รีวิว แพล็ตฟอร์มเพื่อการศึกษา STEM UniHiker จาก DFRobot

UniHiker คือแพล็ตฟอร์มเพื่อการศึกษาด้าน STEM จากบริษัท DFRobot ซึ่งเดิมเน้นทำตลาดเฉพาะในประเทศจีนเท่านั้น แต่ตอนนี้ UniHiker  พร้อมจะออกจำหน่ายทั่วโลกแล้ว ดังนั้นเรามาแกะกล่องรีวิวทำความรู้จักแพล็ตฟอร์ม UniHiker กันเลยดีกว่า เริ่มต้นจากบอร์ด UniHiker ซึ่งทำการออกแบบมาให้อยู่ใน form factor เดียวกันกับบอร์ด BBC Micro:bit  ดังนั้นถ้าเรามี expansion บอร์ดของ Micro:bit อยู่แล้วเราสามารถใช้งานร่วมกับบอร์ด UniHiker ได้ทันที งั้นเรามาเริ่มแกะกล่องไปด้วยกันเลยดีกว่า

แกะกล่อง UniHiker

ชุดบอร์ด UniHiker  ถูกส่งตรงมาจาก DFROBOT ด้วย DHL เมื่อแกะกล่องพัสดุออกเราก็พบกับสีส้มของ DFROBOT ที่คุ้นตา ภายในคือกล่องพลาสติกของ UniHiker  แล้วซึ่งถือมาดีมากเพราะเราสามารถเก็บบอร์ด UniHiker  หลังจากการเรียนหรือใช้งานให้อยู่ในกล่องพลาสติกได้อย่างปลอดภัย

เมื่อเปิดกล่องพลาสติกออกเราก็ก็พบกับชุดสาย USB Type-C และสายเคเบิลสำหรับเชื่อมต่อ Gravity พอร์ตทั้งแบบ 3 พินและ 4 พินและในซองกันกระแทกก็คือบอร์ด UniHiker   ของเรานั่นเอง อย่างที่เล่าตอนแรกว่าบอร์ด UniHiker  มาใน form factor Micro:bit

พร้อมกับการเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อให้รองรับการเรียนการสอน STEM เบื้องต้นไปจนถึงขั้นสูงอย่าง  IoT และ AI ดังนั้นเลยมีการเปลี่ยนจากการแสดงผล  LED matrix ขนาด 5X5 แบบของ Micro:bit กลายเป็นหน้าจอสีขนาด 2.8 นิ้วความละเอียด 240×320 พร้อมหน้าจอสัมผัสแบบ resistive และใส่เซ็นเซอร์มาทั้งไมโครโฟน , เซ็นเซอร์แสง , Accelerometer และ Gyroscope เท่านั้นยังไม่พอส่วนของไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ใส่ CPU มาพร้อมระบบปฎิบัติการในตัวเลยเพื่อให้ใช้งาน IoT และ AI ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ เรามาดูคุณสมบัติทั้งหมดของบอร์ด UniHiker กันเลยดีกว่า

คุณสมบัติ

• CPU : Rockchip RK3308 Quad-Core ARM Cortex- A35 ความเร็ว 1.2GHz
• RAM : 512MB
• FLASH : 16GB
• OS : Linux (Debian 10)
• Connectivity : Wi-Fi 2.4GHz , Bluetooth 4.0
• Screen : ขนาด 2.8inch ความละเอียด 240×320 Touch Screen แบบ resistive
• MCU : GD32VF103  RISC-V ความเร็ว 108MHz   64KB Flash และ  32KB SRAM
• Sensor : ปุ่มกด , ไมโครโฟน , ความเข้มแสง , Accelerometer  และ Gyroscope
• Actuator : ลำโพงบัซเซอร์ และ LED
• Peripheral : USB Type-C, USB-A , MicroSD , พอร์ต Gravity แบบ 3พิน และ 4พิน , Edge ตอนเน็คเตอร์(Micro:bit)
• Power : 5V 2A จาก USB Type-C
• Size : 51.6 มม. x 83 มม. x13 มม.

