Faketec: открытая альтернатива Heltec V3, решение для самостоятельной сборки Meshtastic

Как насчет того, чтобы ваше устройство Meshtastic работало в разы дольше при низких затратах и низком энергопотреблении? Было максимально гибким и универсальным? Встречайте — устройство на базе платы Faketec и HT-RA62 + ProMicro NRF52840

Что такое fakeTec?

fakeTec — это всего лишь проект печатной платы, которую можно заказать на заводе и затем распаять на ней микроконтроллерную сборку NRF52840 (называется ProMicro) и радиомодуль LoRa HT-RA62. Цель проекта — создать лучшее по параметрам устройство чем Heltec V3, V4 с более низким энергопотреблением, сохранив при этом условную совместимость с корпусом и аксессуарами Heltec V3. 

Все файлы проекта были опубликованы в репозитории GitHub gargomoma/fakeTec_pcb, включая:

· Файлы для производства печатных плат (PCB Gerber)

· Спецификация материалов (BoM)

· Поддержка прошивки

· Дизайн корпуса, напечатанного на 3D-принтере (разработанный и любезно предоставленный различными энтузиастами fakeTec из сообщества, подробнее в следующей статье)

Поскольку это полностью открытый исходный код, а все детали можно легко приобрести на Али или других платформах электронной коммерции, fakeTec становится чрезвычайно привлекательным решением для самостоятельной сборки.

Название fakeTec немного юмористическое — это не официальное устройство Heltec, но оно почти идентично по форме и размеру и иногда совместимо с корпусом Heltec V3. В некотором смысле, это «замена» Heltec V3 (Fake + Heltec = fakeTec), но оно дешевле, более энергоэффективно и предлагает лучший опыт!

Преимущества fakeTec

В мире устройств Meshtastic быстрая популярность fakeTec среди энтузиастов DIY обусловлена четырьмя ключевыми преимуществами.
1. Более низкая цена и более высокая экономическая эффективность

Купите плату разработчика Meshtastic. В настоящее время в нашем китайском сообществе наиболее популярны два варианта:

· Heltec LoRa32 V3 (сокращенно Heltec V3): цена около 100 юаней, использует чип ESP32 и имеет высокое энергопотребление. Это вариант с оптимальным соотношением цены и качества.

· Heltec T114: цена от 189 до 299 юаней, это устройство Heltec с низким энергопотреблением использует микроконтроллер nRF52 с низким энергопотреблением. В настоящее время это лучший выбор для создания солнечных узлов.

Чрезвычайно низкое энергопотребление, срок службы батареи увеличен в несколько раз.

Heltec V3 использует чип ESP32, который имеет высокое энергопотребление. В режиме связи LoRa, даже с батареей большой емкости, время работы часто составляет всего 1-2 дня.

fakeTec использует чипы серии Nordic nRF52, которые имеют гораздо более низкое энергопотребление, чем ESP32, и могут увеличить срок службы батареи в 5-8 раз!

Тестирование пользователей на Reddit:

· Устройство fakeTec с батареей емкостью 650 мАч может работать 5-7 дней или даже дольше при умеренной нагрузке.

· При одинаковой емкости батареи срок службы батареи устройств ESP32 составляет менее 1/5

Для сравнения, Heltec T114 также основан на энергоэффективной конструкции nRF52, и его срок службы батареи близок к сроку службы fakeTec, но его цена в 4-6 раз выше, чем у fakeTec. Кроме того, fakeTec позволяет пользователям свободно настраивать батарею, корпус и схему питания, что делает его более расширяемым.

Условная совместимость с корпусом Heltec V3

Размеры печатной платы fakeTec практически идентичны Heltec V3, с небольшой разницей в высоте и расположении кнопок. Это означает, что вы теоретически можете использовать корпус Heltec V3 с небольшими изменениями, без необходимости проектирования с нуля.

