專為戶外長時間續航與物聯網而生：Pico LoRa-Mesh Solar Shield 深度解析
本次介紹的 Pico LoRa-Mesh Solar Shield 應用板，是我們專門為戶外長續航、感測回傳與教學開發場景所打造的核心產品。
第一章：板子的定位與核心優勢
Pico LoRa-Mesh Solar Shield 的設計定位，是希望提供一個強調擴展性與太陽能特色的解決方案，特別適合需要額外感測器連接的開發者。它是一款與 Raspberry Pi Pico 相容的 LoRa/Meshtastic 通訊應用板。
1. 廣泛的應用場景
此板子的關鍵應用包括：
- Meshtastic 網路部署：支援作為 Mesh 網路的節點或中繼角色，特別適用於登山通信、活動場域臨時網路與救援通訊。
- LoRa 程式開發：適用於感測資料的上行開發（點對點或 LoRaWAN）。
- 數據採集與監測：使用情境涵蓋環境監測、農林水務、資產追蹤以及教育專題等。
2. 無線通訊規格
板子採用原廠的 Semtech SX1262 射頻晶片，這是一個目前的主流型號，具有高靈敏度與低功耗特性，適合遠距離資料回傳：
- 頻段規範：依市場需求推出 433MHz 與 915MHz 版本。台灣市場主要規範使用 915MHz。
- 功率輸出：輸出功率上限約為 22 dBm。
第二章：電源管理與擴充介面細節
1. 太陽能供電與充電管理 (MPPT)
此應用板支援 MPPT（最大功率點追蹤）功能，可搭配小型太陽能板，適用於戶外長時間佈署與能源補給。
- 充電晶片：進行單節鋰電池充電管理。
- 升壓晶片：進行高效率同步升壓，提供系統與外設穩定電壓源。
- 電池規格：支援單節鋰電池（3.7V 至 4.2V），可使用軟包或聚合物理電池。工作室提供的標準容量是 3000mAh，被認為是相對合理的選擇。
- 多重充電：可透過外接 VIN 輸入（5V 至 12V，需注意正負極性）或 USB 連接埠進行充電。
- 安全提示：上電前，請務必先安裝天線。
2. 豐富且易用的擴充介面
- Qwiic I2C 介面：板載 1 個 Qwiic I2C 連接器，支援零焊接擴充感測器與周邊模組，是工作室未來重點推廣的介面。
- UART 接口（UR）：內建電平轉換，可與 3.3V 或 5V 系統互聯。
- 天線接口：採用 IPX (第一代) 連接器，出貨配有轉接線 (ipex to SMA)。
- 電壓讀取：板子設計有電阻分壓腳位，可用於讀取電池電壓，將在下一次課程分享使用方式。
- 擴展腳位：額外引出未使用的腳位，包括用於 log 輸出的 TX/RX (GP0/GP1) 和 Ground。
第三章：LoRa 通訊基礎與關鍵參數回顧
在程式開發中，LoRa 的通訊參數設定至關重要，發送端與接收端必須完全一致才能進行通訊：
| 參數名稱 | 縮寫 | 範圍與定義 | 影響及應用 |
|---|---|---|---|
| 擴頻因子 | SF (Spreading Factor) | 範圍 7-12。定義了符號速率與晶片速率的比率。 | SF 越高，接收靈敏度越高，通訊距離增加，但數據傳輸速率降低。SF7 適合距離近、需快速傳輸的應用。 |
| 訊號強度 | RSSI (Received Signal Strength Indicator) | 衡量接收到的總訊號功率（包含有用訊號和雜訊），單位為 dBm。 | 良好範圍約在 -30 dBm 到 -70 dBm。用於評斷訊號的強弱。 |
| 訊噪比 | SNR (Signal-to-Noise Ratio) | 衡量訊號品質的指標。 | 正值表示訊號品質良好。負值表示訊號功率低於雜訊，但 LoRa 仍可能解調。用於評斷訊號的品質。 |
| 同步字元 | Sync Word | 一個 8 位元的序列。預設值通常為 0x12 (十進位 18)。 | 接收端用來識別和同步發送端的訊號。兩端數值必須一致才能接收。 |
| 頻寬 | BW (Bandwidth) | 預設值通常為 125 kHz。 | 較窄的頻寬（如 125 kHz）能提高接收靈敏度並增加通訊距離。 |
| 編碼率 | CR (Coding Rate) | 以分數表示（如 4/5 到 4/8）。涉及到前向錯誤校正 (FEC)。 | CR 數值越大，容錯空間越高，適用於通訊品質不佳的場景。 |
第四章：應用程式開發與未來規劃
此應用板支援使用 Pico C/C++ SDK 搭配 VSCode 進行開發。
1. UF2 上傳方法
在沒有 Debug Probe 的情況下，可使用以下步驟上傳程式：
- 將板子上電（接 USB）。
- 按住 板上的按鈕不放。
- 按一下 Reset 鍵。
- 放開 按鈕，電腦會出現名為 RP2 的磁碟機。
- 將編譯好的
.uf2檔案拖拉進 RP2 磁碟機即可完成上傳。 - 完成上傳後，可透過裝置管理員確認新的 COM Port，並使用 Console 軟體連接，預設鮑率為 115200。
2. 接收程式的兩種模式
課程中演示了兩種接收模式：
- 輪詢模式 (Polling)：程式結構簡單，在主回圈（Loop）中持續調用
receive()函式。這種方式適合程式較短、結構不複雜的應用，可快速完成。 - 中斷模式 (Interrupt)：效率較高，不會佔用 Pico 系統資源。它透過偵測 LoRa 模組的 DI1 腳位（Digital Input 1）觸發中斷。中斷函式內部應僅設置一個 Flag（標記），實際資料讀取和處理在主回圈中執行。
3. 未來的模組與擴充計畫
我們將持續推廣 Qwiic 生態系統的應用，並提供驅動程式 (Driver) 支援：
- 下週課程預告：將分享 SHT40 溫濕度感測器模組（Qwiic 介面）的驅動程式與使用方式。
- Qwiic 模組：已完成 SCD41（二氧化碳感測器）的驅動，SGP41（空氣品質）的驅動正在撰寫中。Qwiic 的優勢在於多個感測器可共用兩條線，不佔用腳位。
