Как создать свой собственный узел Meshtastic из ESP32 и Lora Radio

В этом руководстве мы покажем вам, как собрать свой собственный узел Meshtastic LoRa Node из ESP32 и палок. Хотя вы можете купить Heltec V3 всего за 15 долларов, если у вас есть несколько свободных плат от старых проектов или вам просто нравится собирать все своими руками, это руководство идеально для вас.

Оборудование

Давайте начнем с необходимого оборудования:

1x ESP-32S WiFi + Bluetooth Devkit V1 (30 PIN) — AliExpress Цена 3.82USD
1x 433 Mhz LoRa Module Ra-02 DIP — AliExpress Цена: 3.72USD | 868/915 Mhz LoRa (Мы не тестировали его и это SMD, очень маленький и трудно работать с и нет поддержки IPEX) — AliExpress Цена: 5. 15USD
x1 GIZONT 433 Mhz 10 dbi Gain (опционально, но очень рекомендуется) — AliExpress Цена: 11.16USD За пару коротких и больших (протестировано с ~1.5 KM Range In High-Density City No LOS) — Single Antenna — AliExpress Цена: 4. 88USD — 5.58USD
x1 IPEX к SMA-K (если вы решите пойти с антенной) — AliExpress Pirce: 2.95USD
14x штырьковый разъем — AliExpress Цена: 0.42USD
0.96 дюйма I2C OLED — AliExpress Цена: 1. 29USD (опционально, но вам понадобится последовательное соединение с парой)
4x Female to Female Pin Connector (если вы решите использовать экран)
1x паяльник + 60/40 припой

📢 При заказе на AliExpress рассмотрите возможность объединения покупок у одного продавца, чтобы получить максимальную экономию. Например, если вы покупаете антенну у продавца X, проверьте, не предлагают ли они также кабель IPEX — SMA-K. Приобретая все товары у одного продавца, вы сможете значительно сократить расходы на доставку.

ESP-32S WiFi + Bluetooth Devkit V1

Мы выбрали ESP-32S WiFi + Bluetooth Devkit V1 (30 PIN), компактную и универсальную плату. Если вы планируете добавить несколько датчиков, лучше выбрать 38-контактную версию. Для удобства приобретите плату с предварительно распаянными разъемами. Эти платы выпускаются как с USB Type-C, так и с Micro USB, поэтому выбирайте тот вариант, который подходит к уже имеющимся у вас кабелям.

LoRa Module Ra-02 DIP

Когда речь заходит о чипе LoRa, многие варианты продаются в виде компонентов для поверхностного монтажа (SMC), которые очень малы и могут быть сложны в обращении без повреждения платы. По этой причине мы остановили свой выбор на DIP-версии RA-02. Эта версия установлена на переходной плате, что обеспечивает легкий доступ ко всем контактам и делает ее такой же простой, как сборка из блоков Lego. Имейте в виду, что вам нужно будет припаять к плате разъемы.

Чтобы не тратиться, обратитесь в местный магазин электроники — возможно, они предлагают услуги по пайке, избавляя вас от необходимости покупать паяльное оборудование.

Если вы хотите использовать другую частоту, вы можете не найти в продаже DIP-версию (со штырьками). В этом случае вам понадобится плата-переходник, как на рисунке ниже. Мы попытались найти надежный источник таких плат, но не смогли найти его в Интернете, поэтому проверьте местный регион на наличие потенциальных продавцов.

GIZONT 433 Mhz 10 dbi Gain

В комплекте с модулем RA-02 LoRa обычно поставляется антенна, но зачастую она очень низкого качества и обеспечивает радиус действия всего 10-50 метров. Мы протестировали антенну GIZONT (ссылка прилагается), и она показала себя значительно лучше. Возможно, нам просто повезло с хорошо откалиброванной антенной, но отзывы пользователей Meshtastic говорят о том, что GIZONT — это авторитетный магазин.

При выборе антенны убедитесь, что она работает на правильной частоте. В наших тестах мы использовали 40-сантиметровую антенну для базовых станций, например, размещенных дома или на балконе, и 24- или 20-сантиметровую антенну для портативных устройств.

0.96 inch I2C OLED

Давайте поговорим об экране. Хотя узел может работать и без экрана, его наличие полезно. Экран особенно полезен для сопряжения узла с вашим телефоном, хотя вы также можете сопрягать его через последовательное соединение, найдя 6-значный номер на терминале. Мы настоятельно рекомендуем приобрести экран: они стоят недорого и значительно упростят вашу работу, сделав весь процесс гораздо более гладким.

Сборка

Аппаратная часть готова, и теперь можно приступать к сборке. Для этого мы будем следовать следующим схемам

433 MHZ LoRa Module Ra-02 DIP

⚠️ Завершив подключение, важно не пропустить последний шаг — подключение антенны
💡 Конденсаторы — хорошая практика, но вы можете ее пропустить
💡 Чтобы установить соединение с землей, подключите четыре контакта заземления на плате Lora. Зачистите провода с другой стороны, затем с помощью другого женского кабеля подключите провод к земле на esp32 и зачистите другую сторону. Наконец, соедините четыре провода от платы Lora с проводом заземления на esp32, обеспечив надежное и безопасное соединение с землей. Обязательно используйте электрическую ленту, чтобы избежать замыкания цепи
💡 Важно отметить, что порядок соединений может отличаться. Для точного подключения следуйте маркировкам и io портам на конкретных компонентах и прилагаемым схемам. Внимание к этим деталям гарантирует, что вы установите правильные соединения и избежите потенциальных проблем или повреждения компонентов.