Для пользователей, которые уже приобрели устройства Heltec V3, fakeTec предоставляет недорогой способ обновления. Вам не нужно заменять все устройство. Достаточно заменить печатную плату, мгновенно обновив устройство с ESP32 до nRF52, что значительно улучшит время работы от батареи.

Полностью открытый исходный код с сильной поддержкой сообщества

fakeTec — это DIY-проект, управляемый сообществом. Все файлы с проектами, прошивкой, файлы для производства печатных плат и проекты корпусов для 3D-печати являются открытыми. Вы можете изменять, настраивать и улучшать их по своему усмотрению!

Как проект с открытым исходным кодом, который постоянно оптимизируется, fakeTec прошел через усилия и усовершенствования нескольких членов сообщества от версии v1 до v4:

· v1 — v3: разработаны и предоставлены gargomoma, создателем проекта fakeTec.

· v4: последняя версия печатной платы fakeTec была переработана и усовершенствована членом сообщества lupusworax. Это знаменует начало по-настоящему управляемого сообществом этапа для fakeTec, позволяющего различным участникам участвовать в оптимизации и модернизации аппаратного обеспечения. Новая версия v4 была разработана членом сообщества lupusworax, а печатная плата была перерисована с нуля его коллегой Severin.

Передняя и задняя панели печатной платы fakeTec v4

Последняя версия fakeTec v4 прошла ряд оптимизаций, которые значительно улучшили ее масштабируемость и удобство использования:

· Добавлены три новых MOSFET для лучшего управления внешними устройствами, а также добавлены резисторы и контактные площадки для лучшей пайки.

· Удален THT (Through-Hole) делитель напряжения, теперь поддерживаются только SMD-резисторы, оптимизирована конструкция схемы.

· Добавлены 3 порта GPIO для внешних устройств:

o GPIO 24: управление включением GPS

o GPIO 6, GPIO 8: используются для управления другими периферийными устройствами

· Оптимизирован метод подключения периферийных устройств. Положительный полюс внешнего оборудования подключается напрямую, а GND управляется MOSFET для обеспечения более надежного управления переключателем.

В настоящее время проект fakeTec на GitHub включает:

· Полные файлы для производства печатных плат

· Подробную спецификацию материалов (BOM)

· Рекомендуемую версию прошивки и метод прошивки

· Корпуса с открытым исходным кодом, напечатанные на 3D-принтере, которые были любезно предоставлены несколькими пользователями (подробнее об этом в следующей статье)

FakeTec также имеет активные дискуссионные форумы на Reddit и Discord, где многие пользователи делятся своими решениями по оптимизации и советами по устранению неполадок. Наше китайское сообщество MeshCN Meshtastic также имеет большое количество членов, использующих FakeTec. Если у вас возникнут какие-либо проблемы во время сборки или использования, сообщество предоставит вам отличную поддержку!

Для кого предназначен fakeTec?

Как проект с открытым исходным кодом для самостоятельной сборки, fakeTec отличается от готовых устройств, представленных на рынке. Он требует от пользователей определенных практических навыков и готовности потратить время на выполнение всего процесса от закупки оборудования до пайки и отладки программного обеспечения.

Поскольку fakeTec не является продуктом типа «plug-and-play», как Heltec V3 или Heltec T114, пользователи должны выполнить несколько важных шагов перед его использованием:

· Разместить заказ на изготовление печатной платы — fakeTec не продает готовые печатные платы. Пользователи должны загрузить файлы Gerber производителям печатных плат (таким как JLCPCB) и разместить заказ на изготовление. Второй вариант — купить готовую плату на Авито или Озоне.

· Пайка и сборка — приобретите плату разработчика nRF52, модуль LoRa, резисторы, кнопки и другие компоненты и самостоятельно припаяйте их к печатной плате.

· Прошивка загрузчика — большинство плат разработчика nRF52 могут не иметь загрузчика, подходящего для Meshtastic, когда они покидают завод, поэтому пользователям необходимо прошить загрузчик вручную.

