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MGIM Ver4 について

概要

MGIM(エムジム)は、様々なマイコンを使って、簡単にインターネット接続することができるSDカードサイズのLTE-M通信モジュール搭載の小型マイコンです。Arduino Zero互換のマイコンとして、IoTのプロトタイピングや量産試作等にすぐ利用することができます。

MGIM Ver4では、コアとなる通信モジュールとしてシエラワイヤレス製のHL7800を採用し、3GIM/4GIM/SGIM と同じサイズの小型マイコンとなっています。

  • LTE Cat.M1(通称 LTE-M)を使用してLPWA通信を行う。
    • Sigfoxよりも広いカバーエリアで利用できる
    • 3GIM/4GIMと同様に、低コストなMVNOのSIM(docomo系)が利用可能できる
  • GPS機能
    • HL7800が提供するGPS機能を使って、測位が可能である
  • HTTP,HTTPS,TCP,UDP通信が利用できる
    • HTTPS通信では、通信相手のサーバのCA証明書を別途インポートする必要がある
    • HTTP/HTTPSとは別に、TCP(1コネクション)、UDPを利用することができる
  • スリープ機能を利用することで、低消費電力で利用できる
    • マイコンのスリープ機能を使った間欠動作を行うことで、電池で年単位の駆動が可能となる（電池の持続時間は間欠動作の間隔、プログラムの処理内容により大きく変動する）
    • マイコンをスリープ（正確にはスタンバイモード）にし、HL7800の電源をOff、加速度センサおよび温度センサを利用しない、利用していないGPIOをOUTPUT(LOW)に設定した場合、消費電流を80uA程度まで抑えることができます。

外観

MGIM(V4.1)の画像を掲載します。 なお、基板の色やレイアウト・寸法等は、今後変更となる場合がありますのでご注意ください。

全体

  • 左からMGIM(V4)本体、小型LTEフレキアンテナです。

基板の表面・裏面

  • LTEアンテナ(必須)とGPSアンテナ(オプション)の2つのアンテナをU.FLコネクタ経由で接続することができます。
  • LTEアンテナは、下記の写真の右側のコネクタ、GPSアンテナは左側のコネクタに接続します。

基板の表面・裏面

  • NanoSIM(SIM/USIM)のコネクタがあります。

提供する機能

MGIM(V4.1)は、3GIM/4GMと互換性のある下記の機能を提供します。ただし、機能の使い方は大きく異なります。

  • LTE-Mを介したTCP、UDPおよびHTTPの通信機能
  • 時刻取得
  • 位置取得
  • 省電力の制御
  • その他機能(電波強度の取得、ボーレートの変更、APNの切り替え等

また、4GIM(V1)や3GIM(V2.1)と同様に、SMS機能(ショートメッセージ機能)は提供しませんのでご注意ください。

MGIMのスペック

項目 仕様 補足
外形寸法 幅25mm * 奥行35mm * 高さ7mm 3GIMと同一サイズ。取付穴は2.6mm径(1ヶ所)
電源電圧 3.5～4.2V 安定した3.5～4VのDC電源または3.7Vリチウムポリマ電池を推奨(5Vの供給は不可)
消費電流 0.6(sleep時)～700mA(peak時) 利用状況や電波状態に依存
対応バンド LTE(Band1/3/19) docomo(Xi)のIOT取得済。Band 1/3/19に対応
外付けマイコンとのインタフェース UART H/Wフロー制御なし
添付アンテナ 同梱するフレキシブルアンテナ シールとして非金属製のケースに貼付可
ロジック電圧 3.3V固定
USB 2.0 ATSAMD21のUSB(デバイス)機能
対応SIMカード nanoSIM 利用実績のあるSIMカード
添付品(予定) MGIM本体1個、フレキアンテナ1個、20ピンヘッダ1個 GPSアンテナを利用される場合は、別売のGPSアンテナをご購入ください

ピン配置

MGIM(V4.1)は、3つのスルーホール(ピンヘッダ用のCN1,CN2,CN3)を持っています。3GIM/4GIMとはピン互換ではありませんので、ご注意ください。

  • CN1 (電源コネクタ)
ピン番号 名称 機能など
1 VBAT 3.5～4.2Vの安定した電源(リチウムポリマ2次電池など)
2 GND
  • CN2 (GPIOコネクタ)
ピン番号 名称 機能など
1 D27
2 A0
3 A1
4 A2
5 D8
6 D8
7 D9
8 TX Serial
9 RX Serial
10 GND
  • CN3 (電源/I2C等コネクタ)
ピン番号 名称 機能など
1 3.3V 最大200mAまで(供給電源にも依存)
2 SCL 内部でプルアップ済み(4.7k)
3 SDA 同上
4 D12 Arduino Coreの一部書き換えにより、SPIとして利用可能
5 D10 同上
6 D13 同上
7 D11 同上
8 GND

