RAK5860 WisBlock Wireless Модуль NB-IoT

Технические характеристики

• Модель: RAK5860 V1.0
• Питание: 3.3В (2.6 ~ 4.2В от резервной батареи)
• Уровень логических сигналов, цифровых входов/выходов: 1.8В
• Потребление в режиме
  • энергосбережение (PSM): 3.2 мкА
  • сон (в среднем): 0.61-1.66 мА
  • ожидание (в среднем): 15.3-19.6 мА
  • активный (в среднем): 165-228 мА
• Контроллер: Quectel BG77
• Беспроводная связь: LTE Cat M1, LTE Cat NB2
• Частотное деление каналов: LTE-FDD
• Голосовые сообщения: VoLTE (только Cat M1)
• Сетевые протоколы: TCP, UDP, PPP, SSL, TLS, FTP(S), HTTP(S), NITZ, PING, MQTT, LwM2M, CoAP, IPv6, PAP, CHAP
• Скорость связи
  • Cat M1: исходящая 1119 КБит/сек, входящая 588 КБит/сек
  • Cat NB2: исходящая 158.5 КБит/сек, входящая 127 КБит/сек
  • UART: 115200 КБит/сек
• Мощность радиочастотного сигнала, макс.: 21 дБм
• Спутниковая навигация: GNSS
• SIM-карты: USIM/SIM 1.8В
• Слот для карт Nano SIM
• Поддержка ESIM (опционально)
• СМС-сообщения:
  • режимы Text и PDU
  • отправка сообщений на другие устройства и приём от них (Point to point MO и MT)
  • массовая рассылка сообщений (Cell broadcast)
  • хранилище для сообщений по умолчанию
• Поддержка фирменных АТ команд Quectel 3GPP TS 27.007 и 3GPP TS 27.005
• Разъёмы IPEX для антенн LTE и GPS
• Разъём внешнего подключения Micro USB
• Светодиодные индикаторы состояния
• Рабочая температура: -30°C ~ +65°C
• Температура хранения: -40°C ~ +85°C
• Размеры платы: 35 х 25 мм
• Комплектация:
  • Модуль RAK5860 NB-IoT Х 1шт
  • Антенна GPS Х 1шт

Беспроводной модуль RAK5860 WisBlock Wireless NB-IoT Module (WisBlock IO) входит в серию продуктов модульного конструирования WisBlock, ориентированную на создание сверхкомпактного электронного оборудования. Беспроводной модуль NB-IoT расширяет существующую элементную базу аппаратных возможностей WisBlock. Плата RAK5860 добавляет в систему средство коммуникации в узкополосных сетях сотовой связи стандартов 4G/LTE Cat M1 и 4G/LTE Cat NB2, предназначенных для организации низкоскоростного обмена малыми пакетами данных между умными устройствами "Интернета вещей". В главном чипсете Quectel BG77 дополнительно присутствует поддержка спутниковой навигации GNSS/Glonas.

Ультрамалые коннекторы, применяемые в WisBlock для соединения различных модулей системы с базовой платой, не просто уменьшают занимаемое устройством пространство, но и обладают высокоскоростной коммуникационной шиной. Через шину ввода/вывода стандартизированного 40-контактного коннектора, Quectel BG77 соединяется с вычислительным блоком WisBlock Core по асинхронной цифровой шине UART. Упрощённый способ программирования позволяет управлять модулем RAK5860 с помощью фирменных текстовых АТ команд, пересылаемых через последовательный интерфейс. Интерфейсная плата служит "мостом" между стандартами LoRa и LTE. При совместном использовании с WisBlock Core, любые данные наблюдения/измерения могут быть переданы на расстояние по беспроводным подключениям LoRaWAN, LoRa точка-точка, и Bluetooth BLE.

RAK5860 рекомендован как идеальное, энергоэфективное решение для создания компактных автономных приложений, работающих на маломощных батареях/аккумуляторах. Система WisBlock способна управлять электропитанием модулей, отключая или включая их в работу в нужное время, тем самым ещё больше экономя ресурсы источника питания.

