RAK2287 WisLink Модуль SPI mPCIe концентратора LoRaWAN в диапазоне EU868

Модуль многоканального концентратора RAK2287 для сетей LPWAN собран на новом поколении радиочастотных сигнальных чипов Semtech SX1302. Выбранный производителем в качестве основы, чип SX1302 обрабатывает бóльший объём трафика, работает на пониженном энергопотреблении и имеет меньшее тепловыделение (в отличии от аналогов Semtech SX1301 и Semtech SX1308). Модуль RAK2287 предоставляет возможность быстрой и лёгкой интеграции полноценного аппаратного шлюза LPWAN не только в существующие модели маршрутизаторов, но и в любое другое сетевое оборудование, совместимое с технологией LoRa. RAK2287 спроектирован в современном компактном формате Mini PCIe, благодаря которому модуль может быть установлен в любые встраиваемые системы, оснащённые соответствующим слотом mini-PCIe, и поддерживающие обмен данными по последовательному периферийному интерфейсу SPI. В дополнение к главному LPWAN-функционалу, в схему RAK2287 добавлен чип приёмника U-blox ZOE-M8Q GPS, расширяющий возможности модуля функционалом глобального спутникового позиционирования GNSS.

Сетевой шлюз RAK2287 представляет из себя исключительное, полное и экономичное решение, предлагающее до 10 параллельных программируемых каналов демодуляции, 8 х 8-канальный детектор пакетов LoRa, 8х демодуляторов LoRa SF5-SF12 и 8х демодуляторов LoRa SF5-SF10. Он способен обнаруживать непрерывную комбинацию пакетов с 8 различными коэффициентами расширения спектра и 10 каналами с неразрывной демодуляцией до 16 пакетов. Модуль хорошо подходит для приложений Интернета вещей (IoT), требующих плотности узлов до 500 узлов на км² в среде с умеренными помехами.

Ключевые особенности

• Дизайн RAK2287 разработан с учётом компактности (форм-фактор mPCIe)
• Спроектирован на базе современного радиочастотного процессора SX1302
• Совместимость с картами 3G / LTE mini PCIe (в домене питания 3.3 В).
• Мощность передатчика (Tx) до 27дБм, чувствительность приёмника (Rx) до -139дБм с коэффициентом расширения SF12, ширина канала (Bandwidth) 125кГц
• Совместимость со спецификацией LoRaWAN 1.0.2
• Поддержка глобального безлицензионного диапазона EU868
• Встроенный модуль ZOE-M8Q GPS

Технические характеристики

• Модель и версия: RAK2287-S3 ver В интерфейс SPI (SKU:515000)
• Питание: 3.0 ~ 3.6В (типовое 3.3В)
• Энергопотребление
  • Передача сигнала Tx (мощность Tx 27дБм, питание 3.3В): 511-513 мА
  • Приём сигнала Rx (Tx отключен): 70-101 мА
• Интерфейсы: UART, SPI, I2C, GPIO
• Интерфейс Mini PCIe: стандартный интерфейс PCI Express Mini Card 1.2
• Интерфейс Антенна: 2 разъёма uFL iPEX для антенн LoRa и GPS
• Размеры: 51 х 30 х 10.5 мм (±0.2мм)
• Вес: 16.3 гр
• Рабочая температура: -40°C ~ +85°C

Комплектация

• WisLink LPWAN Concentrator mPCIe EU868 (RAK2287) модуль х 1
• iPEX GPS антенна х 1
• iPEX LoRa антенна х 1

Внешний вид платы LoRa концентратора RAK2287

Дизайн компактного сетевого шлюза LPWAN RAK2287 предусматривает возможность интеграции модуля даже в такие системы, для которых собственные характеристики веса и размеров устройства крайне существенны. Благодаря стандарту PCI Express Mini Card, в котором произведён RAK2287, модуль может стать частью продуктов, допускающих использование карт толщиной 10,5 мм. Радиатор улучшает термические характеристики и способствует намного более стабильной работе RAK2287 в тяжёлых условиях. Плата имеет два интерфейса U.FL для внешних антенн LoRa и GNSS, и типовой 52-контактный разъём mPCIe.

Блок-схема

RAK2287 укомплектован одним чипом SX1302 и двумя SX1250. Первый чип работает с радиочастотным сигналом и одновременно является ядром устройства. В остальных реализованы модем LoRa и функции обработки. Встроенная дополнительная схема преобразования сигналов обеспечивает совместимость со стандартом PCI Express Mini Card.

Источник питания

Карта RAK2287 должна получать питание через контакты 3.3Vaux от источника постоянного тока. Напряжение должно быть стабильным, поскольку потребляемый ток может значительно меняться во время работы, в зависимости от профиля энергопотребления микросхемы SX1302.

Интерфейс SPI

В системном разъёме mPCIe платы RAK2287 разведены 4 линии последовательного периферийного интерфейса SPI (Host_SCK, Host_MISO, Host_MOSI, Host_CSN), который предоставляет доступ к конфигурационному регистру SX1302 с помощью синхронного полно-дуплексного протокола. Доступен только режим "Ведомого" (Slave).

Интерфейсы UART и I2C

Встроенная в RAK2287 микросхема ZOE-M8Q GPS обладает собственными последовательными интерфейсами UART и I2C, линии которых организуют прямой доступ к GPS-модулю, и также выведены на системный разъём mPCIe.

GPS_PPS

Карта RAK2287 содержит вход GPS_PPS для временнóй отметки принятых пакетов. Сигнал PPS не просто внутренне связан с чипом SX1302, но и выведен на разъём mPCIe, и может быть использован хост-стороной.

Функциональное назначение и расположение контактов шины mPCIe RAK2287

Физические размеры, мм

Принципиальная схема

Концентратор RAK2287 основан на эталонном дизайне Semtech для чипа SX1302, показана минимальная схема применения модуля. Модуль работает от источника постоянного напряжения с характеристиками не менее 3.3В / 1А. Интерфейс SPI должен присутствовать в разъёме PCIe и быть подключен к управляющему процессору.

Фирменное программное обеспечение

1. RAK2287_on_Raspbian_OS_V4.2.5_20200909 (архив .ZIP)

Документация

1. Semtech SX1302 Цифровой сигнальный процессор основной полосы частот шлюза LoRa (англ., PDF)

Полезные ссылки

1. Официальная страница руководства по настройке WisLink RAK2287 на платформе Raspberry Pi
2. Репозиторий исходников RAK2287 + Raspberry Pi