Was ist WisBlock? Baseboard, Core und Module einfach erklärt

Du hast ein kleines Paket mit drei, vier Platinen vor dir liegen, jede kaum größer als eine Briefmarke, und fragst dich, was davon eigentlich der Rechner ist und wo die Batterie hinkommt. Genau das ist WisBlock: ein modulares Stecksystem von RAKwireless, mit dem du IoT-Geräte aus fertigen Bausteinen zusammensetzt, statt eine eigene Leiterplatte zu entwerfen. Eine Basisplatine, das Baseboard, verbindet alles miteinander. Ein Core-Modul enthält Prozessor und Funk. Sensor- und IO-Module ergänzen Messfunktionen und Schnittstellen.

Die kurze Antwort auf „Was ist RAK WisBlock?“ lautet also: Baukasten statt Lötkolben. Die Module rasten über kleine Steckverbinder ein und werden verschraubt, die Leitungen dazwischen sind bereits auf dem Baseboard verlegt. Ein fertiges Gerät entsteht trotzdem erst, wenn Steckplätze, Firmware, Stromversorgung und Gehäuse zueinander passen. Wie die einzelnen Rollen zusammenspielen und wo die typischen Stolperstellen liegen, erfährst du in den folgenden Abschnitten.

WisBlock Baseboard: Welche Aufgabe hat das RAK19007?

Das Baseboard ist das Rückgrat jedes WisBlock-Aufbaus. Es selbst rechnet nichts, sondern stellt Steckplätze, Leiterbahnen und Versorgung bereit. Auf dem RAK19007, der gängigsten Basisplatine im System, findest du auf 30 × 60 mm einen Steckplatz für das Core-Modul, einen IO-Steckplatz und vier Sensorsteckplätze mit den Bezeichnungen A bis D. Zwei davon liegen auf der Oberseite, die anderen beiden auf der Unterseite der Platine.

Dazu kommt alles, was ein batteriebetriebenes Gerät braucht: eine USB-C-Buchse zum Programmieren und Laden, ein zweipoliger JST-Anschluss für einen wiederaufladbaren Lithium-Akku, ein zweiter, kleinerer JST-Anschluss für ein 5-Volt-Solarpanel, eine Ladeschaltung mit Status-LED und ein Reset-Taster. Das Baseboard verteilt außerdem zwei 3,3-Volt-Schienen. Eine davon ist schaltbar: Das Core-Modul kann die Sensorsteckplätze darüber komplett vom Strom trennen, was für lange Batterielaufzeiten wichtig ist.

Das RAK19007 ist nicht die einzige Basis. Welche du brauchst, hängt davon ab, wie viele Module dein Gerät tragen soll und wie es versorgt wird. Die folgende Übersicht stellt die gängigen Varianten gegenüber:

Die Tabelle zeigt den eigentlichen Unterschied: RAK19003, RAK19007 und RAK19001 bringen die Ladeschaltung fest mit, das RAK19010 lagert die Versorgung in ein eigenes Modul aus. Für die meisten ersten Projekte ist das RAK19007 der vernünftige Mittelweg. Das Mini-Board lohnt sich, wenn ein einzelner Sensor genügt und das Gerät klein bleiben muss. Das Dual-IO-Board brauchst du erst, wenn mehrere Schnittstellenmodule gleichzeitig gesteckt werden sollen.

WisBlock Core: Was macht das Core-Modul?

Das Core-Modul ist der eigentliche Rechner des Geräts. Es sitzt im CPU-Slot des Baseboards und enthält den Mikrocontroller, auf dem deine Firmware läuft, und in der Regel auch den Funkteil. Das verbreitetste Core ist der RAK4631: Er kombiniert einen Nordic nRF52840 mit Bluetooth Low Energy 5.0 und einen Semtech SX1262 für LoRa und LoRaWAN mit bis zu 22 dBm Sendeleistung. Im Tiefschlaf, mit LoRa und Bluetooth im Ruhezustand, nennt der Hersteller 2 µA Stromaufnahme.

