RAK4631 WisBlock Core Процессорный модуль Bluetooth LoRa EU868

Создавая свои уникальные изделия для современной индустрии, большинство разработчиков электронных продуктов стремятся наделить устройства определённым набором функций и/или опций для выполнения одной или нескольких задач. Как правило, модифицировать в будущем такие устройства нельзя, возможности изменения начинки попросту изначально не предусматриваются. В следствии чего неизбежен расход ресурсов на поиск оптимального устройства, либо нескольких устройств, либо эффективного использования лишь части сущетсвующего функционала.

Производящая комуникационную электронику для сферы IoT-решений, активно набирающей популярность и повсеместное распространение, компания RakWireless несколько по иному подошла к виду изготовления целевых устройств. Представленная линейка продуктов серии WisBlock выполнена в стиле модульного конструктора. Она даёт возможность другим разработчикам или энтузиастам самостоятельно подбирать нужные комбинации элементов (блоков), моментально собирать готовые схемы или тестировать их прототипы, экономя время на изготовлении аппаратной части. В будущем, система WisBlock допускает простой ремонт или модернизацию устройств.

Система быстрого конструирования WisBlock состоит из многочисленных модулей, куда входят микроконтроллерные модули (WisBlock Core MCU), датчики или сенсоры (WisBlock Sensors), и модули ввода-вывода (WisBlock IO). В основу вычислительных модулей WisBlock Core MCU интегрированы микроконтроллеры и блоки беспроводной связи LoRa, WiFi, Bluetooth BLE, а также другие приёмопередатчики. Собранная с датчиков информация обрабатывается контроллером и отправляется в облако с помощью LoRa- или WiFi-подключений. Интерфейс BLE применяется для связи с IoT-периферией в радиочастотном поле коротких дистанций.

Вычислительный модуль RAK4631 из серии WisBlock Core оснащён мощным микроконтроллером Nordic nRF52840 с интегрированной технологией беспроводной передачи данных на короткие дистанции Bluetooth BLE 5.0, и совмещён с приёмо-передатчиком LoRa Semtech серии SX126x, способного транслировать сигнал на большие расстояния. В отличии от устаревших чипов серии SX127x, обновлённый приёмо-передатчик SX126x имеет улучшенную схему энергопотребления и увеличенную мощность передающего сигнала до +22 дБм, с общим бюджетом линии до 170 дБ, расширяющим коммуникационный диапазон. Модуль содержит кварцевый резонатор с технологией температурной компенсации (TXCO), гарантирующей корректность выполняемых операций в широком диапазоне температур и требований к полосе пропускания, а также несколько интерфейсов связи, включая UART, I2C, SPI, ADC, USB и GPIO.

Совмещённый с базовой платой, RAK4361 может быть легко дополнен требуемыми модулями с датчиками и/или блоками ввода-вывода информации. Совокупная многочисленность разнозадачных модулей системы WisBlock позволяет создавать вариативную аппаратную часть, пригодную для широкого спектра применения. Именно поэтому система WisBlock популярна среди разработчков как идеальное, максимально компактное решение, применяемое для создаяния полноценных узлов LoRa с автономным питанием от аккумуляторных или солнечных батарей. RAK4631 поддерживается в программных средах разработки приложений, таких как Arduino IDE, PlatformIO, Atom, MS Visual Code или Clion.

Технические характеристики

• Модель WisBlock Core Rak4631 V2.0 (SKU: 115000)
• Маломощная беспроводная система с шириной канала от 7.8 кГц до 500 кГц
• Питание: 2.0 ~ 3.6 В
• Напряжение логики: 3.3 В
• Потребление тока
  • режим передачи LoRa, мощность 20 дБм: 125 мА (усиление LoRa, сон BT)
  • режим передачи LoRa, мощность 17 дБм: 92 мА (усиление LoRa, сон BT)
  • режим передачи BT, мощность 4 дБм: 9 мА (сон LoRa)
  • режим приёма LoRa, скорость 37.5 Кбит/с: 17 мА (сон BT)
  • режим приёма BT, скорость 2 Мбит/с: 11.5 мА (сон LoRa)
  • режим сна: 2.0 мкА (сон LoRa, сон BT)
• Контроллер: nRF52840, 32-битный ARM Cortex-M4F, процессор с ультра-низким энергопотреблением
• Тактовая частота: 64 МГц
• Память: 1МБ флеш, 256 КБ ОЗУ
• Мощность BLE5.0: от -20 до +4 дБм, с шагом 4 дБ
• Приёмопередатчик LoRa: Semtech SX1262, макс. +22дБм
• Радиочастотный диапазон: 868 МГц (EU868)
• Стек протокола LoRaWAN 1.0.2 (поддерживаются классы A и С)
• Стек протокола Bluetooth Low Energy 5.0 (BLE)
• Интерфейсы: 2 x UART, 2 x I2C, SPI, 6 x GPIO, 2 x ADC, USB, SWD
• Размеры: 30 х 20 мм
• Температурный диапазон: -40°C to +85°C

