«RAK2013» (в редакции платы-расширения для Raspberry Pi 3B+) - это коммуникационный модуль сотовой связи, который поддерживает технологию Low-Power-Wide-Area (LPWA), наиболее распространённую в приложениях для сетевых устройств Интернет-Вещей (Internet of Things) и M2M.
Европейская версия модуля с чипом радиомодема EG95-E поддерживает высокоскоростные и низкоскоростные протоколы 4G/LTE категории 4 (Cat 4), UMTS, HSUPA, WCDMA, GSM/GPRS.
В основу платы расширения RAK2013 интегрированы аудиокодек и аудиоусилитель, поддержка сетей мобильных операторов.
Она также обладает функцией Voice-over-LTE (VoLTE) для высококачественных (HD) бесперебойных телефонных вызовов.
Для наиболее лёгкой эксплуатации на платы разведены:
• Разъём наушников;
• Разъём микрофона;
• Разъём динамика, соединённого с усилителем звука.
По центру платы расположены два ряда штыревых гнёзда, предназначенных для подключения дополнительного модуля расширения с набором сенсоров окружения.
Соединительный разъём внешнего сенсорного модуля спроектирован согласно стандарту MikroBus.
Как правило, многие сенсорные модули MikroBus содержат в себе различные средства измерения окружения, такие как:
• Датчики температуры;
• Датчики влажности;
• Трёхосевые акселлерометры;
• Датчики освещённости.
Возможность простой и лёгкой интеграции модулей MikroBus в плату RAK2013 Pi HAT упрощает не только передачу данных, но и конструкцию законченного приложения в целом.
А благодаря большому выбору существующих модулей MikroBus и большому спектру их применения, плата расширения сотовой связи RAK2013 становиться отличным решением, подходящим для приложений наблюдения за окружающей средой или определения присутствия, которым необходима сотовая связь.
Модуль RAK2013 совместим с расширением RAK2245 Pi HAT благодаря встроенному 40-контактному разъёму.
Он может функционировать как транзитная сеть сотовой связи для шлюза LoRa, прадлагая значительно большую гибкость IoT-решениям, которым сотовая связь требуется как опция, обеспечивающая надёжность обслуживания.
Обзор модуля RAK2013 EG95-E Pi HAT
Блок-схема модуля сотовой связи IoT/M2M Rakwireless RAK2013
Внутренняя архитерктура и внешние интерфейсы RAK2013.
Источник питания
Плата RAK2013 работает от DC 5 В, и может получать питание через порт USB, или через 5-вольтовые выводы 40-контактного разъёма Raspberry Pi.
Среднее потребление тока состатвляет 300 мА, в тоже время в режиме GSM900 ток может достигать пиковых 2 А.
Следует внимательно учитывать максимальные характеристики энергопотребления устройства при выборе подходящего источника питания.
Интерфейсы
Линейка моделей на чипах Quectel BG96/EG91/EG95 аппаратно совместима со стандартом Raspberry Pi HAT и оснащена следующими интерфейсами, выводами, перемычками, кнопками и разъёмами:
• 40-контакный разъём Raspberry Pi;
• Micro USB;
• Коннектор MikroBUS;
• Гнездо-выход для наушников;
• Гнездо-вход для микрофона;
• Гнездо-выход для динамика;
• Кнопка сброса Reset;
• Кнопка питания PWRKEY;
• Слот карт Nano SIM;
• Светодиодная индикация;
• Перемычку загрузки по USB (USB boot).
А также два коннектора для подключения антенн:
• Разъём iPEX внешней антенны LTE (Main);
• Разъём iPEX внешней антенны GPS/LTE (DIV).
Интерфейс Micro USB
Стандарт разъёма Micro-B USB отвечает предъявляемым требования спецификации стандарта USB 2.0.
Порт Micro USB служит интерфейсом связи для соединения RAK2013 с Raspberry Pi или ПК, по которому осуществляется управление платой или выполняется обновление программного обеспечения.
USB-порт соединён с интерфесом USB чипа BG96/EG91/EG95.
Интерфейс USB применяется для комуникации посредством АТ команд, передачи данных, отладки программного обеспечения или обновления прошивки.
Светодиодная индикация
Плата расширения для IoT/M2M приложений RAK2013 Pi HAT укомплектована тремя зелёными светодиодами, информирующими статус:
• ЗЕЛЁНЫЙ светодиод «Power LED»: Указывает на уровень питания;
• СИНИЙ светодиод «Status»: Определяет раобчий режим включён/выключен;
• КРАСНЫЙ светодиод «NETLIGHT»: Отображает статус регистрации и активности в сети.
Клопка сброса RESET
Кнопка RESET используется для перезапуска модуля BG96/EG91/EG95.
Для сброса модуля следует удерживать кнопку RESET около 1 секунды.
Кнопка PWRKEY
Когда любой из модулей Quectel BG96/EG91/EG95 находится в режиме отключенного питания, его можно включить в нормальный режим, установив на выводе PWRKEY низкий уровень в течение не менее 100 мс.
Модуль находится в выключенном режиме даже при подключении к розетке питания, поэтому следует нажать PWRKEY, чтобы включить модуль.
Если модуль находится в нормальном режиме, его можно переключить в режим выключеного питания, нажав кнопку PWRKEY.
Антенный РЧ интерфейс
В модуле RAK2013 EG95-E предусмотрены два РЧ-разъёма для LTE (MAIN) / LTE (DIV), представлящие собой стандартные коннекторы UFL (Hirose U.FL-R-SMT).