Beim Core zählt vor allem die Frequenzvariante. Für Europa brauchst du die Ausführung für 868 MHz, beim RAK4631 ist das die Hochband-Variante, die auch US915, AS923 und weitere Pläne abdeckt. Eine 433-MHz-Version funkt in einem anderen Band und passt weder zu deinen Gateways noch zu den Antennen für 868 MHz.

Ein häufiger Anfängerfehler betrifft die Antenne. Das Core-Modul hat kleine IPEX-Buchsen für LoRa und Bluetooth, an die du eine passende Antenne oder ein Pigtail-Kabel steckst. Schließe die LoRa-Antenne an, bevor das Gerät zum ersten Mal sendet, denn ein Funkmodul ohne Last am Ausgang ist für die Sendestufe kein gesunder Betriebszustand.

Wichtig ist auch die Unterscheidung zwischen Hardware und Verhalten. Das Core-Modul legt fest, was technisch möglich ist, also Rechenleistung, Funkstandard und Stromsparmodi. Was das Gerät tatsächlich tut, wann es misst, wann es sendet und wie lange es schläft, bestimmt allein die Firmware. Zwei identische Cores können sich deshalb völlig unterschiedlich verhalten.

WisBlock Module: Wie steckst du Sensor- und IO-Module?

Sensormodule kommen in die Steckplätze A bis D. Jedes Modul hat auf der Unterseite einen kleinen Steckverbinder, der genau auf den Gegenpart im Slot passt. Du setzt das Modul gerade auf, drückst es gleichmäßig an, bis es spürbar einrastet, und sicherst es anschließend mit den mitgelieferten Mini-Schrauben. Die Schrauben halten ein korrekt sitzendes Modul fest; sie sollen nie ein schräg angesetztes Modul in Position ziehen. Trenne vor jedem Stecken und Ziehen die Stromversorgung, also USB-Kabel und Akku.

Nicht jeder Steckplatz nimmt jedes Modul auf. Auf dem RAK19007 sind die Slots A bis C für die schmalen 10-mm-Module ausgelegt, Slot D nimmt Module bis 23 mm Breite auf. Dort gehören größere Bausteine hin, etwa das GNSS-Modul RAK12500 für die Positionsbestimmung. Ein Umweltsensor wie der RAK1906 mit Bosch BME680, der Temperatur, Luftfeuchte, Luftdruck und Gas misst, passt dagegen in jeden der kleinen Slots.

Der IO-Steckplatz ist für Schnittstellenmodule gedacht, also für Erweiterungen, die nach außen führen: zusätzliche Anschlüsse, Treiber, Busse oder Programmierzugänge. Ein Beispiel ist das IO-Modul RAK5804, das USB und Stiftleisten bereitstellt. Gerade bei Baseboards ohne eigene USB-Buchse wird so ein Modul wichtig, wie du im Abschnitt zur Stromversorgung siehst.

Plane die Bestückung vor dem Zusammenbau auf Papier. Notiere für jeden Baustein den Steckplatz, die Schnittstelle und, bei I2C-Sensoren, die Busadresse. Diese kleine Liste kostet fünf Minuten und spart dir später die Fehlersuche an einem vollständig bestückten Aufbau, bei dem mechanischer Sitz, Pinbelegung, Adressen und Software gleichzeitig verdächtig sind.

Sind alle WisBlock-Module untereinander kompatibel?

Mechanisch passen die meisten Module in jeden Slot ihrer Größe, elektrisch und softwareseitig ist die Sache komplizierter. Der erste Punkt ist der gemeinsame Bus: Alle vier Sensorsteckplätze des RAK19007 hängen am selben I2C-Bus. Zwei Module mit derselben festen I2C-Adresse kannst du deshalb nicht einfach nebeneinander stecken, auch wenn noch Steckplätze frei sind. Ein freier Steckplatz bedeutet keinen eigenen Kommunikationsweg.

