuen/send_altitude_cocoos/blob/master/stm32/bme280spi.fzz

硬體的連接

依據上方圖示將 Wisol Sigfox 分線實驗板和BME280感測器連接到 Blue Pill …

Blue Pill Pin PA4  (SS1)   → BME280 Pin !CS
Blue Pill Pin PA5 (SCK1) → BME280 Pin SCK
Blue Pill Pin PA6 (MISO1) → BME280 Pin SDO
Blue Pill Pin PA7 (MOSI1) → BME280 Pin SDI
Blue Pill Pin 3V3 → BME280 Pin 3.3V
Blue Pill Pin GND → BME280 Pin GND
Blue Pill Pin PA2  (TX2)   → Wisol Pin RX
Blue Pill Pin PA3 (RX2) → Wisol Pin TX
Blue Pill Pin 3V3 → Wisol Pin 3.3V
Blue Pill Pin GND → Wisol Pin GND
連接 Blue Pill 與 ST-Link USB 界面除錯器

Blue Pill 出廠時並未焊接排針。請留意這篇文章結束前的焊接提醒。

連接 Blue Pill 與 ST-Link USB 界面除錯器。

連接 Blue Pill 與 ST-Link USB 界面除錯

備註:ST-Link 除錯器只使用下排排針。Blue Pill 的微型 USB 埠不需要供電。BME280 感測器與Wisol Sigfox 分線實驗板將由 ST-Link 除錯器供電。

兩個組態皆需設定到 ”0” 的位置

確保Blue Pill上的兩個黃色跳線帽 (靠近微型 USB 埠,用來設置BOOT0BOOT1) 都必須設置到 ‘0’ 的位置 (靠向微型 USB埠)。

先不要將 ST-Link 除錯器連接到你的電腦,在那之前,我們需要先安裝如下所述的 ST-Link 在微軟作業系統下的驅動程式。

需要 Blue Pill 的腳位清單及各腳位功能,可以參考這個腳位示意圖


軟體的安裝

依照以下步驟來安裝 OpenOCD (連接 ST-Link 除錯器並用以顯示 Blue Pill 除錯紀錄的軟體) 與 ST-Link 除錯器 USB 界面的驅動程式 (只有微軟作業系統需要) …

Windows 作業系統 :

  1. 從 ► Unofficial OpenOCD release website
    下載 OpenOCD。搜尋關鍵字 gnu-mcu-eclipse-openocd-…-win64.zip
  2. 解開下載的壓縮檔,並將解壓縮後的OpenOCD檔案複製到 c:\openocd,其中 openocd.exe 將儲存在於 c:\openocd\bin 目錄下。
  3. 從 ► ST-Link Driver Website
    下載 ST-Link 除錯器驅動程式 (需要用電子郵件信箱註冊)。
    點擊 Get Software
  4. 解開下載的壓縮檔,雙點擊 dpinst_amd64.exe 來安裝驅動程式。

Mac 作業系統 :

  1. 安裝 brew 
    Brew Website
  2. 在命令列執行以下指令:
    brew install openocd

Ubuntu 作業系統 :

  1. 安裝ST-Link的裝置規格
    99-platformio-udev.rules
  2. 在命令列執行以下指令:
    sudo apt install openocd

下載原始檔案

開啟 Windows, Mac, Ubuntu 命令列並執行指令:
(Windows 作業系統需額外安裝git套件。安裝連結。)

git clone https://github.com/lupyuen/send_altitude_cocoos.git
cd send_altitude_cocoos

然後依據不同作業系統,分別於命令列執行以下指令 …

Windows 作業系統 :

scripts\linksrc.cmd

Mac / Ubuntu 作業系統 :

chmod +x scripts/*.sh
scripts/linksrc.sh

執行這些指令是為了將 src 目錄裡的原始檔建立符號性的連結,並且依據我們所需,置換預設的 cocoOS 組態檔 os_defines.h,同時還安裝了執行程式 (像是 UART 界面) 所需的跨平台函式庫裡的函式集。

