Arduino เปิดตัวโมดูล Modulino Hub และ Extender รองรับอุปกรณ์ I2C ได้สูงสุด 64 ตัว และระยะทางไกลถึง 30 เมตร

Arduino เปิดตัวโมดูล Modulino ใหม่ 3 รุ่น ได้แก่ Modulino Hub สำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ I2C ได้สูงสุด 8 ตัว (หรือสูงสุด 64 ตัว เมื่อใช้ Hub จำนวน 8 ตัว), Modulino Extender สำหรับขยายระยะการสื่อสารผ่าน I2C ได้ไกลถึง 30 เมตร และ Modulino Motors สำหรับควบคุมมอเตอร์กระแสตรง (DC) ได้ 2 ตัว หรือมอเตอร์สเต็ปเปอร์ 1 ตัว พร้อมการควบคุมที่แม่นยำ

ในบทความนี้เราจะเน้นไปที่โมดูล I2C โดยเฉพาะ เนื่องจากมองว่า Modulino Extender เป็นโมดูลที่น่าสนใจมาก เพราะที่ผ่านมา I2C มักถูกมองว่าเป็นโปรโตคอลสื่อสารที่เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อในระยะสั้นเท่านั้น และไม่เคยคิดมาก่อนว่าจะสามารถนำมาใช้กับการสื่อสารผ่านสายที่มีระยะไกลได้ถึงระดับนี้ (สูงสุด 30 เมตร)

Modulino Hub

แม้ว่าโปรโตคอล I2C จะรองรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์ได้สูงสุด 127 ตัว ในทางทฤษฎี แต่ในการใช้งานจริงกับระบบที่มีเซ็นเซอร์หรือแอคชูเอเตอร์หลายตัว มักเกิดปัญหา ที่อยู่ (I2C Address) ซ้ำกัน เนื่องจากอุปกรณ์หลายชนิดใช้ค่า Address เริ่มต้นเดียวกัน, Modulino Hub ถูกออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว โดยสามารถเชื่อมต่อ Hub หลายตัวแบบ Daisy Chain ได้ แต่ละ Hub จะมี Address ของตัวเอง ทำให้ระบบสามารถรองรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์ได้สูงสุด 64 ตัว

สเปคของ Modulino Hub :

ชิปหลัก – Texas Instruments TCA9548ARGER เป็นสวิตช์ I2C/SMBus แบบ 8 ช่อง
I2C
- Address – 0x71 (ค่าเริ่มต้น); สามารถปรับได้ระหว่าง 0x70–0x77 ด้วยจัมเปอร์
- 10x คอนเนกเตอร์ QWICC
  - 8x คอนเนกเตอร์เอาต์พุต I2C สำหรับอุปกรณ์ต่าง ๆ
  - 2x Headersอินพุต สำหรับบอร์ด Arduino และ Hub ตัวอื่น
- สูงสุด 8x สามารถเชื่อมต่อ Modulino Hub แบบ daisy-chain รวมรองรับอุปกรณ์ทั้งหมด 64 ตัว
- 4x I2C Header แบบ 4 พิน (ยังไม่บัดกรีติดบอร์ด) ซึ่งถูกมัลติเพล็กซ์ร่วมกับ คอนเนกเตอร์ Qwiic
- มีตัวต้านทาน pull-up ขนาด 4.7kΩ ในทุกช่องสัญญาณ
แหล่งจ่ายไฟ – 3.3V ผ่านคอนเนกเตอร์ Qwiic หรือ Header แบบ 2 พิน
ขนาด – 41 x 25.36 มม.
น้ำหนัก – 4.4 กรัม

Modulino Hub Pinout diagram — พินเอาท์ไดอะแกรม

Modulino Hub eight I2C connectors — A0, A1, A2 ถูกใช้สำหรับการตั้งค่า I2C address

Modulino Hub ถูกออกแบบมาเพื่อใช้งานร่วมกับบอร์ด Arduino UNO R4 WiFi และ Arduino UNO Q โดยสามารถดูรายละเอียดทางเทคนิคเพิ่มเติมและวิธีเริ่มต้นใช้งานได้ที่เว็บไซต์เอกสารประกอบ

โมดูล I2C Hub ของ Arduino วางจำหน่ายในราคา 8.84 ยูโร /$8.85 หรือประมาณ 300 บาทบนร้านค้า Arduino store.