· Прошивка прошивки Meshtastic — прошивка прошивки Meshtastic для устройства fakeTec, позволяющая ему присоединиться к сети Meshtastic и нормально обмениваться данными.

Это означает, что fakeTec подходит не всем. Если вы абсолютно не интересуетесь пайкой электроники, прошивкой прошивки или отладкой беспроводных устройств и просто хотите устройство Meshtastic, которое работает сразу после покупки, fakeTec может не подойти вам.

Для сравнения, Heltec T114 является более идеальным выбором. Он использует тот же энергоэффективный чип nRF52 и готов к использованию сразу после покупки. 

Поэтому многие в сообществе настоятельно рекомендуют его. Если вы предпочитаете подключение по принципу «plug-and-play» и готовы заплатить дополнительную стоимость, Heltec T114 может лучше подойти для ваших нужд.

Так для кого же лучше всего подходит fakeTec? Судя по отзывам сообщества, этот проект больше подходит для опытных пользователей, которые уже экспериментировали с существующими устройствами Meshtastic и хотят попробовать свои силы в более сложных процессах DIY. Если вы уже знакомы с сетью Meshtastic и хотите создать свой собственный узел по более низкой цене, или если вы недовольны высоким энергопотреблением Heltec V3 и хотите перейти на решение nRF52 с более низким энергопотреблением, fakeTec — достойный вариант. Это не только позволит вам больше узнать о беспроводной связи, пайке оборудования и отладке прошивки в процессе самостоятельной сборки, но и получить более персонализированное устройство Meshtastic по завершении.

Конечно, этот процесс самостоятельной сборки не означает, что вам придется во всем разбираться самостоятельно. Если вы присоединитесь к группе Meshtastic China WeChat, ее участники предоставят вам техническую поддержку и помогут избежать потенциальных ошибок. Тем не менее, вам все равно нужно быть готовым, поскольку fakeTec — это не устройство типа «подключи и работай», а проект DIY, который требует времени и усилий для завершения.

Если вы просто хотите сэкономить деньги и не интересуетесь аппаратным и программным обеспечением, fakeTec может вас разочаровать.

Но если вы готовы принять вызов, пробовать новое и интересуетесь технологиями беспроводной связи, fakeTec — это проект, который определенно стоит изучить. Он не только даст вам более глубокое понимание того, как работают устройства Meshtastic, но и добавит удовольствия от использования вашей сети беспроводной связи.

Как начать работу с fakeTec?

Для начала прочитать вот эту статью о сборке.

Чтобы воспользоваться мощными функциями fakeTec, сначала необходимо подготовить соответствующие аппаратные компоненты, затем выполнить пайку и сборку, прошить прошивку и, наконец, завершить настройку сети Meshtastic.

Хотя fakeTec — это проект для самостоятельной сборки, сообщество предоставило полный список необходимых компонентов (BOM) и учебные материалы по прошивке, поэтому весь процесс запуска не сложен. Даже пользователи, не имеющие большого опыта в области электронного оборудования, могут легко собрать fakeTec.

· Разместите заказ на изготовление печатной платы — fakeTec не продает готовые печатные платы. Пользователи должны загрузить файлы Gerber производителям печатных плат (например, JLCPCB) и разместить заказ на изготовление. Так же можно приобрести одну плату и все прочие элементы, например, на Озоне.

· Пайка и сборка — приобретите плату разработчика nRF52, модуль LoRa, резисторы, конденсаторы и другие компоненты и самостоятельно припаяйте их к печатной плате.

· Прошивка загрузчика — большинство плат разработчика nRF52 могут не иметь загрузчика, подходящего для Meshtastic, когда они покидают завод, поэтому пользователям необходимо прошить загрузчик вручную.

· Прошивка прошивки Meshtastic — прошивка прошивки Meshtastic для устройства fakeTec, позволяющая ему присоединиться к сети Meshtastic и нормально обмениваться данными.