安裝 Visual Studio Code 與 PlatformIO

下載並安裝 Visual Studio Code
Visual Studio Code Website

Windows 作業系統使用者選擇User Installer 來安裝 Visual Studio Code

啟動 Visual Studio Code

在左側清單列,點選 Extensions 圖示,然後安裝以下兩款擴充功能:

  1. PlatformIO (由 PlatformIO 提供 — 如上圖所示)
  2. C/C++ (由 Microsoft 提供 — 如下圖所示)

安裝C/C++ 擴充功能時,若是未發現Install字樣,則表示C/C++擴充功能已經安裝過了。

安裝結束後,點擊 Reload 字樣來重啟 Visual Studio Code。

點擊 File → Open Workspace

找到 send_altitude_cocoos 目錄。

選取 workspace.code-workspace

完成上述步驟,Visual Studio Code 工作區就已經完成設置,而且還配置了PlatformIO。在工作區的左側,雙點擊 platform.h,並且反註銷CONFIG_ARTICLE5 的定義,如此就能符合這篇文章的功能設置。

#define CONFIG_ARTICLE5  //  Uncomment to support Article #5

確認其他行的 #define CONFIG_ARTICLE … 都已經被標註成註解。

在左側的 Workspace 工作區,雙點擊 main.cpp,就能看到以下畫面 …

Blue Pill 的開發環境 — 有 PlatformIO 功能的 Visual Studio Code

程式如何讀取感測器數值?

暫且讓我們先來看看主程式 main.cpp 的內容。main.cpp 是在 Blue Pill 上執行的 C++ 主程式。

記得 Arduino 把系統函式全都定義在 Arduino.h 的函式庫裡面嗎?相同的,Blue Pill 也有一個名為 libopencm3 的開源函式庫,並且在主程式 main.cpp 的前端總會呼叫 libopencm3 來使用。

Blue Pill 程式執行的整體流程 (海拔高度感測器的工作並未顯示)

為了展示我們如何在 Blue Pill 上同時讀取多個感測器 (因為它足夠強大到可以這樣做),程式還使用了 cocoOS多工處理函式庫

回想一下,BME280 可以提供三款感測器數值,包含溫度、溼度以及海拔高度。

程式裡,設計了三個感測任務 (Sensor Task),每一個任務對應一個感測器。

資料來自 https://github.com/lupyuen/send_altitude_cocoos/blob/master/main.cpp

每一個感測任務都包含了一個 poll_sensor() 函數來讀取感測器數值。例如,在溫度感測任務裡的 poll_sensor() 函數呼叫了BME280 函式庫裡的bme.temp() 函數,用意在於透過 SPI1 傳輸埠從 BME280 讀取溫度感測器的數值。

https://github.com/lupyuen/send_altitude_cocoos/blob/master/temp_sensor.cpp

回傳感測器的溫度、溼度與海拔高度等數值,然後呢?每個感測任務都會產出一則含有感測資料的訊息(歸功於 cocoOS 函式庫),並將訊息傳遞給網路任務 (Network Task) …

簡化自 https://github.com/lupyuen/send_altitude_cocoos/blob/master/sensor.cpp
感測任務的使命:Read 讀取感測器、Send 傳送感測器資料、Sleep 休眠

感測任務會以每暫停 10 秒後,讀取感測器並傳送感測數值一次的方式不斷進行。

cocoOS 還提供了允許存取訊號 (Semaphores) 來確保不同感測任務即使讀取了相同的輸入/輸出埠也不會產生碰撞,像是連接了 BME280 (內含三種感測器) 的 SPI1 傳輸埠一樣,因應多個感測任務的讀取需求也不會有碰撞的情況發生。

這篇文章裡,有更多允許存取訊號的資訊。

歸功於 cocoOS,感測器程式碼才能如此乾淨俐落又有效率。

SPI1 存取有效訊號避免了兩個感測任務同時透過 SPI1 傳輸埠讀取 BME280

如何上傳感測器資料到 Sigfox?

