RAK2011 WisDuino Cellular Модуль сотовой связи LTE с GPS-навигацией для Ардуино

Плата расширения RAK2011 WisLink Cellular BG96 Arduino Shield — компактный модуль сотовой связи, построенный на чипсете радиомодема Quectel BG96. RAK2011 поддерживает технологию энергоэффективной связи дальнего радиуса действия (Low-Power-Wide-Area, LPWA) для устройств в сетях Интернет вещей (Internet-of-Things, IoT). Он способен одновременно работать в сетях 2G, 4G/LTE, NB-IoT и GPS, а также обладает дополнительной функцией Voice-over-LTE (VoLTE) для высокой чёткости (HD) бесперебойных телефонных вызовов.

Множество предусмотренных функций в чипсете BG96 позволяет:

• гибко и без необходимости замены оборудования переходить с 2G на 4G/LTE
• улучшить энергопотребление, пропускную способность системы и спектральную эффективность за счёт использования узкополосного Интернета вещей (NB-IoT)
• отслеживать устройства с помощью GPS и программных сервисов, использующих данные о локации (LBS)
• оставаться в сети 4G/LTE с возможностью звонить и принимать звонки
• выполнять другие сетевые функции

Технические характеристики

• Модель: WisLink-Cellular, вер.2, ревиз.G
• Сотовый модуль: Quectel BG96 (основан на Qualcomm MDM9206)
• Сотовая сеть:
• 2G/GSM (GPRS/EPGRS)
• 4G/LTE-M (Cat M1)
• NB-Iot (Cat NB1)
• Глобальные диапазоны:
• EDGE/EGPRS - 850/900/1800/1900 МГц
• LTE FDD - B1/B2/B3/B4/B5/B8/B12/B13/B18/B19/B20/B26/B28
• LTE TDD - B39 (только для Cat M1)
• Скорость данных:
• Cat M1, макс. - приём 300 Кб/с, передача 375 Кб/с
• Cat NB1, макс. - приём 32 Кб/с, передача 70 Кб/с
• EDGE, макс. - приём 296 Кб/с, передача 236.8 Кб/с
• GPRS, макс. - приём 107 Кб/с, передача 85.6 Кб/с
• Голосовая IP-телефония: VoLTE (только Cat M1), встроенные аудиоусилитель и кодек
• Энергопотребление:
• Минимум 10 мкА в режиме энергосбережения (PSM) для 4G/LTE Cat M1 и Cat NB1
• Максимум 190 мА при мощности 23дБм для 4G/LTE Cat M1 и 78 мА при мощности 23дБм для 4G/LTE Cat NB1
• SMS:
• Отправка сообщений на другие устройства и приём от них (Point-to-Point MO и MT)
• Режимы Text и PDU
• Массовая рассылка SMS-сообщений (Cell broadcast)
• Навигация: GPS
• Периферийные интерфейсы: USB, UART, I2C, I2S, GPIO, ADC
• Слот карт Micro SIM
• Светодиодная индикация событий
• Программное обеспечение:
• Расширенный набор фирменных АТ команд Quectel
• Протоколы: PPP/TCP/UDP/SSL/TLS/FTP(S)/HTTP(S)/NITZ/PING/MQTT
• Поддержка Windows, Linux и Android
• Стандарты: 3GPP E-ULTRA релиз 13
• Сертификация: FCC, CEm WEEE, RoHS, Japan TELEC/JATE
• Условия эксплуатации:
• Рабочая температура: -30°C ~ +75°C
• Температура хранения: -40°C ~ +90°C
• Размеры: 68.58 х 53.34 х 21 мм
• Вес: 30 гр
• Комплектация:
• 1шт х Плата расширения RAK2011 WisLink Cellular BG96 Arduino Shield
• 1шт х SMA GPS антенна
• 1шт х SMA Сотовая антенна
• 1шт х Кабель Micro USB (длина 53 см)

Обзор платы RAK9003 Cellular Arduino Shield

Форм-фактор Arduino UNO R3, в котором реализован RAK2011, даёт возможность разработчику воспользоваться всеми преимуществами известной платформы, столь положительно зарекомендовавшей себя в мировом сообществе, предоставляя сотовую связь LPWA IoT для внедрения в проекты на микроконтроллерных/микропроцессорных платах с выводами Arduino. Благодаря широкому диапазону доступных решений, повторяющих форм-фактор Arduino, у разработчика существует безграничная свобода выбора наиболее подходящего микроконтроллера/микропроцессора для разработки желаемого приложения. Платформу разработки IoT-приложений RAK2011 можно использовать не только в тандеме со сторонними платформами, но и как самостоятельное устройство.

 

Добавление встроенного стека расширенных AT команд, встроенной поддержки протокола ядра и доступности базовых драйверов для большинства операционных систем (Windows, Linux и Android), облегчает разработку программного обеспечения, и интеграцию системы в любое приложение IoT.