Подготовьте необходимые аппаратные компоненты

Основное аппаратное обеспечение fakeTec состоит из трех компонентов: основной платы управления nRF52, модуля связи LoRa и печатной платы fakeTec. Основная плата управления nRF52 определяет вычислительные и коммуникационные возможности устройства, модуль LoRa отвечает за беспроводную связь, а печатная плата fakeTec служит соединителем для всего устройства, обеспечивая беспроблемную сборку всех компонентов.

В настоящее время fakeTec использует ProMicro (версия nRF52) в качестве основного управляющего чипа. Цена этой платы разработчика составляет около 10-20 юаней, и пользователи могут легко приобрести ее на Taobao или Али, это примерно 160р.

Что касается модулей LoRa, fakeTec поддерживает модули LoRa нескольких брендов, включая чипы с TCXO и без них. Для лучшей производительности я рекомендую покупать чипы LoRa с TCXO.

Кварцевые генераторы с температурной компенсацией (TCXO) имеют решающее значение для солнечных или наружных узлов Meshtastic, поскольку эти устройства часто подвергаются большим перепадам температуры (например, высоким температурам днем и низким температурам ночью). TCXO автоматически компенсируют дрейф частоты, вызванный температурой, обеспечивая стабильное качество сигнала и надежность на больших расстояниях.

Цена чипов LoRa разных марок составляет около 20 юаней, например, Heltec HT-RA62, EByte E22, Anxinke RA-01SH и т. д. Пользователи могут выбирать в соответствии со своими ресурсами.

ПРИМЕЧАНИЕ: EByte E22 (версия 470 МГц) не совместим напрямую с печатными платами fakeTec!

В оригинальном файле README проекта fakeTec  HYPERLINK «https://github.com/gargomoma/fakeTec_pcb/blob/main/README.md» \t «https://meshcn.net/ what-is-fakeTec-opensource-diy-meshtastic-project/_blank» рекомендует модуль EByte E22, который на самом деле предназначен для зарубежных диапазонов частот LoRa (таких как 868 МГц или 915 МГц).

В диапазоне 470 МГц в Китае распиновка и размер корпуса модуля E22 не соответствуют конструкции печатной платы fakeTec. Если вы используете версию E22 470 МГц в Китае, вы обнаружите, что ее нельзя напрямую припаять к печатной плате fakeTec. Если вы не подключите ее с помощью проводов, она не будет работать должным образом.

Это ошибка, которую совершили многие члены сообщества, поэтому будьте внимательны при выборе модуля LoRa, чтобы избежать неприятных сюрпризов.

Наконец, для печатных плат fakeTec пользователи должны самостоятельно размещать заказы на изготовление, а конкретная цена зависит от объема производства. Если минимальный заказ составляет 10 штук, стоимость одной печатной платы составляет примерно менее 5 юаней. При массовом производстве стоимость будет еще ниже.

Вам необходимо получить доступ к папке gerbers проекта печатных плат fakeTec и загрузить последнюю версию файлов для производства печатных плат v4 (архив ZIP). Эта версия предлагает значительные улучшения по сравнению с предыдущими версиями и рекомендуется к использованию. После загрузки загрузите файлы на любую платформу для производства печатных плат для изготовления. Эти файлы используют универсальный формат и не зависят от платформы. В настоящее время пользователи сообщества часто выбирают JLC PCB для производства печатных плат, поскольку эта компания проводит активные рекламные кампании и часто предлагает бесплатные купоны на производство печатных плат.

При покупке оборудования пользователи могут добавить дополнительные компоненты в зависимости от своих потребностей, такие как OLED-экран (для отображения информации о состоянии) и разъем для батареи (для питания от батареи). Эти компоненты не являются обязательными для fakeTec, но если вы хотите получить более полный функциональный опыт, вы можете рассмотреть возможность их покупки.