Blue Pill 程式執行的完整流程 (海拔高度感測器的工作並未顯示)

回想一下,感測任務會傳遞感測資料的訊息到網路任務。

網路任務 (原始碼位於 wisol.cpp) 接收到感測資料 (溫度或溼度或海拔高度) 後,會將感測資料匯集成一則同時含有溫度、溼度與海拔高度的 Sigfox 訊息。

為了避免透過 Sigfox 傳送過多訊息,網路任務含有節流功能來限制訊息傳送的總量,所以使用上,我們只在確切需要時,傳送我們真正需要的資料。

網路任務的使命:Receive 接收資料、Aggregate 匯集訊息、Transmit 傳送訊息

網路任何傳遞了想要對外傳輸的 Sigfox 訊息到 UART 任務 (UART Task) — UART 任務會對 Wisol 模組進行 Sigfox 訊息傳送的控管。為何要為 UART 特別創建另外一項任務呢?

如何處理 Wisol 模組的 UART 指令?

Wisol 模組透過 UART 串列埠,以 9600bps 的慢速來與 Blue Pill 進行通訊。一般而言,UART 任務都是傳送一個字元、停等一段時間,再次傳送一個字元、停等一段時間 … 因此也是反覆進行著相同程序來做字元接收。

不過,Blue Pill 可以專為多工處理而設計的。當傳送或接收字元的同時,Blue Pill還能去讀取感測器資料,或是準備下一則 Sigfox 訊息。如果您有細看 uart.cpp 裡面的 UART 程式碼就會知道,UART 任務是以聽取中繼的方式來達成可用時間的最佳化。

UART 任務可被視為 Blue Pill 的硬體 UART 界面,因此,無論何時有新字元準備好要被讀取,就發出中斷訊號。UART 任務不再需要忙著等待資料,而是把這些等待時間交還給 cocoOS,好讓 cocoOS 可以安排其他的感測任務或網路任務 (如果有的話)。中斷功能的程式碼在這裡: stm32/uartint/uartint.cpp.

Wisol 模組接受以AT指令控制來進行 Sigfox 訊息的傳送或接收。你可以看看這裡的範例。AT 指令不在 UART 任務,而是在網路任務中執行,因此 UART任務就能因應後續的需求而再次被使用。

想要多認識網路任務與 UART 任務嗎?來看看這篇文章


Blue Pill 程式的設置

執行程式前,這裡還有一些設定值需要設置。

enable_debug();       //  Uncomment to allow display 
// of debug messages in development
// devices. NOTE: This will hang if
// no debugger is attached.
//  disable_debug();  //  Uncomment to disable display 
// of debug messages. For use in
// production devices.

1️⃣ 開啟或關閉除錯模式:程式預設在除錯模式下執行。在 ST-Link 除錯器有連接的情況下,除錯訊息會顯示在 Blue Pill 控制台來讓您知道程式的確有在執行。如果 ST-Link 除錯器沒有連接,Blue Pill 標示PC13的綠色LED燈將會從設置時期起開始閃爍 …

✳️ On — ◻️ Off — ✳️ On —— ◻️ Off — ◻️ Stays Off

並且會停在持續等待 ST-Link 來連接的狀態下 (正常情況下,LED 燈應該會持續閃爍著)。如果量產 Blue Pill 時,您不想使用 ST-Link 的話,可以編輯main.cpp 來註銷 enable_debug() 函式並且反註銷 disable_debug() 函式,像是這樣 …

//  enable_debug();
disable_debug(); // Debug is now disabled.