ブロック構成図

MGIM(V4.1)の内部ブロック図を下記に示す：

機能一覧

下表に、HL7800向けArduinoライブラリ hl7800 (2021/8現在で最新はR5)が提供する機能の一覧を示します。

分類 機能名 機能概要 備考
System バージョンの取得 3GIMに搭載されているファームウェアのバージョン情報を取得する
初期化 HL7800ライブラリの利用を開始する
終了 HL7800ライブラリの利用を終了する
電源制御 HL7800の電源をOn/Offする
電波受信強度(RSSI)の取得 現在の3Gの電波強度(単位はdBm)を取得する
利用可能サービスの取得 現在のSIMカードで利用可能なサービス(無効/パケット通信可)を取得する
IMEIの取得 端末固有の識別番号(IMEI:International Mobile Equipment Identity)を取得する
LEDの状態の取得・設定 LEDの現在の状態の取得あるいは設定する LEDは基板上にLED1と表記された緑色のLED
UART通信速度の変更 UARTの通信速度を(4800/9600/19200/38400/57600/115200bps)変更する 実行後ただちに有効となる
MGIMのリセット HL7800をソフトリセットする
現在の日時の取得 現在の年月日、時分秒を取得する
エアプレーンモードの切り替え エアプレーンモードの現在の状態の取得あるいは設定する エアプレーンモードにすると消費電力を大きく節減可
ATコマンドパススルーモード ATコマンドパススルーモードに入り、ATコマンドを実行する 指定された時間経過後に通常モードに戻ることができる
Web GETリクエスト送信・レスポンス取得 HTTP/HTTPSのGETメソッドを送信して、レスポンスを取得する DNS使用可。ヘッダ、URL、レスポンスには最大長の制限有
POSTリクエスト送信・レスポンス取得 HTTP/HTTPSのPOSTメソッドを送信して、レスポンスを取得する 同上
ルート証明書の設定 GET/POST先のホストのルート証明書を設定する
TCP/IP TCP/IPコネクションの接続 TCP/IPコネクションを接続する DNS使用可。一度に一つのコネクションのみ
TCP/IPコネクションの切断 TCP/IPコネクションを切断する
TCP/IPコネクションからのデータ読み出し TCP/IPコネクションから指定された長さまでデータを読み出す ノンブロッキング方式。バイナリデータも取扱可 1.
TCP/IPコネクションへのデータの書き込み TCP/IPコネクションへデータを書き込む ノンブロッキング方式。バイナリデータも取扱可
TCP/IPコネクションへのデータの直接書き込み TCP/IPコネクションへデータを直接書き込む バイナリデータもそのままで取扱可。最大32000バイトまでを一気に書き込み可
TCP/IPコネクションの状態の取得・設定 TCP/IPコネクションの状態を取得する
TCP/IPの自ソケットのIPアドレス・ポート番号の取得 自ソケットのIPアドレスを取得する
タイムアウト時間の設定 TCP/IP機能で使用するタイムアウト時間を取得・設定する
UDP UDPの開始 UDP機能の開始
UDPの終了 UDP機能の終了
UDP/IPによるデータ送信 UDP/IPを使って指定した宛先へデータを送信する 1回の送信データが一つのパケットとして送信される
UDP/IPの自ソケットのIPアドレス・ポート番号の取得 自ソケットのIPアドレスを取得する
Profile デフォルトプロファイルの取得・設定 使用するプロファイル(APN)を設定する

下表に、MGIM向けArduinoライブラリ mgim が提供する機能の一覧を示します。

分類 機能名 機能概要 備考
システム 初期化 MGIMを初期化する
電源電圧の取得 供給されている電源の電圧を取得する
LED LED制御 MGIMボード上のLEDを点灯／消灯する
センサ 加速度センサ割込み設定 加速度センサの割込みハンドラを設定／解除する 加速度センサは lis2dw ライブラリを使って制御

補足

  • 各ライブラリの使い方は、各ライブラリのサンプルスケッチを参照してみてください。
  • MGIMボード上に実装されている加速度センサLIS2DWの制御は、ライブラリ lis2dw をご利用ください。
  • MGIMボード上に実装されている温度センサSTTS751の制御は、ライブラリ stts751 をご利用ください。
  • ライブラリhl7800に関していくつか補足します：
    • UDPとTCP機能では、各々一つのコネクションまで利用できます（つまり、同時に利用できます）
    • HTTPSおよびGPS関連の機能は、今後、ライブラリhl7800に組み込んでいく予定です。現状では利用できません。
  • MGIMボードでHL7800のハードウェアフロー制御を利用する場合は、MGIM(V4.1)で、ハードウェアフロー制御を使用する手順を参照ください。

利用上の留意点

  • docomoのXi回線を利用します。そのため、docomoあるいはそのネットワークを利用するMVNOが提供するLTE-M向けのnano SIMが利用できます（ただし、これらの条件を満たす全てのSIMカードでの利用を保証する訳ではありません。利用実績のあるSIMカード を参照ください）
  • MGIMは日本国内でのみ利用できます。海外では各国の法律により現状では利用できません。海外でのご利用は個別にご相談ください。

MGIM、ファームウェア、Arduino用ライブラリの最新バージョンの関係について

最新のバージョンは下記の通りです：

MGIMハードウェア mgim/hl7800ライブラリ
4.1 R4

電源について

  • MGIM(V4.1)を動作させるためには、最大700mAの電流を供給できる3.5～4.2Vの安定した電源が必要です。
  • PCとUSBケーブルで接続した状態でも、別途電源の供給が必要です（USBからの給電はできません）
    • リチウムポリマ電池(電池容量400mAh以上)の利用を推奨します。MGIMのCN1にオスのPHコネクタを取り付け、リチウムポリマ電池と接続します。

ダウンロード

購入方法

事例

MGIMを使った製作事例を随時掲載していく予定です。