Пайка и сборка оборудования fakeTec

После приобретения всего необходимого оборудования следующим шагом является пайка и сборка устройства fakeTec. Печатная плата fakeTec разработана таким образом, чтобы быть максимум совместимой с корпусом Heltec V3, поэтому пользователям не нужно проектировать дополнительные монтажные конструкции. Вместо этого просто припаяйте плату разработчика nRF52, модуль LoRa, резисторы, конденсаторы и другие компоненты к печатной плате в соответствии с расположением контактных площадок на печатной плате.

Пользователям с небольшим опытом пайки рекомендуется использовать флюс и тонкий припой, а также провести тестирование перед официальной пайкой, чтобы убедиться, что все компоненты расположены правильно.

Сначала запишите прошивку Bootloader и Meshtastic, затем припаяйте и соберите

Для платы разработчика ProMicro (версия nRF52) рекомендуется протестировать загрузчик перед сборкой и пайкой, чтобы убедиться в его правильной работе и избежать ситуации, когда после пайки обнаружится, что функция прошивки не работает.

Я рекомендую сначала записать загрузчик и прошивку Meshtastic на плату разработчика ProMicro, а затем собрать и припаять ее после того, как вы убедитесь, что нет никаких проблем. Такой подход поможет исключить проблемы с программным обеспечением при последующем устранении неполадок.

Подробное руководство по программированию nRF52 Promicro см. в разделе «Программирование прошивки» статьи «T114 killer? 35 DIY nRF52 Meshtastic Nodes», в котором описывается использование adafruit-nrfutil и командной строки Meshtastic CLI для выполнения операций стирания и программирования.

Прошивка Meshtastic

После завершения сборки оборудования для правильной работы fakeTec требуется прошить прошивку Meshtastic. Этот процесс немного сложнее, чем для устройства Heltec V3, так как версия загрузчика по умолчанию ProMicro (версия nRF52) может быть более старой и требует ручного обновления. Пользователи могут подключить устройство fakeTec через USB и дважды щелкнуть по контактам RST и GND, чтобы войти в режим загрузчика. Затем перетащите последнюю версию файла update-nice_nano_bootloader-0.9.2_nosd.uf2 на устройство, чтобы завершить обновление загрузчика.

После обновления загрузчика можно приступить к прошивке прошивки Meshtastic. Хотя устройства fakeTec совместимы с официальной прошивкой ProMicro nRF52, мы рекомендуем использовать онлайн-инструмент для прошивки Web Flasher, предоставленный разработчиком сообщества mrekin. Этот инструмент автоматически идентифицирует устройства fakeTec и помогает пользователям выбрать подходящую версию прошивки. Прошивка проста: просто откройте mrekin.duckdns.org/flasher в браузере, следуйте инструкциям на экране, выберите прошивку nRF52 ProMicro, нажмите кнопку «Flash» и подождите несколько минут, пока прошивка будет прошита.

После завершения прошивки fakeTec автоматически перезагрузится. На этом этапе вы можете открыть мобильное приложение Meshtastic и попытаться подключиться к вашему устройству fakeTec. При первом подключении устройство может отображать информацию о канале по умолчанию. Вы можете вручную изменить идентификатор канала, чтобы он соответствовал вашему региону.

Отладка и оптимизация устройств fakeTec

После завершения сборки оборудования и прошивки рекомендуется выполнить базовую отладку и оптимизацию, чтобы обеспечить стабильную работу устройства fakeTec. Сначала с помощью приложения Meshtastic или веб-интерфейса проверьте, нормально ли устройство fakeTec отправляет и принимает пакеты LoRa. Если сигнал нестабилен, возможно, потребуется отрегулировать положение антенны или заменить ее на антенный адаптер более высокого качества. Кроме того, некоторые пользователи могут столкнуться с сбоями при передаче длинных сообщений при использовании устройств fakeTec. Обычно эту проблему можно решить, добавив дополнительные развязывающие конденсаторы к модулю LoRa.

