Arduino MKR GSM 1400: описание, характеристики, схема подключения

Arduino MKR GSM 1400 — платформа для создания проектов с использованием мобильной связи.

Плата может включать исполняющие модули по входящему звонку, опрашивать и передавать данные с датчиков по SMS, а также выходить в интернет по GPRS/HSPA соединению.

Подключение и настройка

В ходе работы сотового передатчика, ток потребления платформы может подняться выше 500 мА, поэтому при питании от обычного USB-порта компьютера, плате необходим дополнительный источник напряжения: Li-Ion аккумулятор или внешнее питание через разъём Vin.

Шаг 1

Скачайте и установите на компьютер интегрированную среду разработки Arduino — Arduino IDE.

Шаг 2

По умолчанию среда Arduino IDE настроена только на AVR-платы. Для работы с платформой Arduino MKR GSM 1400 — добавьте в менеджере плат поддержку платформ на ядре ARM Cortex-M0+.

Шаг 3

Установите SIM-карту формата micro-SIM в слот на обратной стороне Arduino GSM 1400.

Примеры работы

Элементы платы

Микроконтроллер ATSAMD21G18

Мозгом платформы Arduino MKR GSM 1400 является 32-разрядный микроконтроллер фирмы Microchip (Atmel) — ATSAMD21G18 с вычислительном ядром ARM Cortex® M0. Контроллер работает на тактовой частоте 48 МГц, а также предоставляет 256 КБ Flash-памяти для хранения прошивки и 32 КБ SRAM-памяти для работы с переменными в программе.

Беспроводной модуль SARA-U201

Модуль U-blox SARA-U201 обеспечивает сотовую связь 3G/2G с поддержкой UMTS/HSPA и GSM/GPRS. Поддержка стандарта 3G обеспечивает входящую скорость передачи данных до 7,2 Мбит/с и исходящую до 5,76 Мбит/с. Для пользования сотовой связью вам понадобится SIM-карта формата Nano SIM, которая устанавливается с обратной стороны платформы.

Разъём подключения GSM-антенны

В зоне слабого приёма воспользуйтесь дополнительной антенной усиления GSM-сигнала, которая подключается через разъём U.FL.

Крипто-чип

Разъём micro-USB

Разъём micro-USB предназначен для прошивки и питания платформы Arduino с помощью компьютера.

Светодиодная индикация

Имя светодиода Назначение
ON Индикатор питания платформы.
CHRG Индикатор зарядки внешнего аккумулятора.
L Пользовательский светодиод на 6 пине микроконтроллера, в отличии от 13 пина на других платформах Arduino. Используйте определение LED_BUILTINС для работы со светодиодом. При задании значения HIGH светодиод включается, при LOW – выключается.

Разъём подключения аккумулятора

На плате расположен JST PH-разъём (2 pin) для подключения внешних Li-Pol и Li-Ion аккумуляторов.

При одновременном питании платформы от USB и аккумулятора:

  • батарея заряжается через контролер заряда BQ24195L до 4,2 вольта.
  • светодиод ON горит об индикации питания
  • светодиод CHRG горит об индикации заряда батареи

При питании платформы только от аккумулятора:

  • батарея не заряжается
  • светодиод ON горит об индикации питания

Разъём I²C интерфейса

На платформе предусмотрен JST SH-разъём (5 pin) для подключения дополнительных модулей по интерфейсу «I²C». Коннектор включает в себя:

  • пины питания — 5V и GND
  • пины шины I²C — SDA и SCL
  • дополнительный цифровой пин 7

Регулятор напряжения

Линейный понижающий регулятор напряжение AP7215-33 с выходом 3,3 вольта обеспечивает питание микроконтроллера. Максимальный выходной ток составляет 600 мА.

Кнопка RESET

Служит для сброса микроконтроллера. Это аналог кнопки RESET обычного компьютера.

Распиновка

Пины питания

  • VIN: Пин для подключения внешнего источника напряжения в диапазоне от 5 до 6 вольт.
  • 5V: На вывод поступает напряжение 5 В при подключении платы через USB. При питании платформы через пин VIN или разъём для внешнего аккумулятора — на пине может быть напряжение в диапазоне от нуля до входного.
  • VCC: Пин от стабилизатора напряжения с выходом 3,3 вольта и максимальных током 600 мА. Регулятор обеспечивает питание микроконтроллера ATSAMD21G18. В любом варианте питания платформы на пине будет присутствовать 3,3 вольта.
  • GND: Выводы земли.
  • AREF: Пин для подключения внешнего опорного напряжения АЦП относительно которого происходят аналоговые измерения при использовании функции analogReference() с параметром «EXTERNAL».

