První experimenty a objevování Meshtastic sítě mám už několik měsíců za sebou, router node je na střeše už od dubna, tak je nejvyšší čas sepsat mé zkušenosti s venkovním, bateriovým routerem pro síť Meshtastic. Tento node slouží jako základ mé mesh sítě, je vodotěsný, nabíjený solárním panelem a má dost dobré pokrytí okolí signálem. Pojďme na to…
Pokud jste nečetli předchozí příspěvěk o úvodu do sítě Meshtastic, tak teď je ta nejlepší chvíle. V předchozím textu popisuju co je to Meshtastic, jak funguje a jak si vyrobit první přenostný a baterií napájený node.
Než se do stavby podle tohoto textu pustíte, pořádně si vše přečtěte! Popisuji i několik problémů, které stále řeším, ne vše funguje na 100 %. Do textu záměrně dávám i části které nefungují, protože to je dle mého názoru nejlepší způsob, jak se poučit a neopakovat stejné chyby.
Zadání
Router v síti Meshtastic slouží primáně pro přeposílání zpráv mezi ostatními členy sítě, musí být trvale dostupný a mít co největší pokrytí signálem. Z toho nám vychází následující požadavky:
- Napájení baterií a malým solárním panelem.
- Musí odolat živlům – déšť, sníh, horké letní teploty i studené zimy.
- Vhodné umístění, ideálně na nejvyšším místě v okolí.
- Snadná montáž. Vše musí být připraveno doma v dílně, žádné bastlení na žebříku.
- Konfigurace node musí být možná i vzdáleně.
Komponenty
Základem routeru je opět RAK19007 s RAK4631 pro frekvenci 868 MHz, tedy stejný HW jako jsem použil v předchozím „client node“. Dále jsem koupil:
- montážní krabička ABB 00846 100×100×50 mm [affiliate Amazon.de, TME.eu, Farnell],
- solární panel 6 V, 4.5 W o rozměrech 165×165×3 mm [affiliate Amazon.de, LaskaKit],
- baterie LiPol 1S1P 3 Ah včetně ochrany o rozměrech 80×50×6 mm [LaskaKit],
- přepínač kolébkový SPST IP65 [TME.eu],
- anténa 2.3 dBi na 863-870 MHz [TME.eu],
- konektor do panelu, 2 piny pro zapojení solárního panelu [TME.eu],
- kabel IPEX na SMA, 100 mm [TME.eu],
- konektor 2 piny s roztečí 1.5 mm JST ZHR-2 [TME.eu],
- kontakty JST SZH [TME.eu],
- sanitární silikon pro utěsnění solárního panelu,
- lepidlo na plast, například Mamut glue a
- 3D tiskový filament ASA, bílý [affiliate Amazon.de].
Když už jsme u těch 3D filamentů, znáte můj další projekt MakerDeals.eu? Vytvořil jsem jednoduchý nástroj pro výběr a porovnávání filamentů na Amazonu. Snadno se tam hledají aktuální slevy. Filamenty ASA zde.
Spojovací materiál:
- 12× M3 závitové vložky,
- 8× M3×30 DIN912 šroubky,
- 4× M3×6 DIN912 šroubky,
- 12× M3×8 DIN912 šroubky,
- 10× 3.5×10 DIN7981C šrouby,
- 8× M3 podložky
3D tiskárna:
Design držáků pro solární panel, krabičku a PCB uvnitř krabičky najdete na mém profilu Printables. Je potřeba vytisknout následují části z materiálu ASA.
- 1× BaseBottom pro krabičku s elektronikou.
- 2× Base&Solar-Top pro solární panel a krabičku.
- 1× Solar-Arm
- 1× Solar-Base
- 1× Solar-Frame
Mechanika
Pojďme teď poskládat elektroniku do krabičky. Na fotkách níže je vidět finální podoba mého routeru. Všechny výše popsané komponenty včetně 3D tištěných částí jsou zde pěkně vidět.
Oba konektory a tlačítko jsou na spodní straně krabičky, doporučuju je z vnitřní strany zaplácnout silikonem a nechat zaschnout.
Držák krabičky i panelu je vytisknutý z ASA a je navržen na trubku 34 mm v průměru.
A na zavěr ještě krátké video z montáže solárního panelu
Elektronika
Nejdříve jsem provozoval router bez jakýchkoliv dalších úprav. Vše fungovalo, ale baterie se většinu času jen vybíjela. Nepomohlo ani horší počasí, skoro týden bylo pod mrakem a s přestávkama pršelo. Router se po vybil cca po 16 dnech a tak jsem se rozhodl trochu upravit základní desku RAK19007.
Aby se podobná situace neopakovala a abych nemusel kupovat větší solární panel, musel jsem sáhnout po páječce. Výrobce desky nepoužil žádný sofistikovaný MPPT čip, ale pouze obyčejný IC pro nabíjení Li-Ion baterií konstatním proudem nebo napětím. IC TP4054 nabíjí baterii konstantním proudem, který se dá nastavit pomocí PROG rezistoru, kterou výrobce desky nastavil na 2700 Ω. To dělá nabíjecí proud 370 mA. Takový proud ale náš solární panel s napětím větším jak 4 V umí jen v případě velmi hezkého slunečného počasí. Snížením nastaveného nabíjecího proudu si zvýšíme i šance na nabití baterie v době, kdy je oblačno.