จากคุณสมบัติเราจะพบว่ามันคือคอมพิวเตอร์แบบ single board 1 ตัวนั้นเองโดยมาพร้อมกับไมโครคอนโทรเลอร์ GD32VF103 ซึ่งจะทำหน้าที่ในการอ่านค่าจากเซ็นเซอร์ทั้งหมดยกเว้นไมโครโฟนและควบคุม actuator ทั้งหมดตามรูปด้านล่าง

ผังการเชื่อมต่อภายในบอร์ด UniHiker

โดยข้อมูลของเซ็นเซอร์และ actuator ที่เชื่อมต่อกับ ไมโครคอนโทรเลอร์ GD32VF103 จะเป็นดังนี้ ซึ่งเดี๋ยวเราจะได้ทดลองจ่ายไฟเพื่อใช้งานและทดลองโปรแกรมกัน

 

IO ของบอร์ด UniHiker

ทดสอบการทำงาน

บอร์ด UniHiker   สามารถจ่ายไฟเพื่อให้บอร์ดทำงานได้โดยการจ่ายไฟผ่านช่อง  USB Type-C ซึ่งบอร์ดก็จะบูตและทำงานทันทีและแสดงผลหน้าจอเป็น GUI แบบเมนู เรียกว่า Home menu เราจะสามารถเลือกเมนูต่าง ๆ ได้ทั้งหมด 8 หัวข้อ ตามรูปซึ่งก็เพียงพอต่อการใช้งานโดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์ในการตั้งค่าแต่อย่างใด

การเชื่อมต่อ

บอร์ด UniHiker สามารถเชื่อมต่อเครือข่ายเพื่อการเขียนโปรแกรมและใช้งานอินเตอร์เน็ตได้หลายรูปแบบดังนี้

1. USB
2. Wi-Fi
3. Wi-Fi hotspot
4. USB to ethernet

ซึ่งในการใช้งานเริ่มต้นทั่วไปจะทำได้สามวิธีคือ

1. เปิด Wi-Fi hotspot แล้วใช้คอมพิวเตอร์เชื่อมต่อเข้าไปจากนั้นเปิดหน้าต่างเว็บบราวเซอร์จากคอมพิวเตอร์เพื่อตั้งค่าการเชื่อมต่อ  Wi-Fi ให้กับบอร์ด UniHiker  ผ่านหน้าเว็บ

   
   การแสดงสถานะการทำงานของ Wi-Fi hotspot

2. ต่อสาย USB Type-C เชื่อมระหว่างคอมพิวเตอร์กับบอร์ด UniHiker  จากนั้นเปิดหน้าต่างเว็บบราวเซอร์จากคอมพิวเตอร์ไปที่หมายเลขไอพี 10.1.2.3 เพื่อตั้งค่าการเชื่อมต่อ  Wi-Fi ให้กับบอร์ด UniHiker  ผ่านหน้าเว็บ

   
   การ setup Wi-Fi ผ่านหน้าเว็บ

3. ต่อสาย USB Type-C เชื่อมระหว่างคอมพิวเตอร์กับบอร์ด UniHiker  จากนั้นสามารถใช้งานด้วยการอ้างอิงถึงหมายเลขไอพี 10.1.2.3 ของ บอร์ด UniHiker ได้เลยแต่วิธีนี้จำเป็นต้องต่อสาย USB เชื่อมต่อไว้ตลอดเวลา

แสดงการเชื่อมต่อใช้งาน Internet ผ่าน USB ของบอร์ด UniHiker

การใช้งาน IoT

บอร์ด UniHiker มาพร้อมกับบริการ  IoT แพล็ตฟอร์มในตัวที่ชื่อว่า SIoT ซึ่งประกอบด้วย MQTT broker และแพล็ตฟอร์มแสดงผลข้อมูลที่รับเข้ามาในระบบ เราจะมาทดสอบการใช้งานด้วยกันดังนี้

