RAK3172-E WisDuo EVB Оценочная плата разработчика LoRa 868МГц

Оценочная плата RAK3172-E Evaluation Board — это продукт линейки WisDuo, полностью совместимый со всеми базовыми компонентами серии модульного конструирования WisBlock. Состоит из вычислительного модуля WisBock Core RAK3172 WisDuo LPWAN и базовой платы разработки проектов RAK19007 WisBlock Base Board. Во главе модуля беспроводной связи RAK3172 использован инновационный программируемый микроконтроллер STM32WLE5CC ARM Cortex-M4 48МГц (модуль RAK3172) с ультранизким энергопотреблением. В составе системы на одном кристалле (SoC) контроллера STM32WLE5, компанией STMicroelectroincs впервые в мире интегрировано собственное радио-решение, позаимствованное у Semteсh SX126x, и целиком поддерживающее модуляцию LoRa для сетей дальнего радиуса LoRaWAN, а также виды модуляции (G)FSK, (G)MSK, и BPSK. Приёмопередатчик RAK3172-E способен вещать в европейском диапазоне частот EU868, совместим с классами A, B и С спецификации LoRaWAN 1.0.3. Поддерживает коммуникационное соединение Точка-Точка (P2P, Poin to Point), виды активации LoRaWAN - ОТАА/АВР, настройку и управление текстовыми АТ командами по последовательной шине UART.

Будучи целиком открытой платформой, располагаемой всем необходимым для быстрого старта, модуль с процессором RAK3172-E готов предложить начинающему разработчику перспективу оценки мира LoRa/LPWAN с точки зрения заявленной эффективности технологии, начиная от погружения в экспериментальное изучение, и заканчивая конструированием персональных многоцелевых решений в области популярного, активно развивающегося направления IoT для быстроразворачиваемых сетей. Оценочная плата RAK3172-E Evaluation Board оснащена доступом ко всем имеющимся в модуле LPWAN RAK3372 портам последовательных интерфейсов (I2C/UART/SPI), выводам встроенного аналого-цифрового преобразователя (ADC), и портам GPIO с простой настройкой, для разработки и тестирования индивидуальных LoRa-приложений. В новоиспечённой однокристальной системе STM32WLE5CC модуля RAK3172, производителем с ещё большей степенью оптимизирован расход электроэнергии. С доведённым до отметки всего 1.69 мкА в режиме сна энергопотреблением, LoRa-система на чипе STM32 сможет гарантированно дольше продлевать жизнь умных IoT-устройств с автономным питанием.

Базовая плата платформы WisBlock RAK19007-O сочетает в себе возможность подключения нескольких дополнительных модулей сенсоров и датчиков к свободным слотам расширения в произвольных комбинациях, позволяет создавать вариативные системы для выполнения различных задач. Наделена способностью функционирования от 5-вольтовых солнечных батарей, или 4.2-3.7-вольтовых Li-Po/Li-Ion перезаряжаемых аккумуляторных батарей. Контролировать и восполнять остаточный заряд через встроенную схему подзарядки.

Технические характеристики

• Модель: RAK3172-E (связка RAK3372+RAK19007), SKU: 315050
• Питание: 3.7~4.2В (LiPo/LiIon), 5В (USB-порт, солнечная панель)
• Энергопотребление в режиме
  
  • сон: менее 10 мкА
  • TX-трансляция: до 130мА
• Процессор: STM32WLE5CCU6 (32-бит ARM Cortex-M4, 48МГц)
• Память: 64 КБайт ОЗУ (RAM), 256 КБайт ПЗУ (Flash) с автокорректировкой битовых ошибок (ECC)
• Частотный диапазон: EU868
• Мощность передатчика TX: до 22 дБм
• Чувствительность приёмника RX: до -148 дБм
• Дальность радиосвязи: до 15км на открытой местности с оптимизированной антенной, до 2 км в городских условиях с плотной застройкой
• Модуляция: LoRa, (G)FSK, (G)MSK, BPSK
• Управление: АТ команды
• Аппаратное шифрование: AES 256-бит
• Интерфейсы: MicroUSB, GPIO, USART, I2C, SPI, ADC, SWD
• Антенный разъём: iPEX U.FL.
• Разъёмы Drag'n'Drop: 1 x CPU Slot, 4 x Sensors (A, B, C, D), 1 x IO Slot
• Защита ESD: LCR399-04AT1G
• Контроллер заряда: TP4054
• Переключатель нагрузки: двухтранзисторный контур DTC0432ZEBTL+NCE40P05Y
• Индикация: 2 программируемых светодиода, напряжение питания
• Кнопка сброса
• Шаг между выводами (J10-J12): 2.54 мм (0,1')
• Разъём солнечной панели: JST ZHR-2 1.5мм
• Гнездо аккумуляторной батареи P2: JST PHR-2 2мм
• Рабочая температура: -35°С ~ +70°С
• Размеры
  • платы RAK19007: 60 х 30 х 8.2 мм
  • модуля RAK3372: 20 х 30 х 5.5 мм

