WisBlock RAK4631-R Модуль ядра WisCore LoRa LPWAN EU868 с поддержкой RUI3/NFC

Создающиеся для современной индустрии электронные устройства, большинством разработчиков наделяются определённым набором функций и/или опций, направленных на решение одной или нескольких задач. Действиям по модернизации или пересборке аппаратной части, с её переназначением в будущем, как правило, такие устройства не подлежат, возможности расширения и рекомплектации внутренних узлов и компонентов попросту изначально не предусматриваются. Существует ряд задач, для которых последствие подобных ограничений неизбежено расходом дополнительных ресурсов на приобретение разных устройств с эффективным использованием лишь части предусмотренного функционала. Эти условия приводят к продолжительному поиску наиболее оптимального устройства, либо к разработке индивидуального проекта.

Производящая комуникационную электронику для сферы IoT-решений, активно набирающей популярность и повсеместное распространение, компания RakWireless несколько по иному подошла к виду изготовления конечных 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, тем самым ощутимо экономить время на изготовлении аппаратной части. В отличие от полностью законченных решений, система WisBlock допускает простой ремонт или модернизацию блочно построенных 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-R из серии WisBlock Core оснащён мощным микроконтроллером Nordic nRF52840 с интегрированной технологией беспроводной передачи данных на короткие дистанции Bluetooth BLE 5.0 (выходная мощность до 4дБм), 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.

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

Модуль RAK4631-R c поддержкой RUI3 (RAKwireless Unified Interface V3) в технической части не отличается от модели RAK4631. Разница заключается в разновидности прошитого программного обеспечения. Унифицированный интерфейс RUI V3 даёт больше возможностей для разработки и упрощения этапов интеграции в прочие системы. Кроме того, RAK4631-R совместим с протоколами LoRaWAN 1.0.3 (классы устройств A, B и С), поддерживает двухточечную связь LoRa. Характеристики радиочастотной связи модуля (Lora® + BLE) делают его пригодным для различных приложений в области IoT, таких как домашняя автоматизация, сенсорные сети, автоматизация зданий, приложения персональной зоны - датчики и мониторы здоровья / фитнеса, и так далее.

Технические характеристики

• Модель WisBlock Core Rak4631-R V2.0 (SKU: 115009)
• 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 1.0.3 (поддерживаются классы A, B 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

• Модуль BLE/LPWAN модуль RAK4361-R(H) v2.0 RUI3 - 1 шт
• LoRa антенна 868МГц - 1 шт
• BLE антенна - 1 шт

Внешний вид и расположение компонентов RAK4631-R

Назначение выводов 40pin-многоканального коннектора WisBlock Core

Определение контактов

Образец монтажа

Модуль RAK4631-R спроектирован для установки в базовую плату, на которой реализовано USB-подключение, используемое для программирования встроенного контроллера RAK4360. Процессорный модуль RAK4631-R получает необходимое напряжение питания через схему стабилизации и распределения базовой платы. В добавок, на базовых платах в различном доступе разведены интерфейсы подключения датчиков, сенсоров, и блоков расширения.

Изображение показывает способ крепления RAK4361-R к верхней стороне базовой платы RAK5005-O.

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

Физические размеры, мм

Программное обеспечение

1. Обновление прошивки устройства LoRa EU868 RAK4631-R
2. Справочник АТ-команд RAK4631-R WisCore LoRa EU868

Техническая документация

1. Краткое руководство пользователя процессорного модуля RAK4631-R RUI3
2. Принципиальная схема BLE/LPWAN модуля RAK4631 WisBlock Core (.PDF)
3. Характеристики коннекторов FBB (.PNG)
4. WisBlock 2.4 ГГц PIFA Антенна (англ., PDF)
5. WisBlock LoRa PIFA Антенна (англ., PDF)
6. Демонстрация и примеры приложений LoRaWAN
7. Режимы последовательных операций RUI V3