|
▼
<特報1>專屬電子爵士鼓動手做
利用微控制器、壓力感測電阻（Force Sensing Resistor，亦稱力敏電阻）、簡單的瓶瓶罐罐，以及一些基本的電子零件，便可以打造出客製化的電子爵士鼓。此系統可偵測四個鼓的敲擊，並且播放出不同鼓的聲音。
使用者曾想過在家裡安靜地打鼓，又不用花上數百甚至數千美元買個電子樂器嗎？現在有個DRUMSET系統可以做得到：可數位錄製、使用者可調整修改的音響工具。這是筆者在康乃爾大學跟實驗室夥伴一起設計打造的。本文中會詳述設計細節，裡面用到ATmega1284p微控制器，及Bruce Land教授設計客製化的PCB板子（如圖1所示）。使用者當然也可用不同的微控制器及PCB板子來設計類似的系統，但是效益上會不太一樣。
系?概述
此電子系統隨著每個鼓（鼓是自行打造）的敲擊，能播放高品質的鼓聲。它會偵測4個鼓受到的敲擊，並播放不同的鼓聲。使用者可利用按鈕及2x16液晶顯示器的介面來選擇多種預先設定的爵士鼓風格，因此四個鼓可設定為不同的鼓聲。這樣便能創造出一個客製化的爵士鼓，而且還可以從麥克風錄製樣本聲音並指派給某一個鼓（參見圖2）。
系統核心是ATmega1284p微控制器（如圖3所示）。為偵測鼓的敲打，打鼓的力量會被傳遞到Tekscan Flexiforce A201的壓力感測電阻（經由一個可以把敲打力量集中到一點的兩公升改裝蘇打瓶）。A201再連接到微控制器的類比數位轉換器輸入端，然後轉變成數位脈波訊號後，再由軟體進行去彈跳(Debounce)處理，並判斷是否為有效敲打或雜訊。如果是有效的話，系統會依目前設定，經由外接數位類比轉換電路及喇叭播放預先設定的鼓聲樣本。使用者介面有7個按鈕，讓鼓聲設定非常簡單。
<悠遊物聯網>物聯網長距無線射頻技術(2) - LoRaWAN技術大直擊
歡迎再次回到本系列專欄裡。在先前的系列專欄文章中，筆者介紹了來自Semtech的無線技術LoRa（請參見「物聯網長距離無線射頻技術(1) — Lora技術大直擊」《Circuit Cellar嵌入式科技雜誌》No.6 2016）。簡而言之，LoRa是一個被稱之為「寬頻線性調頻擴頻」(Chirp Spread Spectrum, CSS)的調變技術，可以使用非常低的位元速率和低功耗來實現長距離的通訊（在開放場域中通訊範圍可達幾十公里）。不論是透過某個可連接到使用者首選微控制器上的低成本整合式收發器，抑或現成既有的LoRa相容模組，使用者都可以快速地透過該技術來與裝置無線互連。
本月，我將繼續介紹LoRaWAN，LoRaWAN是一個基於LoRa的協定堆疊，並由國際組織LoRa聯盟來進行標準化。
什麼是協定堆疊？
就讓我們先從一個關於協定堆疊的快速提示作為本文開頭吧。在電腦網路早期之際，很快就出現了對通訊功能之概念模型的需求。其首要理由全在於通訊協定的規定細節很複雜，因此將它們劃分成個別單獨的「層」，進而能提供一種更清楚且更精準的描述方式。第二個原因在於靈活性。一旦協定被分層，某階層便可被另一種版本的階層所取代，而不會對其餘階層造成影響。例如，拜各階層之間的這種獨立性之賜，使用者可以透過乙太網路、無線Wi-Fi或蜂巢網路連線來透通地使用HTTP或FTP。
無所不在的7層OSI模型是打從1984年開始採用的，而目前仍在使用（見圖1）。基本上，較低的實體層(Physical Layer)主要處理原始位元的傳輸。緊接其上的階層是負責點對點傳輸管理的資料鏈結層(Data Link Layer)，其最上層可到達應用層(Application Layer)，該層定義了資料的實際內容。
在有了上述網路模型的了解後，那麼就能看出我所談到的LoRa調變是一個實體層的解決方案(Layer 1)。LoRa定義了如何透過CSS調變來對位元進行編碼，以及如何透過其中某個可用頻段來無線發送這些位元，然後實體嵌入到專用的矽元件之中。
使用者只能使用LoRa在其上層建構自己的協定，但接著將必須處理Layer 2到Layer 7中有關定址、重傳、路由及安全性等等作業。
進入LoRaWAN中。它是建立在LoRa上層的標準化協定堆疊，其縮減了LoRa(Layer 1)與最終應用(Layer 7)之間的差距。你將會了解到的，LoRaWAN是一個相當簡單的協定，其不需要落實OSI模型所有階層。它藉由明確定義的Layer 2來管理點對點連結（一種簡單明瞭的路由方法），最後但並非最不重要的是安全功能。然而，LoRaWAN並未指定應用層。與ZigBee之類的協定相反的，儘管LoRaWAN負責資料傳送，但資料是使用者的。
|