Der zweite Punkt sind geteilte Leitungen. Manche Module nutzen Interrupt- oder Steuerpins, die auch anderweitig belegt sein können. Ein Beispiel aus dem Datenblatt des RAK19007: Wenn die Firmware die schaltbare 3,3-Volt-Schiene der Sensorsteckplätze über die Leitung IO2 abschaltet, steht IO2 nicht mehr als Interrupt-Eingang für einen Sensor zur Verfügung. Solche Details findest du in der Steckplatzbeschreibung jedes Moduls, und dort solltest du vor der Bestellung nachsehen.

Der dritte Punkt ist das Core-Modul. WisBlock gibt es mit verschiedenen Prozessoren, und nicht jede Kombination aus Core und Modul ist mit fertiger Software unterstützt. Ein Sensor kann elektrisch perfekt passen, während für deinen Core oder deine Programmierumgebung schlicht keine Bibliothek existiert. Prüfe deshalb, ob es für genau dein Paar aus Core und Modul ein Beispielprogramm gibt.

Auch das Baseboard spielt mit hinein. Das RAK19003 hat keinen IO-Steckplatz und nur zwei Sensor-Slots auf der Unterseite, also nur Slot C mit 10 mm und Slot D mit 23 mm. Ein Aufbau, der auf dem RAK19007 problemlos funktioniert, lässt sich darum nicht immer eins zu eins auf das Mini-Board übertragen.

WisBlock programmieren: Arduino oder RUI3?

Für die WisBlock-Cores gibt es zwei Wege zur eigenen Firmware. Der klassische Weg ist das Arduino-Boardpaket von RAKwireless. Damit programmierst du den RAK4631 wie ein gewöhnliches Arduino-Board, nutzt die LoRaWAN-Bibliothek und die zahlreichen Beispielsketche für einzelne Module und hast vollen Zugriff auf alles, was der nRF52840 kann. Der Preis dafür: Du kümmerst dich selbst um Schlafmodi, Funk-Timing und Fehlerbehandlung.

Der zweite Weg heißt RUI3, das RAKwireless Unified Interface in Version 3. RUI3 ist eine Firmware-Schicht mit einheitlicher Programmierschnittstelle über mehrere RAK-Module hinweg. Sie bringt den LoRaWAN-Stack, Stromsparfunktionen und eine AT-Befehlsschnittstelle bereits mit. Für einfache Anwendungen kannst du ein Gerät allein per AT-Befehlen über die serielle Schnittstelle konfigurieren, für eigene Logik schreibst du Programme in der Arduino IDE gegen die RUI3-API.

Beim Core-Modul gibt es dazu ein Detail, das oft für Verwirrung sorgt. Der RAK4631 und der RAK4631-R sind laut Hersteller hardwareseitig identisch, unterscheiden sich aber in der vorinstallierten Firmware. Der RAK4631 kommt mit der Arduino-Basis, der RAK4631-R mit RUI3. Ein normaler RAK4631 lässt sich per DFU-Update auf RUI3 umstellen; folge dafür der Anleitung des Herstellers.

Welcher Weg ist der richtige? Wenn du schnell einen LoRaWAN-Sensorknoten mit Standard-Verhalten willst und wenig eigenen Code schreiben möchtest, ist RUI3 meist der kürzere Weg. Wenn du ungewöhnliche Module, eigene Funkprotokolle oder spezielle Bibliotheken einsetzen willst, bietet dir das Arduino-Boardpaket mehr Freiheit. Unabhängig vom Weg gilt: Halte fest, welche Firmware-Version und welches Nutzdatenformat dein Gerät verwendet, damit die Dekodierung auf der Empfängerseite auch nach einem Update stimmt.

WisBlock mit Akku oder Solar versorgen: Was brauchst du?

