RAK2013 EG95-E Pi HAT Модуль сотовой связи 4G/LTE IoT/M2M для Raspberry Pi

Модуль RAK2013 в редакции платы-расширения для Raspberry Pi 3B+ — это коммуникационный модуль сотовой связи, который поддерживает технологию Low-Power-Wide-Area (LPWA), наиболее распространённую в приложениях для сетевых устройств Интернет-Вещей (Internet of Things) и M2M. Европейская версия модуля с чипом радиомодема EG95-E поддерживает высоко- и низкоскоростные протоколы 4G/LTE категории 4 (Cat 4), UMTS, HSUPA, WCDMA, GSM/GPRS. В основу платы расширения RAK2013 интегрированы аудиокодек и аудиоусилитель, поддержка сетей мобильных операторов. Она также обладает функцией Voice-over-LTE (VoLTE) для высококачественных (HD) бесперебойных телефонных вызовов. Для наиболее лёгкой эксплуатации на платы равзедены разъём наушников, разъём микрофона и разъём динамика, соединённого с усилителем звука.

По центру платы расположены два ряда штыревых гнёзд, предназначенных для подключения дополнительного модуля расширения с набором сенсоров окружения. Соединительный разъём внешнего сенсорного модуля спроектирован согласно стандарту MikroBus. Как правило, многие сенсорные модули MikroBus содержат в себе различные средства измерения окружения, такие как датчики температуры, влажности, 3-осевые акселлерометры, или датчики освещённости. Возможность простой и лёгкой интеграции модулей MikroBus в плату RAK2013 Pi HAT упрощает не только передачу данных, но и конструкцию законченного приложения в целом. А благодаря большому выбору существующих модулей MikroBus и большому спектру их применения, плата расширения сотовой связи RAK2013 становиться отличным решением, подходящим для приложений наблюдения за окружающей средой или определения присутствия, которым необходима сотовая связь.

Модуль RAK2013 совместим с расширением RAK2245 Pi HAT благодаря встроенному 40-контактному разъёму. Он может функционировать как транзитная сеть сотовой связи для шлюза LoRa, прадлагая значительно большую гибкость IoT-решениям, которым сотовая связь требуется как опция, обеспечивающая надёжность обслуживания.

Ключевые особенности

• Совместимость со спецификацией Raspberry Pi 3B+
• Чип радиомодема EG95-E с поддержкой 4G/LTE категории 4 (Cat 4)
• Поддержка голосовой функции Voice-over-LTE (VoLTE)
• Поддержка карт Nano SIM и eSIM
• Интегрированы аудиокодек и аудиоусилитель
• Встроенный интерфейс MikroBUS, совместимый с расширяющими сенсорными платами этого стандарта
• Возможность функционирования совместно с Pi HAT LoRa-концентратором
• Поддержка USB коннектора для высокоскоростной передачи данных
• Поддержка Raspberry Pi интерфейсов I2C, GPIO, UART и ADC
• Поддержка EEPROM для автоматической настройки вводов-выводов