Графическая модель RAK2011 WisLink Cellular BG96 Arduino Shield

 

Интерфейсы

RAK2011 построен вокруг сотового модуля Quectel BG96 LPWA IoT и обладает следующими интерфейсами, выводами, перемычками, кнопками и разъёмами:

• Micro-B USB
• Выводы Arduino (UART1, UART3, RESET, PWRKEY, STATUS, AP_READY, DTR, RI, PSM_IDC, W_DISABLE, 5V, 3.3V)
• 8-контаный вывод PCM Audio (I2C, I2S)
• 6-контаный вывод цифро-аналоговых входов/выходов (ADC0, ADC1, GPIO0, GPIO1)
• 4-контаный вывод для отладки (UART2)
• 2-контаная перемычка USB BOOT

У RAK2011 имеется две кнопки, позволяющие включать/выключать или перезапускать плату:

• PWRKEY — Включение/выключение питания чипсета BG96
• RESET — перезапуск чипсета BG96

Предусмотрены два коннектора SMA для присоединения антенн:

• Сотовая (LTE/GSM) антенна (3GPP диапазоны) - UART1
• Спутниковая GPS антенна (1575.42±1.023 МГц) - UART3

Рабочие режимы

WisLink Cellular BG96 Arduino Shield RAK2011 может функционировать в нескольких энергоэффективных режимах, определяемых программным обеспечением конечного приложения. Среди них пристутствуют:

• Нормальный. С постоянной регистрацией в сети и готовностью принимать/отсылать данные. Потребляемая мощность BG96 зависит от сетевых настроек и скорости трансляций данных.
• В самолёте. Радиочастотные передачи в таком режиме не доступны.
• Минимальное функционирование. Функции радиопередач и карты U(SIM) в модуле полностью отключаются.
• Режим сна. Потребляемая мощность снижается до минимума. Чип BG96 способен получать страничные сообщения, SMS и данные TCP/UDP из сети.
• Энергосбережение (PSM). Очень похож на режим "Выключен", отличается лишь постоянным зарегистрированным подключением BG96 к сети.
• Выключен. Встроенный энергоблок отключает другие блоки BG96 от питания, ПО чипа не активно, последовательные интерфейсы не доступны. В тоже время BG96 остаётся подключен к рабочему напряжению.
• И другие расширенные режимы...

Назначение выводов RAK2011 WisLink Cellular BG96 Arduino Shield

Расположение и назначение выводов Ардуино:

Определения и описания выводов Ардуино

Имя	Вывод Arduino	Описание
UART1_TXD	D0	UART1_TXD
UART1_RXD	D1	Входящие данные, получаемые из сотовой сети (LTE/GSM)
R1	D2	Индикатор входящего вызова (звонка)
DTR	D3	Готовность к приёму данных (управление спящим режимом)
AP_READY	D4	Обнаружение состояния сна прикладного процессора
RESET	D5	Сигнал сброса модуля BG96
PWRKEY	D6	Включение/выключение модуля BG96
STATUS	D7	Индикатор рабочих режимов модуля BG96
W_DISABLE	D8	Управление режимом "В самолёте"
PSM_IND	D9	Индикатор режима энергосбережения (PSM)
UART3_RXD	D11	Исходящие GPS-данные
UART3_TXD	D12	Входящие GPS-данные

 

Интерфейс UART1 поддерживает передачу данных на скорости 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800 и 921600 бит/сек. Порт используется для передачи данных в сотовых сетях (LTE/GSM) и для коммуникации на базе АТ команд.

Интерфейс UART3 поддерживает передачу данных на скорости 115200. Порт предназначен для вывода данных GPS и NMEA-фраз.

Рабочие частоты в сотовых сетях LTE/GSM

3GPP Диапазон	Передача	Приём	Ед.изм.
LTE-FDD B1	1920~1980	2110~2170	МГц
LTE-FDD B2, PCS1900	1850~1910	1930~1990	МГц
LTE-FDD B3, DCS1800	1710~1785	1805~1880	МГц
LTE-FDD B4	1710~1755	2110~2155	МГц
LTE-FDD B5, GSM850	824~849	864~894	МГц
LTE-FDD B8, GSM900	880~915	925~960	МГц
LTE-FDD B12	699~716	729~746	МГц
LTE-FDD B13	777~787	746~757	МГц
LTE-FDD B18	815~830	860~875	МГц
LTE-FDD B19	830~845	875~890	МГц
LTE-FDD B20	832~862	791~821	МГц
LTE-FDD B26	814~849	859~894	МГц
LTE-FDD B28	703~748	758~803	МГц
LTE-FDD B39	1880~1920	1880~1920	МГц

 

Физические размеры, мм

 

Дополнительная документация

1. Руководство пользователя RAK2011 Arduino Shield (англ., PDF)
2. Схема модуля WisLink Cellular G RAK2011 (PDF)
3. Руководство по обновлению прошивки WisLTE (англ., PDF)
4. 4G-LTE внешняя антенна, спецификация (англ., PDF)
5. GPS-антенна, спецификация (англ., PDF)
6. LTE-антенна, спецификация (англ., PDF)
7. Схема поиска сети BG96. Введение (англ., PDF)
8. Справочник АТ команды Quectel BG96 V2.1 (англ., PDF)
9. Справочник GNSS AT команды Quectel BG96 V1.1 (англ., PDF)
10. Справочник TCP/IP AT команды Quectel BG96 V1.0 (англ., PDF)
11. Аппаратный дизайн Quectel BG96 V1.4 (англ., PDF)

Программное обеспечение

1. Библиотека WisLTE для Arduino V1.0.0 (ZIP-архив)
2. Quectel BG96 прошивка + SDK. Релиз V0207.01.007.01.007 (ZIP-архив)
3. Утилита QFlash V4.3.1 (ZIP-архив)