Блок-схема WisBlock RAK5860

Расположение основных компонентов RAK5860 NB-IoT WisBlock

Образец монтажа

Модуль RAK5860 NB-IoT разработан для совместного функционирования с базовой платой RAK5005-O, через которую получает питающее напряжение. Дополнительно для работы потребуется вычислительный блок с интегрированным программируемым контроллером WisBlock Core.

На изображении показан способ крепления RAK5860 к 40-контактному коннектору на верхней стороне RAK5005-O. Плата адаптера интерфейсов может быть установлена только в слот "IO Slot", и только в том направлении, как показано на рисунке ниже (подключение к коннектору "IO Slot" с разворотом платы не предусмотрено в системе WisBlock).

На лицевой стороне RAK5860 и прочих модулей WisBlock присутствует шелкографическая метка, указывающая на область приложения механического усилия для безопасного извлечения модуля из разъёма. Эта метка находится рядом с коннектором.

SIM-карты

Интерфейсный модуль RAK5860 поддерживает исключительно карты eSIM/SIM с рабочим напряжением 1.8 вольт. На плате распаян слот для установки карт Nano SIM, под eSIM подготовлена соответствующая площадка. В схему подключения SIM-карт добавлена ESD-защита из TVS-диодного массива.

Порт USB

Модуль RAK5860 оснащён коннектором Micro-USB для подключения к host-устройствам. Линии USB+ и USB- шины данных USB имеют прямую связь с чипом BG77. Схема USB соединения дополнена ESD-защитой из TVS-диодного массива, реализовано определение USB-подключения.

Разъём Micro-USB 2.0 в интерфейсе NB-IoT модуля предназначен для целей диагностики и отладки приложений. Может применятся для отправки АТ команд, передачи данных, получения навигационной информации GNSS NMEA, или обновления программного обеспечения Quectel BG77.

Антенны LTE и GNSS

NB-IoT модуль RAK5860 спроектирован с активной GNSS-антенной, нормальное функционирование которой зависит от питающего напряжения. Цепь питания антенны GNSS соединена с выводом 3V3_S, управляемым контроллером WisBlock (P1.02 в ядре NRF52840). Для активации GPS-антенны, вывод порта GPIO2 должен находится в высоком (HIGH) состоянии.

На плате RAK5860 для основной LTE-антенны разведена резервная п-образная схема, улучшающая радиочастотные характеристики, и концевой разъём U.FL IPEX для подключения съёмной антенны. В ревизии 1.0 п-образная схема не задействована.

Механизм включения/выключения

В исходном положении встроенный чипсет Quectel BG77 находится в выключенном режиме. Переход чипсета в рабочий режим выполняется переключением WIS_PWRKEY в высокое состояние (положительный цифровой импульс) продолжительностью 500-1000 мсек. Удерживание WIS_PWRKEY в высоком состоянии на время 650-1500 мсек с последующим освобождением запускает режим выключения. Режим выключения может быть запущен командой AT+QPOWD.

Светодиодные индикаторы состояния

Светодиодные индикаторы отображают текущее состояние чипсета Quectel BG77. Синий индиактор информирует о подключенном к контроллеру BG77 беспроводной связи 4G/LTE питающем напряжении. Зелёный индикатор уведомляет об одном из четырёх рабочих состояний: поиск сети, ожидание, процесс передачи данных, или голосовой вызов.

Принципиальная схема питания и управления модулем WisBlock Wireless RAK5860 NB-IoT Quectel BG77

Примечание.  VDD_EXT — напряжение 1.8 вольт, генерируемое на вывод 21 встроенным в BG77 регулятором

Физические размеры, мм

Техническая документация

1. Характеристики коннекторов FBB (.PNG)
2. Аппаратный дизайн Quectel BG77 (англ., PDF)

Полезные ссылки

1. Справочники по чипсету Quectel BG77
2. Репозиторий исходного кода WisBlock на сайте GitHub
3. Краткое руководство пользователя системы WisBlock
4. Руководство по дизайну индивидуальных интерфейсных модулей
   
5. Пример программирования: NB-IoT