Технические характеристики

• Модель: RAK2013 WisLink Cellular Pi HAT
• Сотовый модуль: Quectel EG95-E
• Сотовая сеть:
• 2G/GSM (GPRS)
• 3G/UMTS (WCDMS/DC-HSDPA/HSUPA)
• 4G/LTE (Cat 4)
• Глобальные диапазоны:
• GSM - 900/1800 МГц
• WCDMA - B1/B8
• LTE FDD - B1/B3/B7/B8/B20/B28A
• Скорость данных:
• GPRS, макс. - приём 107 Кб/с, передача 85.6 Кб/с
• GSM/EDGE, макс. - приём 296 Кб/с, передача 236.8 Кб/с
• WCDMA, макс. - приём 384 Кб/с, передача 386 Кб/с
• HSUPA, макс. - передача 5.76 Мб/с
• UMTS/DC-HSDPA, макс. - приём 42 Мб/с
• LTE FDD, макс. - приём 150 Мб/с, передача 50 Мб/с
• Голосовая IP-телефония: VoLTE, встроенные аудиоусилитель и кодек
• Энергопотребление:
• Минимально 10 мА в выключенном режиме
• Типовое 300 мА
• Максимально 2000 мА в режиме GSM
• 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)
• Периферийные интерфейсы:
• 40-контактный Raspberry разъём GPIO
• Micro USB
• MikroBus коннектор
• Гнездо для наушников, микрофона, динамика
• Кнопка сборса (Reset) и питания (PwrKey)
• Слот карт Nano SIM, площадка для eSIM
• Перемычка режима загрузки через USB
• 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 11
• Сертификация: FCC, CE
• Условия эксплуатации:
• Рабочая температура: -35°C ~ +75°C
• Температура хранения: -40°C ~ +90°C
• Размеры: 65.0 х 56.0 х 19.5 мм
• Вес: 28 гр
• Комплектация:
• 1шт х Плата расширения RAK2013 EG95-E Pi HAT
• 1шт х iPEX LTE MAIN антенна
• 1шт х iPEX LTE DIV антенна
• 1шт х Кабель Micro USB

Обзор модуля RAK2013 EG95-E Pi HAT

 

Блок-схема модуля сотовой связи IoT/M2M Rakwireless RAK2013

Внутренняя архитерктура и внешние интерфейсы RAK2013.

 

Источник питания

Плата RAK2013 работает от 5В, и может получать питание через порт USB, или через 5-вольтовые выводы 40-контактного разъёма Raspberry Pi. Среднее потребление тока состатвляет 300мА, в тоже время в режиме GSM900 ток может достигать пиковых 2А. Следует внимательно учитывать максимальные характеристики энергопотребления устройства при выборе подходящего источника питания.

Интерфейсы

Линейка моделей на чипах Quectel BG96/EG91/EG95 аппаратно совместима со стандартом Raspberry Pi HAT и оснащена следующими интерфейсами, выводами, перемычками, кнопками и разъёмами:

• 40-контакный разъём Raspberry Pi
• Micro USB
• Коннектор MikroBUS
• Гнездо-выход для наушников
• Гнездо-вход для микрофона
• Гнездо-выход для динамика
• Кнопка сброса Reset
• Кнопка питания PWRKEY
• Слот карт Nano SIM
• Светодиодная индикация
• Перемычку загрузки по USB (USB boot)

А также два коннектора для подключения антенн:

• Разъём iPEX внешней антенны LTE (Main)
• Разъём iPEX внешней антенны GPS/LTE (DIV)

Интерфейс Micro USB

Стандарт разъёма Micro-B USB отвечает предъявляемым требования спецификации стандарта USB 2.0. Порт Micro USB служит интерфейсом связи для соединения RAK2013 с Raspberry Pi или ПК, по которому осуществляется управление платой или выполняется обновление программного обеспечения. USB-порт соединён с интерфесом USB чипа BG96/EG91/EG95. Интерфейс USB применяется для комуникации посредством АТ команд, передачи данных, отладки программного обеспечения или обновления прошивки.

Светодиодная индикация

Плата расширения для IoT/M2M приложений RAK2013 Pi HAT укомплектована тремя зелёными светодиодами, информирующими статус:

• Зелёный светодиод Power LED: Указывает на уровень питания
• Синий светодиод Status: Определяет раобчий режим включен/выключен
• Красный светодиод NETLIGHT: Отображает статус регистрации и активности в сети

Клопка сброса RESET

Кнопка RESET используется для перезапуска модуля BG96/EG91/EG95. Для сброса модуля следует удерживать кнопку RESET около 1 секунды.

Кнопка PWRKEY

Когда любой из модулей Quectel BG96/EG91/EG95 находится в режиме отключенного питания, его можно включить в нормальный режим, установив на выводе PWRKEY низкий уровень в течение не менее 100 мс.

Модуль находится в выключенном режиме даже при подключении к розетке питания, поэтому следует нажать PWRKEY, чтобы включить модуль. Если модуль находится в нормальном режиме, его можно переключить в режим выключеного питания, нажав кнопку PWRKEY.