Комплектация

• Оценочная плата RAK3172-E WisDuo (RAK3372+RAK19007) х 1шт.
• Кабель USB-A/USB Type-C х 1шт.
• Антенна LoRa iPEX х 1шт.
• Набор проводов Dupont х 1комп.
• 4-контактный штыревой разъём PLS-4 х 2шт.

Внешний вид и расположение элементов WisDuo RAK3172-E EVB

Разъёмы аккумуляторной и солнечной батареи

Маркеры красного цвета на разъёмах аккумуляторной батареи (на рисунке сверху) и солнечной батареи (на рисунке снизу) указывают на расположение полярности контактов.

Батарейный коннектор

Для подключения внешней Li-Ion батареи, на оценочную плату RAK3172-E установлен разъём P1 с гнездом JST PHR-2, имеющим расстояние между контактами 2мм. Определение выводов группы Battery

Полная спецификация батареи, совместимой с RAK3172-E

Коннектор солнечной панели

Для подключения внешней солнечной панели, на плату RAK3172-E установлен разъём гнездо JST ZHR-2 с расстоянием между контактами 1,5мм. Определение выводов группы SOLAR

Полная спецификация солнечной панели, совместимой с RAK3172-E

Светодиодная индикация

На плате RAK19007 расположено три светодиодных индикатора, используемые для отображения рабочих состояний. Их функции:

• Красный - соединён с контроллером заряда TP4054 и сигнализирует о состоянии заряда батареи. Постоянно и ярко горит, пока батарея заряжается. Слабо светится или полностью погашен, если зарядка не требуется.
• Зелёный - подключен к вычислительному блоку, программируется пользователем.
• Синий - подключен к вычислительному блоку, программируется пользователем.

Кнопка RESET

Кнопка Reset соединена с вычислительным модулем. Её нажатие приводит к перезапуску контроллера, встроенного в модуль WisBlock Core.

РЧ интерфейс

Радиочастотный контакт модуля RAK3172-E EVB Evaluation Board соединяется с внешней антенной LoRa через стандартный антенный коннектор iPEX.

USB интерфейс

Встроенный коннектор Micro-B USB полностью соответствует спецификации USB 2.0. Шина данных порта USB (USB D+, USB D-) присоединена к чипу USB-Serial CH340, в котором реализована функция простого преоборазователя сигналов из USB в последовательные данные и наоборот.

Определение выводов (распиновка) RAK3172-E EVB

Группы дополнительных контактов с маркировками J10, J11 и J12 предназначены для использования с внешними периферийными устройствами ввода/вывода и имеют стандартный шаг между отверстиями 2.54 мм. К этим группам могут быть подключены линии проводной передачи сигналов I2C, UART, ADC, и т.д.