2️⃣ 設定 Sigfox 射頻設置區域 (RCZ):編輯 main.cpp,並且找到這行程式碼 …

//  Start the Network Task.
setup_wisol(&wisolContext, &uartContext, uartTaskID,
COUNTRY_SG, false);

COUNTRY_SG 切換至你的國家代碼所屬的射頻設置區域碼,像是COUNTRY_US。射頻設置區域碼用以選擇 Sigfox 傳輸時的使用頻率。

3️⃣ 啟動 BME280 模擬器:如果您有 SparkFun BME280 感測器,可以跳過這個步驟。

如果您沒有 BME280 感測器,可以用 Blue Pill 程式來模擬 BME280 感測器,並且回傳預先設定好的溫度、溼度與海拔高度等感測數值。編輯 platform.h並且反註銷 SIMULATE_BME280 相關程式碼。編輯後,您應該會看到這樣 …

#define SIMULATE_BME280 // Uncomment to simulate a BME280 sensor

4️⃣ 啟動 Wisol 模擬器:如果您有 Wisol Sigfox 分線實驗板,可以跳過這個步驟。

如果您沒有 Wisol Sigfox 分線實驗板,可以在 Blue Pill 程式裡進行模擬。編輯 platform.h 並且反註銷 SIMULATE_WISOL 相關程式碼。編輯後,您應該會看到這樣 …

#define SIMULATE_WISOL // Uncomment to simulate a Wisol module

BME280 和 Wisol 模擬器的程式碼可以在i2cint.cppuartint.cpp 裡找到。現在,我們準備好要執行 Blue Pill 程式了!


狀態列的指令鍵:Build 編譯、 Upload 上傳

編譯、上傳並監控 Blue Pill 程式

把接有 Blue Pill 的 ST-Link 連接到電腦。注意到左下方的按鍵了嗎?(看看上方的螢幕截圖) 我們將會點擊這些按鍵。如果這些按鍵不見了,點擊功能選單 Terminal → Run Task → PlatformIO … 用執行指令的方式替代。

編譯您的 Blue Pill 程式

► 點擊 ✅️ Build 編譯按鍵。

這將編譯 Blue Pill 程式並且連結到 libopencm3 函式庫。

上傳程式到 Blue Pill

► 點擊 ➡️ Upload 上傳按鍵。

整合開發環境 (IDE) 透過 ST-Link 除錯器來與 Blue Pill 連結,並將可執行檔寫入快閃記憶體。

和 Arduino 一樣,就算斷了電,您的程式依舊會保存在快閃記憶體內。

連線來看 Blue Pill 除錯紀錄

► 點擊功能清單: 
Terminal → Run Task

選擇 🔗 Connect To STM32 Blue Pill 用 OpenOCD 來看除錯紀錄。它的工作如同 Arduino Serial Monitor。

Blue Pill 除錯紀錄會顯示程式的執行情況,如同 Arduino Serial Monitor。
記得刪除除錯紀錄

確認完除錯紀錄後,記得點擊右側的垃圾桶圖示 🗑️ Trash 來刪除除錯紀錄

這將關閉 Blue Pill 連接,之後就能繼續上傳程式到 Blue Pill。如果不幸的關閉圖示 ❎️ Close 只有隱藏了除錯紀錄而沒有關閉 Blue Pill 連接的話,Blue Pill連接將會持續,所以記得要常常點擊垃圾桶圖示 🗑️ Trash


當燈光閃爍就表示 Blue Pill 正在與 Sigfox 收發器模組進行通訊

看著 Blue Pill 執行程式

Blue Pill 在執行程式時,您可以藉由如上方影片裡LED閃爍與否的徵象來判別。右上方PC13綠色LED的閃爍表示網路任務正在匯整從多個感測任務接收而來的感測資料,即使您使用的 BME280 感測器與 Wisol Sigfox 收發器模組都是用程式模擬來的,也都可以觀察到相同現象。

