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.

Ультра-малые 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, энергоэффективное 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

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;