Stačí vyměnit rezistor R2 z původních 2700 Ω na 15 kΩ, tím se změní nabíjecí proud z 370 mA na cca 66 mA. Já měl k dispozici 15 kΩ rezistor v pouzdru SMD 0603, které je větší než původní rezistor, ale dal se na plošky zapájet celkem snadno.
Po této modifikaci jsem vše opět zavřel do krabičky a znovu umístil na střechu. Tentokrát router fungoval víc jak 3 týdny, během kterých opět několik dní pršelo nebo bylo pod mrakem. Tentokrát se ale baterie dobíjela.
Po třech týdnech se router opět odmlčel. Výlet na střechu a následná inspekce ukázala… nic. Po odpojení baterie a solárního panelu a následném opětovném připojení se Meshtastic opět rozběhl. Baterie měla napětí 3.9 V, takže téměř nabítá. Podobná situace se opakovala ještě jednou o pár dní později a opět se vše vyřešilo restartem.
Nejsem si úlně jistý čím by to mohlo být, a proto ani nemám řešení. Za zmínku stojí, že jsem trochu pátral ve schématu a datasheetech použitých IC a jeden problém v mém zapojení vidím. Zatím se neprojevil, ale je to věc, kterou bude potřeba výhledově vyřešit.
Osazená Zenerova dioda D3 (viz schéma výše) slouží jako bezpečnostní prvek proti přepětí a je na 5.6 V, čímž limituje maximální napětí do zbytku elektroniky. Při výběru solárního panelu jsem bral variantu, která má výstupní napětí 6V a výkon 4,5 W. Pokud by panel byl schopen vyrobit svůj maximální udávaný výkon, pak Zenerova dioda musí „spálit“ přebytečných 0,4 V, což je při 750 mA výkon 533 mW. Dioda D3 má udávanou hodnotu 500 mW. Moje první úvaha při nákupu byla, že takováto situace nenastane, protože:
- maximální výkon panel v horkém počasí nedodá,
- část proudu spotřebuje RAK4631 a nabíjecí obvod,
- solární panel je měkký zdroj a při zatížení klesne napětí.
Napětí panelu na prázdno (nebo při malém zatížení, například když je baterie plně nabitá a energie se tak nemá kam ukládat) může ale být vyšší jak udávaných 6 V. V takovém případě se může Zenerova dioda D3 spálit.
Tady ještě pro úplnost přikládám Twitter vlákno, kde jsme řešili popisovaný problém.
Nastavení FW
Jak flashnout FW jsem popisoval v předchozím článku, stejně tak je tam popsáno základní nastavení. Takže se tady nebudu opakovat a pouze zmíním konfigurační parametry, které se v routeru liší oproti klientovi.
- Device → Role → ROUTER
- Device → Serial output enabled → OFF
- Device → NodeInfo broadcast interval → 10800 seconds
- Channels → přidat kanál „admin“ s bezpečným klíčem, který nebudete sdílet
- Position → Position broadcast interval → 21600 seconds
- Position → Use fixed position → ON
- Position → nastavit Latitude, Longitute a Altitude.
- Position → GPS mode → DISABLED
- Bluetooth → Bluetooth enabled → OFF
To je z nastavení vše. Ještě vysvětlím „admin“ kanál.
Pokud na všech vašich nodech nastavíte kanál „admin“ se stejným tajným klíčem, budete moct zařízení konfigurovat na dálku přes aplikaci. Funguje to tak, že v Meshtastic aplikaci v seznamu nodů kliknete na jméno toho node, který chcete konfigurovat a kliknete na „Radio configuration“.
Načtení a uložení konfigurace je přes síť mnohem pomalejší, než u lokálního node a také záleží na počtu skoků (hops) a síle signálu. Pokud je ale spojení spolehlivé, dá se vzdálený node nastavit bez problému a nemusíte k němu mít fyzický přístup. Proto jsem na svém routeru vypnul jak Bluetooth, tak sériovou linku.
Závěr
Pokud jste se pustili do stavby routeru node podle mého návodu, tak budu rád za zpětnou vazbu. Je dost možné, že jsem na něco zapomněl. Určitě se ozvěte pokud vás napadne řešení problému se „zasekáváním“, které zatím řeším jen manuálním restartem.
Co dál? Už několik dní pracuji na vlastním návrhu základové desky pro rádio RAK4630, kde se snažím vyřešit hlavní problémy s RAK19007+RAKRAK4631. Moje deska, například, zvládne solární panely s napětím až do 30 Voltů a obsahuje opravdový MPPT. Zároveň by měla umět Lithium Titanium Oxide (LTO) baterie, které na rozdíl od běžných Li-Ion půjde nabíjet a provozovat v zimě během mrazů. Uvidíme, jak a jestli se mi to vše povede. Vše budu sdílet na Twitteru.