0.96 inch I2C OLED

⚠️ Для более аккуратной установки и чтобы избежать обрыва проводов, некоторые экраны поддерживают напряжение 5 В. В этом случае вы можете подключить вывод Vcc или Vdd (питание) экрана к выводу Vin (вход напряжения) на Esp32. Это упрощает подключение и способствует более чистому внешнему виду вашего узла Meshtastic Lora. Всегда проверяйте спецификации конкретных компонентов, чтобы убедиться в их совместимости и правильном уровне напряжения.
💡 Конденсаторы — это хорошая практика, но вы можете ее пропустить
💡 В некоторых случаях вывод Sck (Serial Clock) может быть обозначен как Scl (Serial Clock Line). Обратите внимание на документацию или этикетки на ваших устройствах, чтобы правильно определить и подключить контакты Sck или Scl во время процесса подключения узла Meshtastic Lora.

После того как все подключения будут выполнены в соответствии с предоставленными схемами, ваша установка должна выглядеть так, как показано на рисунке ниже. Дважды проверьте свои соединения и убедитесь, что они соответствуют предложенной схеме, прежде чем приступать к следующим шагам в процессе сборки.

Прошивка программного обеспечения

Веб-установщик требует наличия браузеров Chrome или Edge, но является отличным выбором для быстрой прошивки устройств.

 Подключите ваше устройство
 Посетите flasher.meshtastic.org *требуется браузер Chrome или Edge
 В качестве устройства мы будем использовать DIY V1
 Выберите последнюю стабильную версию
 Нажмите на Flash

💡 В некоторых версиях ESP32 вам нужно удерживать нижнюю кнопку загрузки перед подключением, продолжайте удерживать ее, пока не увидите прогресс на веб-флешере.

Сценарий CLI считается «ручным процессом» для прошивки. Если веб-прошивальщик не работает, альтернативным вариантом является использование сценария CLI (интерфейс командной строки). Хотя мы не будем подробно рассматривать его в этом руководстве, вы можете обратиться к Meshtastic Guide за исчерпывающими инструкциями.

Сопряжение устройств

Собрав аппаратное обеспечение и прошив прошивку, вы теперь готовы включить LoRa-узел Meshtastic и сопрячь его с вашим телефоном. Этот шаг знаменует собой волнующий момент, когда созданное вами устройство начнет свое коммуникационное путешествие.

Загрузите приложение Meshtastic на свой телефон. Приложение доступно для загрузки как в App Store (iOS), так и в Google Play (Android).
Перейдите на страницу Bluetooth и немного подождите, там должно появиться устройство.
Выберите из списка устройство Meshtastic, с которым вы хотите установить сопряжение. Идентификатор узла устройства и другая необходимая информация должны быть видны в приложении.
Узел Meshtastic покажет код сопряжения, введите его на своем телефоне и подождите секунду или две. Вам будет предложено выбрать регион. Выберите MA433 слот 8. Узел перезапустится, и вы будете готовы к работе.

Заключение

Создание собственного LoRa-узла Meshtastic может стать выгодной и экономичной альтернативой покупке готовых устройств, особенно если у вас есть свободные платы от предыдущих проектов или вы получаете удовольствие от DIY-проектов. Описанные аппаратные требования, включая ESP-32S WiFi + Bluetooth Devkit V1, 433 MHZ LoRa Module Ra-02 DIP, и дополнительный 0,96-дюймовый I2C OLED экран, предлагают универсальную основу для создания узла ячеистой связи.

Процесс сборки включает в себя простую проводку, с четкой схемой, предоставленной как для модуля LoRa Ra-02, так и для дополнительного экрана. Может потребоваться пайка, но местные магазины электроники часто могут помочь с этим шагом. Подчеркнем, что экран, хотя и является опциональным, значительно улучшает пользовательский опыт, упрощая процесс сопряжения с приложением Meshtastic на вашем телефоне.

Прошивка программного обеспечения удобно осуществляется с помощью веб-инсталлятора, совместимого с браузерами Chrome или Edge, или с помощью сценария CLI для ручного процесса, если это необходимо. Для успешной установки прошивки необходимо внимательно следить за процессом.

Наконец, сопряжение устройств с приложением Meshtastic на вашем телефоне очень простое. Приложение, доступное на платформах iOS и Android, облегчает идентификацию и выбор устройства Meshtastic, при этом на узле отображается запрос на ввод кода сопряжения. После выбора региона  и короткого перезапуска ваш DIY Meshtastic LoRa-узел готов к использованию, обеспечивая настраиваемое и самостоятельно создаваемое решение для связи по сетке.