Антенный РЧ интерфейс

В модуле RAK2013 EG95-E предусмотрены два РЧ-разъёма для LTE (MAIN) / LTE (DIV), представляющие собой стандартные коннекторы UFL (Hirose U.FL-R-SMT). Поддерживая эфирную передачу и приём, они формируют антенный интерфейс. Импеданс обоих разъёмов 50 Ом.

Функциональное назначение выводов RAK2013 EG-95E Pi HAT (распиновка)

На плате расширения RAK2013 Pi HAT с чипами BG96/EG91/EG95 реализованы четыре коннектора: K3, J5, J16 и J17.

J3 - перемычка загрузки (boot mode)

• J3 разомкнут: нормальная загрузка
• J3 замкнут: режим загрузки через порт USB

J15 - 40-контактный разъём Raspberry

40-контактный разъём модуля RAK2013 Cellular Pi HAT расположен с нижней (обратной) стороны несущей платы. В диаграмме и таблице содержатся описания и нумерация каждого вывода.

 

 

Вывод	Вывод RAK2013	Соответствие выводу Raspberry Pi
1	NC	Напряжение питания 3.3В
2	CONN_5V0	Напряжение питания 5В
3	SDA_to_MikroBUS	GPIO2 (SDA1)
4	CONN_5V0	Напряжение питания 5В
5	SCL_to_MikroBUS	GPIO3 (SCL1)
6	GND	Заземление
7	PA_SHNT	GPIO4 (GCLK)
8	BG96_RX	GPIO14 (TXD0)
9	GND	Заземление
10	BG96_TX	GPIO15 (RXD0)
11	NC	GPIO17 (GPIO_GEN0)
12	BG96_PWRKEY	GPIO18 (GPIO_GEN1)
13	RST_MikroBUS	GPIO27 (GPIO_GEN2)
14	GND	Заземление
15	BG96_DTR	GPIO22 (GPIO_GEN3)
16	Резерв для GPS TX	GPIO23 (GPIO_GEN4)
17	NC	Напряжение питания 3.3В
18	Резерв для GPS RX	GPIO24 (GPIO_GEN5)
19	MikroBUS_MOSI	SPI_MOSI
20	GND	Заземление
21	MikroBUS_MISO	GPIO9 (SPI_MISO)
22	MikroBUS_INT	GPIO25 (GPIO_GEN6)
23	MikroBUS_CLK	GPIO11 (SPI_CLK)
24	NC	GPIO8 (SPI_CE0_N)
25	GND	Заземление
26	MikroBUS_CS	GPIO7 (SPI_CE1_N)
27	ID_SDA	ID_SD
28	ID_SCL	ID_SC
29	BG96_W_DISABLE	GPIO5
30	GND	Заземление
31	BG96_RESET	GPIO6
32	MikroBUS_PWM	GPIO12
33	NC	GPIO13
34	GND	Заземление
35	NC	GPIO19
36	BG96_PSM	GPIO16
37	BG96_AP_READY	GPIO26
38	BG96_RI	GPIO20
39	GND	Заземление
40	NCBG96_STATUS	GPIO21

 

J16 и J17 - интерфейс MikorBUS

 

Физические размеры, мм

 

Техническая документация

1. Принципиальная схема питания и шины MikroBUS модуля RAK2013
2. Принципиальная схема центрального чипа BG96 и интерфейса Raspberry Pi модуля RAK2013
3. Принципиальная схема аудиокодека и усилителя модуля RAK2013
4. Руководство пользователя RAK2013 V1.1 (англ., PDF)
5. Схема поиска сети BG96. Введение (англ., PDF)
6. Справочник АТ команды Quectel BG96 V2.1 (англ., PDF)
7. Справочник GNSS AT команды Quectel BG96 V1.1 (англ., PDF)
8. Справочник TCP/IP AT команды Quectel BG96 V1.0 (англ., PDF)
9. Аппаратный дизайн Quectel BG96 V1.4 (англ., PDF)