使用實體 BME280 感測器與 Wisol Sigfox 分線實驗板執行程式時的 Blue Pill 除錯紀錄

上方的影片顯示了 Blue Pill 以實體 BME280 感測器與 Wisol Sigfox 模組執行程式時的除錯紀錄。有些重點條列如下 …

  1. 收集感測器數值的動作永遠不會停止 … tmp >> 是在收集溫度資料,hmd >> 是在收集溼度資料, alt >> 是在收集海拔高度資料,即使 Blue Pill 正在傳送 Sigfox 訊息也不會停止感測數值的收集。這就是 Blue Pill 可多工處理的威力。
  2. 每一則程式上傳到 Sigfox 的訊息都含有一道下行需求申請,意思是, Sigfox 雲端其實是會等待我們的伺服器回傳一則 8 個位元組的訊息,並將這個訊息下行回傳到終端裝置。
  3. Sigfox 下行訊息耗時長達一分鐘才完成。這就是為什麼訊號送出後,一分鐘內都看不到任何確認訊號 (ACK) 回傳。等待的時間,程式還是可以繼續執行其他的感測任務與網路任務。
  4. 在影片尾聲,我們看到了上行訊號送出的一分鐘之後,一則下行訊息成功回傳:process_downlink_msg FEDCBA9876543210。我們可以在 downlink.cpp 裡安插程式來做下行訊息接收後的因應處置。

如果您是使用程式模擬的 BME280 感測器與 Wisol Sigfox 模組,您將可以看到預先設定好的感測數值與 Wisol 指令。整體訊息處理的流程是相同的。

感測任務 Sensor Task 是如何讀取並傳送感測資料的呢?除錯紀錄裡的訊息又是什麼意思呢?透過以下這些原始程式碼的連結來說明 …

https://docs.google.com/presentation/d/1eVyfX5E9LNvALTVXdlH1ZeRpOoyfZwk5T87t010ZKSo/edit?usp=sharing

網路任務 Network Task 是如何接收、匯集、傳送感測資料的呢?來看看以下的說明 …

https://docs.google.com/presentation/d/1bEH7lVJZh1CdHn619Wx7vWeBNgSGxb9MnM8WyS1fzMc/edit?usp=sharing
Blue Pill 除錯紀錄的超時錯誤

您也許會看到這個除錯紀錄裡的錯誤訊息:ERR_SFX_ERR_SEND_FRAME_WAIT_TIMEOUT,這是因為 Blue Pill 傳送了一個下行需求申請給 Sigfox,但是您的終端裝置還沒有為下行回覆訊息做好設定所導致。我們現在就來做設定 …


設置 Sigfox 後台

依 Sigfox 分線實驗板製造商的指示,線上開通 Wisol Sigfox 模組。只要幾個步驟就能在 Sigfox 後台主頁上註冊一個使用者帳號。(如果你是使用自製的分線開發板,可以參考以下的螢幕截圖。)

開通您自製的分線開發板:點擊 Device → New,然後輸入裝置的 ID 和 PAC (顯示在 Blue Pill 的除錯紀錄裡)。點擊 ”Register As Prototype” (將裝置登記為原型機)

加入一個 Sigfox Callback 來處理下行需求:登入 Sigfox 後台https://backend.sigfox.com ,點擊 Device Type 並選擇裝置類型,然後點擊 Callbacks.

Device Type → Callbacks 下,先點擊 New,然後在點擊 Custom Callback

點擊 New 來建立 Sigfox 下行回傳的訊息內容。

選擇 Custom Callback

使用頁面下的設定值來設置下行回傳的訊息內容。

Body 欄位裡,每一行的末端都不能有空白格。

如果只是測試用,您可以使用我的 Sigfox 下行伺服器網址如下:

https://g9uvbknb0k.execute-api.ap-southeast-1.amazonaws.com/default/sigfoxCallbackDownlink
Sigfox 下行回傳訊息的設定 https://gist.github.com/lupyuen/07aa992d4714bc53c9db60a6a3e88b51

這個 Sigfox 下行伺服器是由我個人的 Amazon Cloud 帳號在管理,而且它已經被預先設定好了,無論是哪個 Wisol 模組 ID 的下行訊息回覆的需求,一律都會以 fedcba9876543210 訊息回傳。希望這能帶來一些幫助,也能讓您在開發與驗證 Sigfox 下行回傳功能的工作容易一點。

點擊 Downlink 的小圈圈來啟動下行回傳功能

設置完下行回傳功能之後,點擊 Downlink 欄位下的小圈圈來啟動下行回傳功能。功能啟動後,小圈圈將會變成實心的小圈圈,而不是原本空心小圈圈。

完成以上設定,您的 Blue Pill 下行回傳功能就已經啟用了!

