Как собрать дальнобойный узел Meshtastic / Meshcore с питанием от солнца
Дисклеймер: В РФ максимальная разрешенная мощность для устройств на частоте 868мгц не должна превышать 100мВт. В статье описывается сборка устройства, максимальная мощность которого может достигать 2Вт, что в 20 раз больше, как вы понимаете. Выходная мощность устройства устанавливается вами в приложении от 0 до 100%. Табличка прилагается в статье. Полную мощность запрещается применять на постоянной основе, только ПРИ НАЛИЧИИ УГРОЗЫ ЖИЗНИ ЛЮДЕЙ! То есть, для аварийно-спасательных работ вы можете работать на полной мощности, но более никак и никогда. Это нарушение!
Итак приступим.
Теория.
Устройства Meshtastic | Meshcore собираются по принципу: микроконтроллер -> чип LoRa -> антенна.
За мощность и дальнобойность отвечают последние два пункта. Причем антенна — больше.
При хорошей антенне на обычное устройство например Heltec v3 с выходной мощностью 100мВт никаких проблем нет пробить 50-60км дальности по прямой. Но увеличение мощности может помочь в плохих условиях распространения сигнала, когда принимается переотраженный сигнал или на пути сигнала есть препятствия, ослабляющие его.
У такого решения есть большие минусы, кроме нелегального использования. Так, в Москве, в качестве ретрансляторов или просто высоко расположенных нод, использовались устройства с мощностью 1-2 Ватта. Большинство участников их прекрасно принимали, даже из дальнего подмосковья, но в ответ ничего не могли им отправить, так как большая мощность — не означает хорошую чувствительность для слабых сигналов. По итогу, кроме раздражения участников сети, эти ноды никакой пользы не принесли. Они далеко видны в сети, но бесполезны для всех, кто не находится с ними рядом или не имеет похожую мощность, чтобы достать их.
Схемотехника.
Отличие стандартного чипа LoRa и мощной сборки на нем же.
Для сборки мощного устройства, применяют сборки похожего типа, у которых на выход чипа SX1262 подключен интегральный усилитель и установлена вся элементная обвязка.
Таких сборок есть несколько разновидностей. Для задач Meshtastic / Mescore подходят только:
- E22-900M30S — то, что нужно для сети от 800 до 950МГц мощность 1Вт
- E22-400M30S — такой же модуль, но для сети 400-500МГц, мощность 1Вт
- E22-900M33S и E22-400M33S — такие же модули, но мощностью 2Вт
Как вы понимаете, цифра 900 в названии это средняя частота, а 30 — мощность в Дб. Есть точно такие же модули например E22-900M22S — у них мощность не более 200мВт, хотя цена будет одинаковая. Так же есть модули с буквой Т в названии, например E22-900Т30S — у них формат шины управления RX\TX по UART протоколу. Для наших целей они не подходят, зато прекрасно подходят для самоделок на arduino.
Как собрать?
Для сборки достаточно подключить более мощный модуль LoRa к стандартному микроконтроллеру по одной из типовых схем подключения, питаются мощные модули от 5в 1А, поэтому понадобится преобразователь, так как контроллеры питаются от 3.3В.
Конечно можно паять это все проводками на коленке, но занятие на любителя. Все уже придумано до нас.
Основных проектов два — Мештастик DIY, он же Meshtastic Hydra и проект Washtastic.
В чем отличие. Проект DIY и Hydra, как и менее известный проект Meshtastic Adventurer совсем не рассчитаны на автономную жизнь. Их разработка велась тогда, когда сеть только начинала развиваться и основным чипом был ESP32 со своими проблемами в прожорливости и неудобством прошивок, эксплуатации и т.д.
Проект Washtastic сразу был заточен на автономность и питание от солнца. Используется суперэкнономичный микроконтроллер NRF52840, от компании Nordic Semiconductor
точно такой же как в устройствах FakeTec или Heltec T114. Поэтому, даже при мощном выходном модуле, устройство способно работать на небольшой солнечной батарее, а от аккумулятора 18650 может работать несколько суток без подзарядки.