Порты ввода/вывода

В отличие от большинства плат Arduino, родным напряжением Arduino MKR GSM 1400 является 3,3 В, а не 5 В. Выходы для логической единицы выдают 3,3 В, а в режиме входа ожидают принимать не более 3,3 В. Более высокое напряжение может повредить микроконтроллер!

Будьте внимательны при подключении периферии: убедитесь, что она может корректно функционировать в этом диапазоне напряжений.

  • Цифровые входы/выходы: 22 пина; 014 и A0A6
    Логический уровень единицы — 3,3 В, нуля — 0 В. Максимальный ток выхода — 7 мА. К контактам подключены подтягивающие резисторы, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.
  • ШИМ: 12 пинов; 08, 10, A3 и A4
    Позволяет выводить аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала. По умолчанию разрядность «ШИМ» установлена в 8 бит. Изменить разрядность «ШИМ» можно с помощью функции analogWriteResolution().
  • АЦП: 7 пинов; A0A6
    Позволяет представить аналоговое напряжение в виде цифровом виде. По умолчанию разрядность «АЦП» установлена в 10 бит. Изменить разрядность «АЦП» можно с помощью функции analogReadResolution(). Диапазон входного напряжения от 0 до 3,3 В. При подаче большего напряжения микроконтроллер может выйти из строя.
  • ЦАП: пин DAC/A0
    Аналоговый выход цифро-аналогового преобразователя, который позволяет формировать 10-битные уровни напряжения. Вывод может использоваться для создания аудио-выхода — для этого используйте библиотеку AudioZero.
  • TWI/I²C: пины (11)SDA и (12)SCL
    Для общения с периферией по интерфейсу «I²C». Для работы используйте библиотеку Wire.
  • SPI: пины 8(MOSI), 10(MISO) и 9(SCK)
    Для общения с периферией по интерфейсу «SPI». Для работы — используйте библиотеку SPI.
  • UART/Serial:
    • Serial: пины D+ и D−
    • Serial1: пины 12(RX) и 11(TX)
      Используется для коммуникации платы Arduino с компьютером или другими устройствами по последовательному интерфейсу. Выводы шины Serial соединены с соответствующими контактами USB-порта для прошивки и мониторинга микроконтроллера. Для коммуникации платы Arduino с другими платами и модулями воспользуйтесь шиной Serial1. Для работы с последовательным интерфейсом — используйте методы библиотеки Serial.
  • I²S: пины 2(SCK/BCLK), 3(WS/LRCLK/FS) и A6(SD/SDATA/SDIN/SDOUT)
    Используется для передачи и приёма цифрового звука с другими аудио устройствами. Для работы используйте библиотеки I²S и Arduino Sound

Принципиальная и монтажная схема

Габаритный чертёж

Характеристики

Общие

  • Чипы: ATSAMD21G18 и U-blox SARA-U201
  • Пинов ввода-вывода всего: 22
  • Напряжение логических уровней: 3,3 В
  • Максимальный ток с пина или на пин: 7 мА
  • Максимальный выходной ток пина 3V3: 600 мА
  • Входное напряжение через пин Vin: 5–6 В
  • Входное напряжение через разъём для аккумулятора: 3,7–4,2 В
  • Габариты: 68×25 мм

Микроконтроллер

  • Чип: ATSAMD21G18
  • Ядро: 32-битный ARM Cortex M0+
  • Тактовая частота: 48 МГц
  • Flash-память: 256 КБ
  • SRAM-память: 32 КБ
  • Контактов с АЦП: 7
  • Разрядность АЦП: 8/10/12 бит (по умолчанию 10 бит)
  • Контактов с ЦАП: 1
  • Разрядность ЦАП: 10 бит
  • Контактов с ШИМ: 12
  • Разрядность ШИМ: 8/10/12 бит (по умолчанию 8 бит)
  • Пинов с прерываниями: 12
  • Аппаратных интерфейсов SPI: 1
  • Аппаратных интерфейсов I²C / TWI: 1
  • Аппаратных интерфейсов UART / Serial: 1

Модуль сотовой связи U-blox SARA-U201

  • Размер SIM-карты: Nano SIM
  • Стандарты связи: 3G UMTS/HSPA и 2G GSM/GPRS
  • Несущие частоты: 850/900/1800/1900/2100 МГц
  • Максимальная входящая скорость: 7,2 Мбит/с
  • Максимальная исходящая скорость: 5,76 Мбит/с

Ресурсы