Device → Messages 顯示下行回傳功能的設置狀況與下行回傳訊息的狀態

從 Visual Studio Code 下確認 Blue Pill 的除錯紀錄,並確定您的 Blue Pill 還有繼續執行著。

點擊 Device → Messages 來確認您的 Blue Pill 上傳到 Sigfox 的訊息。

您將會看到 Callbacks 欄位有兩個箭頭:

  • 第一個箭頭顯示的是下行回傳功能的狀態 Callback Status (OK)
  • 第二個箭頭顯示的是下行回傳訊息的狀態 Downlink Status (Acked)

這次資訊有助於下行伺服器的問題排除。

如果您沒有接收到任何訊息,可以進到 Device → Information 頁面,點擊 Disengage Sequence Number 來查詢看看。

還是沒有收到任何訊息嗎?如果您的終端裝置在 Sigfox 網路覆蓋範圍外傳送過多訊息的話,您的終端裝置內的 Sigfox 序號可能會有溢位的情況發生。

要解決這個問題,可以進到 Device → Information 頁面,點擊Disengage Sequence Number完成點擊後,您的終端裝置應該就能繼續傳送訊息到 Sigfox 了。 Device → Events 頁面也許也能為終端裝置為何停止傳送 Sigfox 訊息提供一些線索。


解放您的 Blue Pill 吧 ~

圖片上方是麵包板的電源供應器

您已經準備好用 Blue Pill 製作各式各樣的物聯網裝置了!

如同先前提到的,切記不要關閉除錯模式,否則您的 Blue Pill 將會停止程式燒錄並且永無止盡地等待著被連接到 ST-Link 除錯器。

我們是使用 ST-Link 來供電給 Blue Pill。考慮買一塊像是上方圖片裡的麵包板電源供應器嗎?可以上到 AliExpress 然後搜尋關鍵字:

Breadboard Power Supply Module MB-102 Model 830

想要建立屬於自己的 Sigfox 下載伺服器來處理下行回傳訊息的話,也可以閱讀一下這篇文章的 “Our Downlink Server” 章節。

接下來還有什麼呢?我在教授物聯網,所以歡迎提供我建議,建議我應該繼續寫哪類物聯網主題的文章。

我正在使用較新的 InnoComm SN10–12 Sigfox 模組設計一款新的 Sigfox 分線實驗板。如果我能解決印刷電路板的合作廠商(位於深圳的 Seeed 公司) 在採購 InnoComm 模組上的問題,那我一定會再更新這一份教材。

我也對用於物聯網的 FPGA 板非常感興趣。有了 FPGA 板,我們就能做出高度節能的物聯網裝置。GOWIN FPGA 板給了我非常驚豔的使用經驗,很快的,我也會用它來做出更高階的物聯網裝置。

你會對我先前的文章的中文版感興趣嗎?歡迎讓我知道。


有關 Blue Pill 的小提醒:如何焊接 Blue Pill 上的排針

如果您有焊接的經驗,可以跳過這個章節,但若你先前從未焊接過任何東西 (像我在開始用 Blue Pill 寫程式前就沒有焊接過),我能提供焊接初學者一些焊接 Blue Pill 排針時有用的小提醒。