Пользователи, которые хотят дополнительно оптимизировать время работы батареи fakeTec, могут рассмотреть возможность использования более эффективных решений по управлению батареей, таких как солнечный зарядный модуль MPPT или более емкий литий-ионный аккумулятор. Благодаря чрезвычайно низкому энергопотреблению nRF52, fakeTec хорошо подходит для решений по долгосрочному энергоснабжению. Многие пользователи уже экспериментировали с солнечным питанием своих устройств fakeTec, превратив их в действительно не требующие обслуживания удаленные узлы Meshtastic.

Хотя для начала работы с fakeTec требуется некоторый опыт в области DIY, в целом это довольно просто. Благодаря низкой стоимости, высокой совместимости и широким возможностям расширения, fakeTec стал одним из самых популярных DIY-решений в сообществе Meshtastic. Для пользователей, желающих создать свои собственные устройства Meshtastic, fakeTec, несомненно, является привлекательным вариантом.

Заключение

fakeTec — это DIY-проект, созданный сообществом, который предлагает недорогое и высокопроизводительное решение для устройств Meshtastic.

Для пользователей, которые хотят построить недорогую сеть Meshtastic, fakeTec снижает стоимость каждого узла до 35-50 юаней, что означает, что с тем же бюджетом можно развернуть больше устройств, тем самым улучшив покрытие и стабильность всей сети.

Помимо ценового преимущества, наиболее впечатляющей особенностью fakeTec является низкое энергопотребление. Процессор nRF52 в несколько раз более энергоэффективен, чем ESP32, что значительно продлевает срок службы батареи устройства. При одинаковой емкости батареи устройства fakeTec могут работать непрерывно в 5-10 раз дольше, что значительно снижает необходимость в частой зарядке или замене батареи. Для пользователей, которые хотят развернуть устройства Meshtastic на длительный срок, низкое энергопотребление fakeTec делает его более надежным вариантом.

Что еще более важно, fakeTec воплощает дух сообщества открытого исходного кода. Он не только предоставляет полные файлы для производства печатных плат и поддержку прошивки, но и позволяет пользователям свободно настраивать его в соответствии со своими потребностями. Будь то добавление модуля GPS, оптимизация управления батареей или даже 3D-печать индивидуального корпуса, fakeTec предлагает безграничные возможности для энтузиастов DIY. Участники сообщества уже разработали множество вариантов расширения и постоянно оптимизируют дизайн fakeTec, чтобы адаптировать его к более широкому спектру сценариев применения.

В экосистеме Meshtastic fakeTec воплощает творческий потенциал сообщества. Он олицетворяет дух инноваций, движимых сообществом, позволяя большему количеству пользователей присоединиться к миру Meshtastic с меньшими барьерами для входа. В будущем, по мере роста сообщества, fakeTec может подвергнуться дальнейшей оптимизации и расширению, а также разработке более разнообразных версий для удовлетворения потребностей различных пользователей.

В настоящее время существует более десяти дизайнов корпусов на основе fakeTec, каждый из которых щедро предоставлен сообществом в открытом доступе. К ним относятся дизайн в виде карты под названием fakeCap (название говорит само за себя ), вдохновленный SenseCap T1000-E, и прочный корпус в форме таблетки с водонепроницаемостью IP65, идеально подходящий для пеших прогулок, альпинизма и т. д. В будущем я буду писать статьи о каждом выдающемся дизайне корпуса fakeTec, поэтому не забудьте проверить обновления!

Тем, кто все еще сомневается, стоит ли попробовать fakeTec, стоит задать себе вопрос: если есть устройство, которое является недорогим, имеет длительный срок службы батареи, свободно настраивается и имеет огромную поддержку сообщества, стоит ли его попробовать? Ответ, очевидно, да.

fakeTec — именно такое решение, предлагающее пользователям Meshtastic экономичную альтернативу коллективному интеллекту. Если вы интересуетесь беспроводной связью, самодельным оборудованием и даже духом сообщества открытого исходного кода, fakeTec определенно стоит попробовать.