ภาพรวมการทำงานของแพล็ตฟอร์ม SIoT

แพล็ตฟอร์ม SIoT นั้นเป็น MQTT broker ที่ทำหน้าที่รับส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ IoT ต่าง ๆ โดยที่มีการออกแบบโครงสร้างของข้อมูลในแพล็ตฟอร์มคือ project ID และ device ID ให้ง่ายต่อการจัดการ โดยที่ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องสร้าง project หรือ device ในระบบ ตัวแพล็ตฟอร์ม SIoT จะทำหน้าที่สร้าง project ID และ device ID ให้โดยอัตโนมัติจากชื่อของ topic ที่ส่งเข้ามาในระบบ ที่จำเป็นจะต้องอยู่ในรูปแบบของ projectId/deviceId

ภาพรวมของแพล็ตฟอร์ม  SioT

การใช้งานหน้าเว็บ  SIoT

ก่อนที่เราจะใช้งานแพล็ตฟอร์ม SIoT ได้นั้นเราจำเป็นต้องทำการตรวจสอบสถานะการทำงานของ SIoT ก่อน โดยเข้าไปยังหน้า Service Toggle บนหน้าเว็บเพจของ UniHiker ตามรูป หากพบว่าระบบ Disable  สามารถทำการกดคลิ้ก Start ได้ทันที

หน้าการตั้งค่า service บน UniHiker platform

เมื่อเลือกที่ Open page จะพาเราไปยังหน้า login ซึ่ง default username และ password คือ siot:dfrobot

หน้าต่างสำหรับล็อกอินเข้าใช้งาน SIoT

จากนั้นเราจะสามารถดูข้อมูลของ project , device และทดสอบส่งข้อมูลไปยัง SIoT ได้ ตามที่ได้อธิบายไว้ด้านบนว่าโตรงสร้างของ topic จะเป็นตัวสร้าง project และ device ให้โดยอัตโนมัติ

หน้าแสดงข้อมูล project บน SioT

 

การทดสอบส่งค่าไปยังแพล็ตฟอร์ม SIoT ด้วย MQTTX

เราจะทำการทดสอบการส่งค่าไปยังแพล็ตฟอร์ม SIoT ด้วยโปรแกรม MQTTX โดยทำการตั้งค่าการเชื่อมต่อดังนี้

หน้าต่างตั้งค่าการเชื่อมต่อไปยังแพล็ตฟอร์ม SIoT ในโปรแกรม MQTTX

และจากนั้นทำการทดสอบ publish message ไปที่ topic ที่ชื่อ cnx-software/hello

หน้าต่างแสดงการ  publish ข้อมูลไปยังแพล็ตฟอร์ม SIoT

จะพบว่ามี project ชื่อ cnx-software ปรากฎขึ้นมาและในส่วนของ device  จะปรากฎอุปกรณ์ชื่อ hello แสดงขึ้นมา

หน้าต่างแสดงข้อมูลบนแพล็ตฟอร์ม SIoT

 

นอกจากนี้ความพิเศษของ SIoT ยังมีส่วนของการสามารถเลือกว่าข้อมูลที่ส่งมาจะเป็นคำสั่งสำหรับสั่งงาน หรือเป็นข้อมูล telemetry เพื่อการเก็บ time series ได้จากการกำหนด prefix  ของข้อความ หากขึ้นต้นด้วย -> จะถือว่าเป็นคำสั่งจะไม่มีการบันทึกลงฐานข้อมูล

ทดสอบการพัฒนาโปรแกรมบน UniHiker

บอร์ด UniHiker มาพร้อมการรองรับการพัฒนาโปรแกรมที่หลากหลายสามารถสรุปเป็นวิธีหลัก ๆ ได้ 4 แบบด้วยกันคือ

1. การพัฒนาโปรแกรมผ่านเว็บด้วย Jupyter  Notebook เราสามารถเปิดหน้าเว็บใส่หมายเลข IP ของ บอร์ด UniHiker แล้วเริ่มเขียนโปรแกรมได้ทันที

   

2. การ SSH เข้าไปเขียนโปรแกรมบน terminal ของ linux

   

3. การพัฒนาโปรแกรมผ่านโปรแกรม VSCode

   