Сравните с устройствами на ESP32 с их полу-метровыми солнечными батареями и килограммами аккумуляторов )
Ссылка на Гит репозиторий проекта Washtastic — https://github.com/valzzu/meshtastic-pcbs/tree/main/WashTastic
Версии Washtastic
В репозитории несколько версий плат. Самая оптимальная — версия 0.3.3, ее еще можно собрать руками без заводской распайки, при этом она наиболее универсальна и имеет все функции.
- Преобразователь питания от литиевого аккумулятора в 5В для мощного усилителя
- Контроллер литиевого аккумулятора (защита)
- Контроллер MPPT (max power point tracker — поиск точки максимальной отдачи) для солнечной батареи и зарядка аккумулятора
- Контроллер питания GPS
- Кнопки управления
- Коннекторы для внешних устройств
Модель собранного устройства.
Печатная плата
Печатную плату можно заказать на заводе, в Китае или у нас. Файлы Гербер для заказа нахдятся в репозитории, но я добавлю их в архив ниже.
Заказ из 10шт стоит примерно 1200р. Однако, если вам нужна всего 1 плата — проще и быстрее ее купить на площадке типа Авито. Там люди, которые заказали 10 штук и поняли что им столько не нужно, продают платы чуть выше себестоимости.
Следите только за тем, чтобы купить правильную версию. Например версия 0.3.5 содержит избыточное количество SMD компонентов формата 0402 которые вручную без микроскопа вы просто устанете запаивать.
Как пример, на фото ниже плата версии 0.3.2 — почти все то же что и для версии 0.3.3 но без кнопки «меню»
Справа как вы видите — находится табличка соответствия значения мощности в приложении (левая колонка) тому что будет на выходе модуля E22-900M30S. То есть, если в приложении, в разделе LoRa, вы поставите мощность 22 — на выходе будет +29.37Дб, то есть 1Ватт.
Для того, чтобы не нарушать закон, значение мощности в приложении должно быть не более 13, тогда на выходе у нас будут законные 100мВт. Не нарушайте закон!
Компоненты
Все необходимые детали для сборки находятся в файле BOM (Bill Of Material — список деталей) приложенных к проекту. Я добавлю в архив ниже все необходимое, чтобы не искать по репозиторию.
Все детали ищем и заказываем через Али или Озон. В последнее време многие детали на Озоне стоят дешевле и порой даже доставка быстрее. Обычно детали продаются десятками, то есть если вы заказали 10 плат, очень логично будет собрать 10 устройств, а не 1 )
Лайфхак. Если микросхема стоит на али дорого — поищите собранные на ней же готовые модули. Их проще потом распаять и переставить все детали на плату. Так например преобразователь 5в в виде отдельных микросхем стоит в разы дороже чем уже готовый преобразователь на плате, которые были по 30р за штуку в сборе. Пять минут работы феном и все детали переставлены на плату Washtastic!
Сборка
Вам понадобятся прямые руки, фен для пайки и хорошая паяльная паста. В этом проекте есть детали размера 0402, которые без увеличения (лупа, очки, микроскоп) даже установить будет не просто. Их не много, но по началу я не знал как с ними работать. Пытался запаять все обычным припоем и паяльником с тонким жалом.
Так не работает. Это трудно, долго, неправильно.
Если у вас еще нет паяльного фена, стоит взять его у товарища или приобрести. Пайка становится намного более простой и быстрой. Вам останется только нанести тонким предметом паяльную пасту на площадки деталей, расставить пинцетом детали и прогреть место пайки феном. Вуаля, пару косяков и плата становится не хуже чем с завода.
Пример, как собираются платы FakeTec при помощи фена и паяльной пасты — сразу 15 шт
В итоге должно получится вот такое устройство
Вопросы можно задавать в комментариях, архив к статье доступен по ссылке ниже
