Модуль связи 4G для платы видеозахвата ZorG

Как заставить камеры наблюдения, объединенные в единую сеть, отдавать данные через Internet по запросу пользователей?

Привет, друзья!

В предыдущей статье я рассказал о моем проекте нахождения пропавших без вести людей или похищенных предметов ценности при помощи сети камер наблюдения, распределенных по общественным местам города.

В статье я привел структуру системы взаимодействия камер наблюдения, а также описал процесс создания отладочной платы для построения камеры наблюдения и приложил gerber-файлы для заказа ее на производстве.

Я создаю проект ZorG исключительно за счёт своего личного времени и средств и освещаю шаги по его созданию на моем YouTube канале как один из проектов:
https://www.youtube.com/c/KirillIvanychev

Если Вам интересна идея проекта и, Вы хотите принять в нем участие как разработчик или юрист или психолог или как гражданин, которому важно, чтобы мы воплотили на практике идею улучшения культуры взаимоуважения интересов и ценностей других людей, то я открыт для взаимодействия с целью проработки проекта по юридическим, этическим, психологическим и техническим вопросам.
Если хотите присоединиться к проекту ZorG, то пишите мне о своем желании и предложениях в Телеграм или Instagram:
https://t.me/kirill_ivanychev
https://instagram.com/kirill_ivanychev

В этой статье я продолжу освещать разработку отладочного комплекса для создания инженерного образца ZorG.

И на этот раз я представляю Вам проект модуля связи 4G, который предназначен для обмена данными между устройством видеофиксации изображений и пользователями через Internet. Я вынес эту плату в отдельной подключаемый модуль для того, чтобы в будущем иметь возможность тестировать и подбирать разные модули связи для версий инженерных образцов камер видеофиксации событий.

Плата включает в себя 4G модем, модуль SIM-карты, источник питания, несколько управляющих кнопок, разъемы для подключения антенн и сигнальные разъемы.

Рисунок 2 - Структура модуля связи

Для построения моего модуля связи я выбрал 4G-модем от компании Quectel - EC25-E, который предназначен для использования в сетях EMEA. В эту группу попадают все российские операторы сотовой связи.
Этот модем обеспечивает скорость входящего трафика 150 Мбит/с и выходного -- 50 Мбит/с. Такой скорости хватит для передачи видео данных.

В процессе работы над платой в среде EasyEDA, я столкнулся с тем, что не обнаружил правильного и аккуратно сделанного компонента для модуля Quectel EC25-E. Поэтому у меня был выбор: сделать компонент самостоятельно или найти в Интернете и интегрировать в мою схему.

За 5 минут я нашел такой компонент для системы проектирования KiCAD.
Благо EasyEDA позволяет интегрировать компоненты из конкурирующих систем проектирования. Я воспользовался компонентом для EC25, найденным в online-сервисе SnapEDA:

Рисунок 3 - Компонент EC25 в сервисе SnapEDA
 

В соответствии с рекомендациями на этот модем я спроектировал вот такую схему подключения:

Рисунок 4 - Схема подключения модема 

Модем нужно правильно запитать для его устойчивой работы. С этой целью я изучил рекомендации для построения схемы питания EC25 и разработал такую схему

Рисунок 5 - Схема питания EC25

Далее я выполнил схему подключения SIM-карты. Ввиду того, что все российские операторы сотовой связи в настоящее время выпускают SIM карты формата nano, то я выбрал разъем для таких карт.
Также в схеме модуля я предусмотрел индикацию состояния сети и модема.

Рисунок 6 - Схема подключения SIM-карты и индикации сети

Одним из важнейших правил при разработке электронных устройств является проверка принципиальной электрической схемы на правильность соединений и применённых в ней номиналов электронных компонентов.

В зависимости от сложности схемы я провожу от 1 до 3 проверок. Вот и в этот раз проверка схемы мне помогла исправить ошибки прежде чем я приступил к проектированию печатной платы.

Гораздо дешевле потратить время на дополнительную проверку, чем потом столкнуться с ошибками при отладке железа и исправлять на готовой плате или вовсе заново заказывать скорректированные платы.

Итак я исправил пару ошибок, скорректировал номинал резистора и перевел схему в проект печатной платы.

Для того, чтобы правильно развести дорожки печатной платы, очень помогает полная предварительная расстановка всех компонентов на площади печатной платы. Я расставил компоненты непосредственно по схеме для того, чтобы с одной стороны было удобнее делать разводку дорожек более короткими соединениями, а с другой стороны - сделать более качественное питание микросхем, расставив необходимые конденсаторы в непосредственной близости от выводов питания.

На этот раз я смог сделать плату всего в двух слоях, что значительно удешевит ее стоимость по сравнению с 4-слойной.

Вот такую плату в итоге я спроектировал:

Рисунок 7 - 3D вид платы модуля связи

Если Вам интересно поиграться с этим проектом, то вы можете заказать производство этой платы, отправив в сервис PCBWay gerber-файлы, которые я прилагаю к этой статье.

Все! теперь мне осталось заказать производство моей печатной платы в сервисе PCBWay.
Для этого я как и прежде загружу gerber-файлы на страницу оформления заказа

Как и в прошлый раз я загружаю gerber-файл на страницу заказа. В этот раз из-за того, что плата выполнена в 2х слоях ее стоимость в несколько раз дешевле и составляет всего 5 USD

Рисунок 8 - Оформление заказа

Теперь мне осталось заказать компоненты в интернет-магазине и дождаться, пока плата приедет ко мне домой.

В следующей статье я опишу процесс создания модуля камеры, который также предназначен для отладки в рамках создания инженерного образца для сети камер наблюдения.

Если вас вдохновляет идея улучшить наш Мир и культуру взаимоуважения людей при помощи разрабатываемого технического средства ZorG, то пишите мне о своем желании принять участие в проекте и о предложениях сотрудничества в Телеграм или Instagram:
https://t.me/kirill_ivanychev
https://instagram.com/kirill_ivanychev

Итак следите за продолжением цикла статей проекта ZorG и до встречи в следующей статье!
Пока пока!

Разработка и копирование печатных плат
Файлы Gerber - скачать
Файл BOM - скачать