Für den Akkubetrieb brauchst du beim RAK19007, RAK19003 oder RAK19001 kein Zubehör außer dem Akku selbst. Das Baseboard erwartet eine wiederaufladbare Lithium-Ionen- beziehungsweise LiPo-Zelle mit 3,7 Volt Nennspannung, Betriebsbereich 3,3 bis 4,3 Volt, Ladeschlussspannung 4,2 Volt. Über USB lädt das RAK19007 mit 350 mA. Prüfe vor dem ersten Anstecken die Polung des JST-Steckers: Akkus von Drittanbietern sind nicht immer gleich belegt, und ein vertauschter Stecker kann die Ladeschaltung zerstören.

Der Solaranschluss auf denselben Boards ist für ein 5-Volt-Panel ausgelegt. Die Ausgangsspannung des Panels darf 5,5 Volt nicht überschreiten, auch nicht im Leerlauf bei voller Sonne. Ein nominelles 6-Volt-Panel gehört deshalb nicht ungeprüft an diesen Eingang. Eine nicht wiederaufladbare Batterie hat am Ladeanschluss ebenfalls nichts zu suchen; das RAK19001 hat dafür einen eigenen Anschluss mit Umschalter.

Anders beim RAK19010, das keine eigene Ladeschaltung besitzt, sondern einen Power-Slot. Hier entscheidest du mit dem Power-Modul, wie das Gerät versorgt wird. Der RAK19013 ist das LiPo-Solar-Modul für diesen Slot: Akku- und Solaranschluss, Ladeschaltung und Lade-LED auf 30 × 20 mm, mit denselben Grenzen von 5 Volt Panelspannung und 5,5 Volt absolutem Maximum. Eine USB-Buchse hat der RAK19013 nicht. Zum Programmieren des Cores brauchst du in dieser Kombination ein IO-Modul wie den RAK5804 oder einen J-Link-Programmer. Wer USB am Power-Slot möchte, greift zum Schwestermodul RAK19012.

Ob Akku und Panel reichen, entscheidet die Energiebilanz. Ein Rechenbeispiel mit bewusst angenommenen Werten: Dein Gerät verbraucht über den Tag gemittelt 2 mA bei 3,7 Volt. Das sind 7,4 mW oder rund 0,18 Wh pro Tag. Ein LiPo mit 2.000 mAh speichert rechnerisch 7,4 Wh. Setzt du vorsichtig nur 60 Prozent davon als nutzbar an, bleiben 4,44 Wh, genug für etwa 25 Tage ohne Nachladen. Ein kleines Panel, das an einem Wintertag effektiv 0,5 W für eine Stunde liefert, bringt nach 30 Prozent Verlust rund 0,35 Wh und damit etwas mehr als den Tagesbedarf.

Diese Zahlen sind Annahmen, keine Messwerte eines bestimmten Aufbaus. Miss den tatsächlichen Verbrauch mit deiner Firmware über einen vollständigen Zyklus aus Schlafen, Messen und Senden, denn ein Datenblattwert für den Schlafstrom beschreibt nicht den Gesamtverbrauch. Plane außerdem Reserve für lichtarme Wochen ein und beachte die Temperatur: Viele LiPo-Zellen dürfen laut Datenblatt unter 0 °C nicht geladen werden, auch wenn die Platine selbst bis −35 °C arbeitet.

Welches Gehäuse passt zu WisBlock?

Für die Basisplatinen RAK19003 und RAK19007 gibt es mit der Unify-Serie von RAKwireless Gehäuse, die auf WisBlock zugeschnitten sind. Das Unify Enclosure IP67 misst 100 × 75 × 38 mm, ist staub- und wasserdicht und enthält eine Montageplatte mit passenden Befestigungen für die Baseboards. Unter dieser Platte ist Platz für einen flachen LiPo-Akku von etwa 55 × 34 × 6 mm. Die Rückseite hat Befestigungspunkte für austauschbares Montagezubehör wie Wand-, Mast- oder Magnethalter.