這裡有說明一些焊接的基本原則 …

… 但我發現有些步驟在實作上是有困難的。在一些實驗與嘗試過後,我發現了一些合適初學者的工具和方法。我用了這些 …

我有 LED 燈的烙鐵、非常細的錫絲與焊接台

有 LED 燈的烙鐵:買一支有 LED 燈的烙鐵 (這樣您就看得到您在焊的東西) 和一個迷你的烙鐵頭。我使用的是平頭烙鐵頭,為什麼使用平頭而不是尖頭的呢?因為平頭烙鐵頭比較容易點到排針,才能為排針加熱 (您可以在下方影片中看到)。

細錫絲 (0.38mm):我用非常細的錫絲,比一般錫絲還要細上很多。如果您焊錯了,細錫絲比較能夠重來,因為錫點會比較小也因此容易清理,相反的,大一點的錫點就很難清理。但是要記得,每一支排針都要有足夠的錫來將它與電路板牢牢焊接。

焊接台:買一台有放大鏡的焊接台,然後,開始焊接前,把 Blue Pill 插到一塊小麵包板上,在用一個固定器把 Blue Pill 固定住。喔 — 也別忘了海綿 (就是上方圖示裡那個黃色的東西)。

測量並切斷排針

準備好要焊接了嗎?使用上圖裡的方法,測量排針的距離之後,輕輕地將排針折成兩排。

將 Blue Pill 插上麵包板

小心地將排針對齊,然後把 Blue Pill 插上小塊麵包板。這時候,如果來回搖動排針,這個由排針組成的插座腳位就有可能移位。為了避免移位,可以用堅固且平坦的不導電平面 (像是上圖裡的 USB 集線器) 穩穩地、慢慢地從針腳施力向下壓。

焊接時,Blue Pill 可能會搖晃,所以在焊接前可以用萬用膠帶 Blu-Tack 稍微固定一下。焊接時不能有任何零件搖晃。

烙鐵上電後,稍等一會來讓烙鐵加熱,然後就能進行排針的焊接:

  1. 烙鐵先不要點到任何針腳。讓烙鐵頭的尖端與任何 Blue Pill 的元件保持距離。
  2. 把錫絲拉直。
  3. 用錫絲去碰烙鐵,於是錫絲就會開始溶化 (下方影片裡的反光點)。
  4. 輕輕用烙鐵點在針腳上來為針腳加熱。不要在針腳上停留太久,因為這有可能會讓與這根針腳連接的元件受損。如果需要的話,可以先抬起烙鐵,然後在重新點回去想要焊接的針腳上。
  5. 將錫絲往針腳與焊接環之間的空間推進。如果針腳的溫度足夠,錫絲應該會溶化並且填滿針腳與焊接環之間的空隙。
  6. 重覆這些步驟,直到焊接環已經被錫完全覆蓋為止。記得:不要讓烙鐵頭停留在任何一支針腳上太久的時間。
  7. 將固定器轉向來完成另一側的針腳焊接。烙鐵頭的尖點總是要與其他已經焊在 Blue Pill 上的零件保持距離。
  8. 如果手會抖,焊接時可以靠在固定器上。

多看幾次下方的影片,您就會了解我在說什麼。這個焊接方法較慢,是因為使用了細錫絲,但對像我這樣手會抖、眼睛又不好的老人家,這個方法就很管用。


延伸閱讀

這篇文章裡的完整原始程式碼在這裡 …

我是從 Warren Gay 寫的 “Beginning STM32” 這本好書開始寫 Blue Pill 程式的 (這本書可能是唯一一本為Blue Pill發行的書)。

接著,我開始探究更多的細節 (像是 “Half-Done Interrupt”),那麼 “Mastering STM32” 這本書就行受用。記得,它講述了全系列的 STM32 微控制器,而且使用的是官方的 STM32 API,不是 libopencm3,所以可能會遠遠超過於你學習 Blue Pill 的需求 …

Blue Pill (STM32F103C8) 的規格書以及其他的官方文件都在這裡 …

還有 “The Insider’s Guide To The STM32 ARM@Based Microcontroller” 也是 STM32 系列很好的入門書籍。