Modulino Extender

สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับโมดูล Extender คือ ภายในแทบจะว่างเปล่า มีเพียงชิปตัวเดียว (LTC4311) ที่ทำงานทั้งหมด ร่วมกับชิ้นส่วนพาสซีฟเล็กน้อย และคอนเนกเตอร์ I2C แบบ Qwiic Headers เท่านั้น

สเปคของ Modulino Extender :

ชิปหลัก – Linear Technology LTC4311 (LTC4311ISC6) เป็น accelerator I2C/SMBus แบบแรงดันต่ำ
- ช่วยปรับปรุงระยะเวลา rise time ของสัญญาณ I2C ให้ดีขึ้น
- เพิ่มความถูกต้องของข้อมูลเมื่อมีอุปกรณ์หลายตัวบนบัส I2C
- ช่วยเพิ่ม noise margin ในระดับลอว์ (low-state)
- รองรับความเร็วการทำงานสูงสุด 400 kHz
- มีโหมดสแตนด์บายพลังงานต่ำแบบตรวจจับอัตโนมัติ
- ใช้กระแสไฟต่ำมาก (<5 µA) ในโหมดปิดหรือสแตนด์บาย
- เมื่อปิดการใช้งานหรือไม่มีไฟเลี้ยง จะไม่โหลดบัส
- มีวงจร pull-up แบบจำกัดอัตราการเปลี่ยนแปลงสัญญาณ (slew-limited) ที่แข็งแรง
- รองรับแรงดันไฟฟ้ากว้าง 1.6V – 5.5V
- ทนไฟฟ้าสถิต (ESD) ได้ถึง ±8 kV ตามมาตรฐาน Human Body Model
- แพ็กเกจชิปแบบ DFN 2 x 2 มม. และ SC70
I2C
- ที่อยู่ (Address) – ไม่เกี่ยวข้อง / ไม่จำเป็นต้องตั้งค่า
- I2C input – คอนเนกเตอร์ Qwiic และ Header 4 พิน
- I2C output – คอนเนกเตอร์ Qwiic และ Header 4 พิน
แหล่งจ่ายไฟ
- แรงดัน – 3.3V ผ่าน คอนเนกเตอร์ Qwiic หรือ Header
- กระแสไฟ – ประมาณ 200 µA (ค่าเฉลี่ยทั่วไป)
ขนาด – 41 x 25.36 มม.
น้ำหนัก – 4.4 กรัม

เป็นโมดูลที่ทำงานแบบฮาร์ดแวร์ล้วน ๆ ดังนั้นจึงไม่ต้องใช้ซอฟต์แวร์หรือไลบรารีเฉพาะใด ๆ ในการใช้งาน โมดูลนี้มาพร้อมกับสาย Qwiic-to-female jumper cable จำนวน 2 เส้น (ยาว 10 ซม.) ระยะการสื่อสารสูงสุด 30 เมตร จะสามารถทำได้เฉพาะที่ความเร็ว 100 kHz เท่านั้น โดยในเอกสารคู่มือมีหมายเหตุสำคัญเกี่ยวกับชนิดของสายที่ควรใช้ตามระยะทางดังนี้:

ระยะสั้น (< 1 เมตร) – ใช้สาย Qwiic มาตรฐานได้อย่างเหมาะสม
ระยะกลาง (1–10 เมตร) – แนะนำให้ใช้สายคู่บิดเกลียวคุณภาพดี หรือสายแบบมีชีลด์ (shielded cable)
ระยะไกล (10–30 เมตร)
- ควรใช้สาย Cat5e หรือ Cat6 แบบ Shielded Twisted Pair (STP) หรือ Foiled Twisted Pair (FTP)
- ควรวางสายให้ห่างจากแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า
- หลีกเลี่ยงการเดินสายขนานกับสายไฟฟ้าแรงสูง