4. การพัฒนาโปรแกรมด้วยโปรแกรม Mind+ ที่รองรับการโปรแกรมแบบลากวางบล็อคโปรแกรมติดตั้งมีขนาดราว ๆ  1 GB

   

การรันทดสอบโปรแกรม

• สามารถทำได้โดยการใช้ home menu บนหน้าจอของบอร์ด UniHiker
• เลือกที่เมนู “2-Run Programs” เลือกไปยัง directory ที่บันทึกโปรแกรมไว้ จะปรากฎรายการไฟล์
• สามารถกดเลือกที่ไฟล์ที่ต้องการให้ทำงานได้ทันที

การนำบอร์ด UniHiker ไปต่อยอดใช้งาน

เราสามารถสร้างสรรค์ผลงานด้าน STEM จากบอร์ด UniHiker ได้หลากหลายเท่าที่ต้องการ ทั้งงาน IoT ต่าง ๆ เช่น Smart farm, Smart home โดยเราสามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์เพิ่มเติมได้มากมายผ่านทาง USB Type-C, USB-A , พอร์ต Gravity แบบ 3พิน และ 4พิน , Edge ตอนเน็คเตอร์(Micro:bit)ไม่ว่าจะเป็นกล้อง Webcam , Motor driver , Servo หรือเซ็นเซอร์อื่นๆ และด้วยความที่บอร์ด UniHiker ทำงานบนระบบปฎิบัติการ Linux ทำให้เราสามารถเพิ่มเติมความสามารถทางด้านซอร์ฟแวร์ลงไปได้ตามที่เราต้องการเช่นแพล็ตฟอร์ม Node-RED หรืออื่น ๆ รวมถึงใช้งานเป็น IoT gateway สำหรับอุปกรณ์ IoT อื่น ๆ เช่น ESP32 ได้ทันทีผ่าน SIoT

ข้อสรุป

บอร์ด UniHiker เป็นบอร์ดที่อยู่กึ่งกลางระหว่าง Singleboard computer  ทั่วไปในตลาดกับบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยผสานความสามารถในการใช้งานทั้งการพัฒนาโปรแกรมที่พร้อมให้ใช้งานได้ทันทีตั้งแต่แกะกล่องและมีวิธีในการพัฒนาโปรแกรมที่หลากหลายรองรับระดับการศึกษาตั้งแต่ประถมด้วยการใช้ Mind+ จนไปถึงระดับมหาวิทยาลัยที่พัฒนาบน VSCode หรือ Jupyter Notebook และมาพร้อมกับ SIoT ที่เป็น IoT แพล็ตฟอร์มพร้อมใช้งานได้ทันที

พร้อมด้วย tutorials จาก DFRobot จำนวนมาก ทำให้การเรียนการสอนด้าน STEM สามารถทำได้อย่างง่ายดายและยืดหยุ่นมากขึ้น ซึ่งจากการทดลองใช้งานมากว่า 1 สัปดาห์มีข้อประทับใจหลายด้าน แต่ก็ยังมีจุดที่อยากให้พัฒนาเพิ่มลงไปอีกเช่นการใช้งานร่วมกับ Mind+  แบบ Web based version เพราะในปัจจุบันจะพบว่าการใช้งานคอมพิวเตอร์ในระดับประถมศึกษาจะเป็น Tablet เกือบทั้งหมดซึ่งใช้ OS เป็น Android และ iOS การที่รองรับแต่การใช้งานบน PC ทำให้การไปใช้งานโดยนักเรียนนอกเวลาเรียนทำได้ยากเมื่อเปรียบเทียบกับแพล็ตฟอร์มเพื่อการศึกษาด้าน STEM สำหรับระดับชั้นประถมอื่น ๆ ในตลาดการศึกษาปัจจุบัน

ต้องขอขอบคุณ DFRobot  ที่ได้ส่งบอร์ด UniHiker มาให้ทำการรีวิวและทดลองใช้งาน โดยหากอ่านรีวิวนี้แล้วสนใจสามารถทำการสั่งซื้อได้ที่ร้านค้าของบริษัท โดยราคาจำหน่ายไม่รวมค่าขนส่งจะอยู่ที่ $79.90 (~2,700฿)