Поддерживая эфирную передачу и приём, они формируют антенный интерфейс.
Импеданс обоих разъёмов 50 Ом.
Функциональное назначение выводов RAK2013 EG-95E Pi HAT (распиновка)
На плате расширения RAK2013 Pi HAT с чипами BG96/EG91/EG95 реализованы четыре коннектора: J3, J5, J16 и J17.
• J3: Перемычка загрузки (boot mode);
¤ J3 разомкнут: Нормальная загрузка;
¤ J3 замкнут: Режим загрузки через порт USB;
• J5: 40-контактный разъём Raspberry.
40-контактный разъём модуля RAK2013 Cellular Pi HAT расположен с нижней (обратной) стороны несущей платы.
В диаграмме и таблице содержатся описания и нумерация каждого вывода.
• J16 и J17: Интерфейс MikorBUS.
Физические размеры, [мм]
Ключевые особенности:
• Совместимость со спецификацией Raspberry Pi 3B+;
• Чип радиомодема EG95-E с поддержкой 4G/LTE категории 4 (Cat 4);
• Поддержка голосовой функции Voice-over-LTE (VoLTE);
• Поддержка карт Nano SIM и eSIM;
• Интегрированы аудиокодек и аудиоусилитель;
• Встроенный интерфейс MikroBUS, совместимый с расширяющими сенсорными платами этого стандарта;
• Возможность функционирования совместно с Pi HAT LoRa-концентратором;
• Поддержка USB коннектора для высокоскоростной передачи данных;
• Поддержка Raspberry Pi интерфейсов I2C, GPIO, UART и ADC;
• Поддержка EEPROM для автоматической настройки вводов-выводов.
Технические характеристики:
• Модель: RAK2013 WisLink Cellular Pi HAT;
• Сотовый модуль: Quectel EG95-E;
• Сотовая сеть:
¤ 2G/GSM (GPRS);
¤ 3G/UMTS (WCDMS/DC-HSDPA/HSUPA);
¤ 4G/LTE (Cat 4);
• Глобальные диапазоны:
¤ GSM: 900/1800 МГц;
¤ WCDMA: B1/B8;
¤ LTE FDD: B1/B3/B7/B8/B20/B28A;
• Скорость данных:
¤ GPRS (максимум): Приём 107 Кб/с, передача 85,6 Кб/с;
¤ GSM/EDGE (максимум): Приём 296 Кб/с, передача 236,8 Кб/с;
¤ WCDMA (максимум): Приём 384 Кб/с, передача 386 Кб/с;
¤ HSUPA (максимум): Передача 5,76 Мб/с;
¤ UMTS/DC-HSDPA (максимум): Приём 42 Мб/с;
¤ LTE FDD (максимум): Приём 150 Мб/с, передача 50 Мб/с;
• Голосовая IP-телефония: VoLTE, встроенные аудиоусилитель и кодек;
• Энергопотребление:
¤ Минимально 10 мА в выключенном режиме;
¤ Типовое 300 мА;
¤ Максимально 2000 мА в режиме GSM;
• SMS:
¤ Отправка сообщений на другие устройства и приём от них (Point-to-Point MO и MT);
¤ Режимы Text и PDU;
¤ Массовая рассылка SMS-сообщений (Cell broadcast);
• Периферийные интерфейсы:
¤ 40-контактный Raspberry разъём GPIO;
¤ Micro USB;
¤ MikroBus коннектор;
¤ Гнездо для наушников, микрофона, динамика;
¤ Кнопка сборса (Reset) и питания (PwrKey);
¤ Слот карт Nano SIM, площадка для eSIM;
¤ Перемычка режима загрузки через USB;
• Светодиодная индикация событий;
• Программное обеспечение:
¤ Расширенный набор фирменных АТ команд Quectel;
¤ Протоколы: PPP/TCP/UDP/SSL/TLS/FTP(S)/HTTP(S)/NITZ/PING/MQTT;
¤ Поддержка Windows, Linux и Android;
• Стандарты: 3GPP E-ULTRA релиз 11;
• Сертификация: FCC, CE;
• Условия эксплуатации:
• Диапазон рабочих температур: -35...+75 °C;
• Диапазон температур хранения: -40...+90 °C;
• Размеры молуля: ~65 х 56 х 20 мм;
• Масса: ~28 г.
Комплект поставки:
• Плата расширения RAK2013 EG95-E Pi HAT;
• iPEX LTE MAIN антенна;
• iPEX LTE DIV антенна;
• Кабель Micro USB.
Техническая документация
• Принципиальная схема питания и шины MikroBUS модуля RAK2013;
• Принципиальная схема центрального чипа BG96 и интерфейса Raspberry Pi модуля RAK2013;
• Принципиальная схема аудиокодека и усилителя модуля RAK2013;
• Руководство пользователя RAK2013 V1.1 (англ., PDF 1,45 МБ);
• Схема поиска сети BG96. Введение (англ., PDF 507 кБ);
• Справочник АТ команды Quectel BG96 V2.1 (англ., PDF);
• Справочник GNSS AT команды Quectel BG96 V1.1 (англ., PDF 388 кБ);
• Справочник TCP/IP AT команды Quectel BG96 V1.0 (англ., PDF 547 кБ);
• Аппаратный дизайн Quectel BG96 V1.4 (англ., PDF 1,64 МБ).