Определение выводов группы J10 4-pin

Определение выводов группы J11 4-pin

Определение выводов группы J12 4-pin

40pin-коннектор WisBlock Core

Определение контактов

Описание обозначений

• VBAT - напряжение питания от батареи
• GND - общий, заземление
• 3V3 - напряжение питания 3.3 вольта
• USB+ - плюсовой сигнал шины USB
• USB- - минусовой сигнал шины USB
• VBUS - напряжение питания USB
• SW1 - сигнал переключения
• TXD0, TXD1 - сигнал передачи данных от контроллера по шине UART0, UART1
• RXD0, RXD1 - сигнал приёма данных контроллером по шине UART0, UART1
• RESET - сброс контроллера
• LED1 - индикатор контроллера заряда
• LED2, LED3 - программируемый светодиод
• VDD - Напряжение генерируется вычислительным модулем для питания сенсорных модулей, если уровень напряжения на контактах контроллера отличается от 3.3 вольта
• I2C1_SCL, I2C2_SCL - сигнал тактирования шины I2C1, I2C2
• I2C1_SDA, I2C2_SDA - сигнал данных шины I2C1, I2C2
• AIN0, AIN1 - аналоговые входы АЦП
• BOOT0 - установить высокий уровень после сброса STM, вход в режим прошивки
• SPI_MISO, SPI_MOSI, SPI_CLK, SPI_CS - шина SPI, сигналы данных-тактирования-выбора чипа
• IO1, IO3-5 - выводы общего назначения
• IO2 - управление напряжением 3V3_S
• IO6-7 - выводы не подключены

24pin-коннектор Wisblock Sensor

На плате RAK19007 всего представлено 4 коннектора для присоединения модулей с датчиками или сенсорами. Они обозначены как Slot A, B, C и D. Некоторые контакты этих коннекторов отличаются по назначению.

Определение контактов

• NC - нет подключения
• GND - общий, заземление
• TXD1 - сигнал передачи данных от контроллера по шине UART1
• RXD1 - сигнал приёма данных контроллером по шине UART1
• VDD - Напряжение генерируется вычислительным модулем для питания сенсорных модулей, если уровень напряжения на контактах контроллера отличается от 3.3 вольта
• I2C1_SCL - сигнал тактирования шины I2C1
• I2C1_SDA - сигнал данных шины I2C1
• IO1, IO3-6 - выводы общего назначения
• IO2 - управление напряжением 3V3_S
• 3V3_S - напряжение питания 3.3 вольта, управляемое контроллером

40pin-коннектор WisBlock IO

Определение контактов

Описание обозначений

• NC - не подключен
• VBAT - напряжение питания от батареи
• GND - общий, заземление
• 3V3 - напряжение питания 3.3 вольта
• USB+ - плюсовой сигнал шины USB
• USB- - минусовой сигнал шины USB
• VBUS - напряжение питания USB
• SW1 - сигнал переключения
• TXD0, TXD1 - сигнал передачи данных от контроллера по шине UART0, UART1
• RXD0, RXD1 - сигнал приёма данных контроллером по шине UART0, UART1
• RESET - сброс контроллера
• LED1 - индикатор контроллера заряда
• LED2, LED3 - программируемый светодиод
• VDD - Напряжение генерируется вычислительным модулем для питания сенсорных модулей, если уровень напряжения на контактах контроллера отличается от 3.3 вольта
• I2C1_SCL, I2C2_SCL - сигнал тактирования шины I2C1, I2C2
• I2C1_SDA, I2C2_SDA - сигнал данных шины I2C1, I2C2
• AIN0, AIN1 - аналоговые входы АЦП
• SPI_MISO, SPI_MOSI, SPI_CLK, SPI_CS - шина SPI, сигналы данных-тактирования-выбора чипа
• IO1, IO3-6 - выводы общего назначения
• IO2 - управление напряжением 3V3_S
• IO7 - не подключен
• 3V3_S - напряжение питания 3.3 вольта, управляемое контроллером

Физические размеры, мм

Программное обеспечение

1. Устаревшая прошивка RAK3172 v.1.0.2 без RUI3 (.zip, 9600 бод)
2. Устаревшая прошивка RAK3172 V1.0.4 без RUI3 (.zip, 9600 бод)
3. Прошивка RAK3172(H) с кодом приложения RUI3 (.bin, 115200 бод)
4. Прошивка RAK3172(H) с загрузчиком и кодом приложения RUI3 (.hex, 115200 бод)

Техническая документация

1. Спецификация на контроллер STM32WLE5CC ARM Cortex-M4 48МГц (англ., PDF)
2. Справочник по АТ командам для модуля RAK3172
3. Принципиальная схема Модуля базовой блаты RAK19007 Base Board 2 Gen, часть 1 (.PNG)
4. Принципиальная схема Модуля базовой блаты RAK19007 Base Board 2 Gen, часть 2 (.PNG)
5. Характеристики коннекторов FBB (PNG)
6. Принципиальная схема вычислительного модуля WisBlock Core RAK3372 (PNG)

Полезные ссылки

1. Руководство по подключению и настройке RAK3172-E EVB
2. Репозиторий исходного кода WisBlock на сайте GitHub