#46, H2: модем Cat-M1/NB-IoT

Подробности

Этот Tibbit выполнен в гибридном форм-факторе H2 и построен на модеме SIM7000G NB-IoT (Cat-M1/Cat-NB/LTE/GSM) производства SIMCom. На лицевой стороне находится разъём SMA для внешней антенны; антенна в комплект Tibbit-модуля не входит, но без неё он работать не будет. Tibbit совместим со службами LTE Cat-M1 и NB-IoT.

У модема есть стандартные сигналы TX, RX, RTS и CTS, а также несколько дополнительных линий управления.

Линии управления

У этого Tibbit-модуля четыре линии управления:

• -SDWN (shutdown, отключение): при LOW отключает стабилизаторы питания Tibbit-модуля. Когда линия переключается в HIGH, стабилизаторы включаются, но сам модем остаётся выключенным.
• PWRKEY (кнопка питания): переход этой линии из LOW в HIGH переключает питание - включает модем, если он был выключен, и выключает, если был включён. Чтобы включить модуль, после перехода из LOW сигнал нужно удерживать в HIGH около одной секунды (см. рис. 1). Чтобы выключить модуль, HIGH нужно удерживать около 1,200ms (см. рис. 2).

• STATUS: на этой линии LOW, когда модем выключен, и HIGH, когда он включён. По ней можно проверить текущее состояние питания модема. После включения модема линии STATUS нужно около пяти секунд, чтобы перейти в HIGH; после этого модуль может начинать работу. Учтите, что когда модем отключён (то есть на линии -SDWN уровень LOW), состояние этой линии не определено.
• RESET: если подать на эту линию HIGH примерно на одну секунду, модем сбросится. Сбрасывать модем после включения питания не нужно.

Перед установкой соединения модем следует инициализировать. Сначала переведите линию -SDWN в HIGH, чтобы включить стабилизаторы питания. Затем подайте на линию PWRKEY HIGH примерно на одну секунду, чтобы включить модем. Когда линия STATUS перейдёт в HIGH, модем готов к обмену AT-командами через стандартный интерфейс UART с управлением потоком RTS/CTS. Теперь можно решить, позволить ли системе устанавливать PPP-соединение автоматически или оставаться в режиме AT-команд (см. раздел о библиотеке ниже).

Слот для SIM-карты

Держатель SIM-карты в Tibbit-модуле #46 рассчитан на micro-SIM и имеет фиксатор типа «закрыть и сдвинуть». Держатель находится на нижней стороне Tibbit-модуля, поэтому для установки или извлечения SIM-карты нужно вскрыть корпус TPB (Tibbo Project Box) и снять Tibbit с платы TPP (Tibbo Project PCB). Такое малодоступное место для SIM-карты выбрано, чтобы снизить риск кражи: добраться до держателя непросто и небыстро, так что незаметно вынуть карту не получится.

Светодиоды

Есть один красный и один зелёный светодиод. Красный подключён к линии TX, зелёный - к линии RX. Остальные линии светодиодами не снабжены из-за нехватки места на внутренней плате.

Особенности питания

При полной полосе Tibbit #46 потребляет в среднем 300mA, а пиковый ток достигает примерно 2A. Эти «всплески» тока настолько узкие, что обычный мультиметр их не покажет, однако при работе модема они возникают регулярно. Советуем использовать источник питания с достаточным запасом, чтобы избежать неожиданных перезагрузок и нестабильной работы. При небольшой нагрузке на канал потребление может снижаться до 100mA.

В платформе Tibbo Project System (TPS) есть несколько Tibbit-модулей питания, способных обеспечить необходимый ток.

TPS Online Configurator поможет подобрать компоненты для работы вместе с Tibbit #46. В конфигураторе этот Tibbit значится как потребляющий 300mA; по нашему опыту, это хорошее приближение нагрузки на источник питания, но оно не учитывает всплески тока и то, что Tibbit часто работает с меньшим потреблением.

Tibbit #46 поддерживает режим энергосбережения (PSM), но библиотеки Tibbo BASIC для управления им Tibbo пока не предоставляет. PSM переводит Tibbit в состояние, похожее на выключенное, но после повторного включения модуля соединение не нужно устанавливать заново. Иными словами, связь «запоминается», даже когда Tibbit обесточен. Это даёт огромную экономию энергии в маломощных приложениях. Если вам нужен PSM, порядок его реализации смотрите в руководстве по SIM7000G. Tibbo предоставляет библиотеку CELL (см. ниже), в которой предусмотрен режим AT-команд, позволяющий реализовать PSM вручную.

Рабочая температура

В ходе испытаний этот Tibbit нормально работал в диапазоне -40°C...+85°C. Однако SIMCom рекомендует для микросхемы модема диапазон рабочих температур -30°C...+80°C и предупреждает о снижении производительности за его пределами.

Помимо температурных ограничений самого модуля, есть ограничения и у готовых SIM-карт. Обычные потребительские SIM-карты сертифицированы для работы при температуре -25°C...+85°C, промышленные и автомобильные SIM-карты работают при -40°C...+85°C, а некоторые выдерживают даже до +105°C. При внутренних испытаниях некоторые потребительские SIM-карты деформировались при высоких и низких температурах. Поэтому настоятельно советуем оценить ожидаемые условия эксплуатации вашего приложения и выбрать подходящую SIM-карту.

Поддержка библиотеки и AppBlocks

Библиотека CELL открывает все возможности этого Tibbit-модуля. Она автоматизирует инициализацию модема, а также автоматически устанавливает и поддерживает PPP-соединение. Кроме того, предусмотрен режим AT-команд для ручного управления модемом SIMcom. При использовании библиотеки обязательно выберите службу - Cat-M1 или NB-IoT, - которую предоставляет ваш оператор связи.

Этот Tibbit поддерживается и в AppBlocks - браузерной платформе Tibbo для разработки приложений без программирования, на основе блок-схем. Платформа доступна по адресу https://appblocks.io/.

Дополнительные соображения

Службы Cat-M1 и NB-IoT у операторов связи обычно дешевле LTE (4G), поэтому их привлекательность для массового развёртывания очевидна. Однако прежде чем подключать любую услугу связи, необходимо правильно оценить потребности вашего проекта.

Главный критерий - будет ли приложение мобильным или стационарным. Cat-M1 подходит для обоих случаев, а NB-IoT предназначен исключительно для стационарных приложений. Например, если приложение устанавливается на транспортном средстве, следует выбрать Cat-M1, так как он поддерживает передачу между вышками (handover). NB-IoT такую передачу не поддерживает, зато идеален для стационарных приложений с небольшими требованиями к объёму данных, таких как торговые автоматы, уличное освещение, а также системы отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC).

Нужно учесть и ожидаемую нагрузку на канал. Если требуется передавать большие объёмы данных сравнительно быстро, больше подойдёт Cat-M1. Если система будет передавать лишь небольшие объёмы данных, не критичные ко времени, вам хватит NB-IoT, и он, скорее всего, окажется экономичнее. Если же значительная полоса нужна в течение длительного времени, Tibbo рекомендует рассмотреть LTE (4G) и наш Tibbit #45-1~3.

Наконец, учтите уровень сотового сигнала в местах развёртывания. NB-IoT лучше проникает сквозь препятствия, чем LTE (4G) и Cat-M1. Это значит, что если служба NB-IoT вообще доступна, приём сигнала может быть лучше. В то же время «мгновенная» полоса NB-IoT обычно гораздо менее стабильна: реальная скорость передачи данных сильно колеблется от момента к моменту.