Die Variante Unify Enclosure Solar IP65 hat dieselben Außenmaße, trägt aber ein 80 × 45 mm großes Solarpanel im Deckel und liefert das Kabel für den Solaranschluss der Baseboards gleich mit. Damit wird aus einem RAK19007 mit Akku ein eigenständiger Außenknoten, ohne dass du ein separates Panel montieren musst. Wie viel Energie dieses Panel an deinem Standort tatsächlich liefert, solltest du über einige Wochen beobachten, bevor du dich auf die Energiebilanz verlässt.

Zwei Dinge musst du beim Gehäuse zusätzlich bedenken. Erstens die Antenne: Bei einem geschlossenen Gehäuse führst du die Funkverbindung über ein IPEX-auf-SMA-Kabel nach außen, statt eine kleine Platinenantenne innen liegen zu lassen. Metallteile in der Nähe und die endgültige Montage verändern die Reichweite, deshalb ersetzt ein Test auf dem Schreibtisch nicht den Test am Einsatzort. Zweitens der Messort: Ein Umweltsensor in einem dicht verschlossenen Gehäuse misst das Klima im Gehäuse, nicht die Außenluft. Für Temperatur- und Feuchtemessung braucht das Gehäuse eine Belüftung oder der Sensor einen Platz außerhalb.

Mit welchem WisBlock-Kit startest du?

Für den Einstieg brauchst du mindestens drei Dinge: ein Baseboard, ein Core-Modul und eine Antenne. Die naheliegende Kombination ist RAK19007 plus RAK4631 für 868 MHz, ergänzt um einen ersten Sensor wie den RAK1906 und einen kleinen LiPo-Akku. Damit kannst du die gesamte Kette einmal durchspielen, vom ersten Beispielprogramm über die Verbindung zu einem LoRaWAN-Netz bis zur Messung des Ruhestroms.

Fertige Kits nehmen dir die Abstimmung zwischen Baseboard, Core und Antenne ab. Das WisBlock Meshtastic Starter Kit bündelt RAK19007, RAK4631 und eine Antenne und eignet sich mit anderer Firmware genauso als Basis für eigene LoRaWAN-Experimente. Für Aufbauten mit mehreren Schnittstellenmodulen gibt es das Base + Power Kit aus dem Dual-IO-Baseboard RAK19011 und dem Power-Modul RAK19012. Wer ein möglichst kleines Gerät mit einem einzigen Sensor bauen will, startet mit dem RAK19003.

Unterscheide beim Bestellen zwischen Kitinhalt und Produktfotos. Nicht jedes abgebildete Modul ist im Lieferumfang enthalten, und Akku, zusätzliche Sensoren oder ein Gehäuse kommen häufig separat. Lege dir vor dem Kauf eine kurze Stückliste an: Baseboard, Core mit der richtigen Frequenz, Module mit Steckplatz, Akku, eventuell Panel, Antenne und Gehäuse.

WisBlock Baseboard kaufen: Worauf solltest du achten?

Beim Kauf eines WisBlock Baseboards entscheiden wenige Fragen. Wie viele Module willst du stecken, und brauchst du den IO-Steckplatz? Das RAK19007 mit Core-Slot, IO-Slot und vier Sensorsteckplätzen deckt die meisten Projekte ab, das RAK19003 genügt für einen kompakten Knoten mit ein oder zwei Sensoren, das RAK19001 für viele Erweiterungen. Wie soll das Gerät versorgt werden? Akku und Solar sind auf RAK19003, RAK19007 und RAK19001 bereits vorgesehen, beim RAK19010 wählst du das Power-Modul wie den RAK19013 separat und planst den Programmierzugang mit ein.

Prüfe außerdem, ob das gewünschte Gehäuse dein Board aufnimmt, ob die Module auf dem gemeinsamen I2C-Bus unterschiedliche Adressen haben und ob es für dein Core-Modul passende Software gibt. Wenn du für deinen WisBlock-Aufbau ein passendes Baseboard suchst, findest du unsere Modelle in der Kategorie WisBlock Basisplatinen.