Комплектация

• BLE/LPWAN модуль RAK4361(H) v2.0 - 1 шт
• LoRa антенна 868МГц - 1 шт
• BLE антенна - 1 шт

Внешний вид и расположение компонентов RAK4631

 

Предупреждение. Перед включением в работу модуля RAK4361 WisBlock Core необходимо убедится в установке антенн LoRa или BLE. Использование приёмо-передатчиков без антенн может повредить плату. Рекомендуется фиксировать плату винтами в окружении с вибрацией.

 

40pin многоканальный коннектор WisBlock Core

 

Определение контактов

Вывод	Назначение	Вывод	Назначение	Вывод	Назначение	Вывод	Назначение
1	VBAT	11	TXD0	21	AIN0	31	IO3
2	VBAT	12	RXD0	22	AIN1	32	IO4
3	GND	13	RESET	23	BOOT0	33	TXD1
4	GND	14	LED1	24	IO7	34	RXD1
5	3V3	15	LED2	25	SPI_CS	35	I2C2_SDA
6	3V3	16	LED3	26	SPI_CLK	36	I2C2_SCL
7	USB+	17	VDD	27	SPI_MISO	37	IO5
8	USB-	18	VDD	28	SPI_MOSI	38	IO6
9	VBUS	19	I2C1_SDA	29	IO1	39	GND
10	SW1	20	I2C1_SCL	30	IO2	40	GND

 

Cопоставление GPIO-выводов RAK5005-O и GPIO-выводов RAK4631

• RAK5005-O <-> nRF52840
• IO1 <-> P0.17 (Arduino GPIO цифровой D17)
• IO2 <-> P1.02 (Arduino GPIO цифровой D34)
• IO3 <-> P0.21 (Arduino GPIO цифровой D21)
• IO4 <-> P0.04 (Arduino GPIO цифровой D4)
• IO5 <-> P0.09 (Arduino GPIO цифровой D9)
• IO6 <-> P0.10 (Arduino GPIO цифровой D10)
• SW1 <-> P0.01 (Arduino GPIO цифровой D1)
• A0 <-> P0.04/AIN2 (Arduino аналоговый A2)
• A1 <-> P0.31/AIN7 (Arduino аналоговый A7)
• SPI_CS <-> P0.26 (Arduino GPIO цифровой D26)

Образец монтажа

Модуль RAK4631 спроектирован для работы с базовой платой RAK5005-O или RAK19003 Mini, на которой реализовано USB-подключение, используемое для программирования контроллера RAK4360. Вычислительный блок получает напряжение питания через Базовая плату. В добавок, на базовых платах в различном доступе разведены интерфейсы подключения датчиков, сенсоров, и блоков расширения.

На изображении показан способ крепления RAK4361 к верхней стороне RAK5005-O.

 

На лицевой стороне RAK4631 и прочих модулях серии WisBlock присутствует шелкографическая метка, указывающая на область приложения механического усилия для безопасного извлечения модуля из разъёма. Эта метка находится рядом с соединительными коннекторами.

Примечание. Установку, извлечение, или замену одного модуля WisBlock на другой, следует выполнять в состоянии отключенного питающего напряжения.

 

Физические размеры, мм

 

Техническая документация

1. Принципиальная схема BLE/LPWAN модуля RAK4631 WisBlock Core (PDF)
2. Характеристики коннекторов FBB (.PNG)
3. WisBlock 2.4 ГГц PIFA Антенна (англ., PDF)
4. WisBlock LoRa PIFA Антенна (англ., PDF)
5. Справочник АТ команд RAK4630

Полезные ссылки

1. Краткое руководство пользователя системы WisBlock
2. Краткое руководство пользователя модуля RAK4631
3. Инструкция по установке пакета поддержки платформы в Arduino IDE
4. Инструкция по установке пакета поддержки платформы в PlatformIO
5. Репозиторий исходного кода WisBlock на сайте GitHub
6. Исходный код с примерами для RAK4631
7. Пример кода: LoRa
8. Пример кода: BLE
9. Пример кода: Уровень батареи