Výroba Meshtastic routeru 2

Tento článek slouží jako manuál pro výrobu Meshtastic routeru s mojí základovou deskou, baterií Li-Ion a 10 W solárním panelem. Design sice vychází z předchozí verze, ovšem změnilo se v něm skoro vše: elektronika, solární panel, antény i upevnění krabičky. Nachystejte šroubováky, jdeme na to…

Úvod

Proč další verze? Protože jsem nebyl s mým prvním Meshtastic routerem spokojen. Použitý solární panel měl malý výkon, firmware se skoro každý druhý týden „sekl“ a pomohl jedině restart (a tedy výlet na střechu) a napájení/nabíjení nebylo vyřešeno dobře.

Deska RAK19007 s modulem RAK4631, které jsem v mém prvním routeru použil, jsou papírově určeny k napájení ze solárního panelu, ale neobsahují MPPT a mají omezení pouze pro napětí 5,5 V nebo méně. Prakticky je tedy nutné předřadit této elektronice nějakou solární MPPT nabíječku pro baterie.

Když jsem začal dávat dohromady komponenty pro další verzi, uvědomil jsem si, že jednodušší a praktičtější bude navrhnout si vlastní elektroniku s integrovaným MPPT a nabíječkou pro různé typy baterií. A tak vznikla moje základová deska pro Meshtastic.

Nová elektronika mi umožnila použít větší a výkonější solární panel, tak jsem se pustil do kompletního redesignu a výsledkem je router, který si nyní spolu postavíme.

Tento design jsem testoval od začátku srpna 2024 a na střechu definitivně umístil začátkem září. Od té doby přežil bez úhony srpnové horké počasí i zářijové povodně a silné větry. Baterie se celou dobu drží nad 95% a ani jednou nedošlo k záseku firmware.

Seznam komponent

Níže je seznam všech potřebných komponent na výrobu Meshtastic routeru. Doporučuji vytisknout plastové díly z materálu ASA, který je UV stabilní a vydrží vyšší teploty než PLA nebo PETG.

Anténní držák vhodný pro tento design.

Je ale potřeba zmínit, že tento materiál je velmi náročný na tisk, protože nedrží na podložce. Na fotografiích níže je vidět, že se mi velké díly během tisku odlouply od podložky, jsou pokroucené a nemají hezkou texturu na horní straně. Na funkci to naštěstí nemá vliv. Pokud nemáte kvalitní tiskárnu nebo nechcete kupovat ASA pro jeden projekt, pak je dobrá alternativa PETG.

Momentálně jsou k dispozici dvě varianty 3D tisknutých komponent. Pro anténní držáky s průměrem trubky 34 a 40 mm. Pokud potřebujete jiný rozměr, napište mi a vytvořím další.

3D tisk

Tisk z ASA; vrstva 0,2 mm; infill 20-30%; 2 perimetry. Soubory ke stažení na Printables, celkem je potřeba 170 g filamentu a cca 12 hodin tisku na Prusa MK3S+. Část A a část C mají různé rozměry pro různé anténní stožáry, vyberte buď průměr 34 mm nebo 40 mm.

  • A – Solar_G949_partA_XXmm.3mf
  • B – Solar_G949_partB.3mf
  • C – Solar_G949_partC_XXmm.3mf
  • SMA – Solar_G949_partSMA.3mf
  • INS – Solar_G949_partINS.3mf
  • BAT – Solar_G949_partBAT.3mf

Spojovací materiál

  • 9× šroub M3×5 mm DIN912
  • 4× šroub M3×8 mm DIN912
  • 4× šroub M3×20 mm DIN912
  • 4× šroub M3×30 mm DIN912
  • 4× šroub M5×10 mm DIN912
  • 4× šroub 3,5×6 mm DIN7981C
  • 4× matice M3
  • 4× čtyřhranná matice M5 DIN557
  • 8× podložka M3
  • 4× podložka M5
  • závitová vložka M3

Elektronika

Ostatní

  • krabice ABS IP65 100×100×50, ABB 00846
  • 2×150 mm silikonový vodič AWG20-22
  • trochu silikonu na utěsnění spojů
  • 170 g ASA filament pro 3D části
  • anténní držák s průměrem trubky 34 nebo 40 mm
Potřebné komponenty k sestavení Meshtastic routeru.
Doporučené nářadí.

Příprava závitových vložek

Do 3D tisknutých částí je nejdříve potřeba zatavit 8 závitových vložek M3. To se provede pomocí páječky nastavené na cca 200°C. Závitovou vložku si podržte pinzetou před otvorem v dílu a pak na ni pomocí hrotu páječky mírně zatlačte. Celá operace by neměla trvat déle jak 10 sekund, vložka by měla být zarovnaná v okrajem plastu.

Na obrázcích ukazuju kam všude je potřeba vložky umístit: 2 patří na horní stranu menšího dílu B, 2 patří na horní stranu většího dílu A a zbylé 4 patří do otvorů na zadní straně dílu A.

Pozor, 2 vložky na zadní straně dílu A jsou hluboko v plastu. Doporučuji umístit vložku na správné místo pomocí pinzety a teprve pak zatavit páječkou.

Upevnění k solárnímu panelu

  • Do obou plastových dílů A a B vložte čtyřhranné matice M5.
  • Opatrně otočte maticemi dolů a zasuňte oba díly pod hliníkové okraje solárního panelu.
  • Zarovnejte otvory v solárním panelu s maticemi v dílech A a B.
  • Do otvorů vložte šrouby M5 s podložkami a lehce přitáhněte pomocí imbusu.
  • Nedotahujte úplně, oba plastové díly by se měly v otvorech hýbat.
  • Nyní je čas díly A a B spojit pomocí šroubů M3×20 a matic M3. Doporučuji šrouby umístit z vnější strany a matice z vnitřní.
  • Nyní všechny šrouby s citem dotáhněte. Nepoužívejte příliš velkou sílu, jinak plast praskne.

Montáž krabice

  • Plastovou krabici ABB 00846 je potřeba před montáží připravit. Na spodní straně připravte 4 otvory ⌀5 mm pro připevnění k solárnímu panelu.
  • Na jedné boční straně připravte celkem 4 otvory cca 20 mm od okraje. Viz obrázek.
  • Otvor úplně vlevo slouží k prostrčení vodičů solárního panelu a jeho velikost zvolte s ohledem na jejich průměr. Doporučuji ⌀5 mm. (Alternativně můžete použít kabelovou průchodku PG7, viz konec tohoto manuálu.)
  • Trojice otvorů uprostřed slouží k upevnění úhlového držáku antény (plastový dílec SMA). Prostřední otvor ⌀5 mm. Krajní otvory ⌀2,5 mm a následně vyřezat závity M3.
  • Pokud nemáte závitník M3 a vrták ⌀2,5 mm, pak krajní otvory pro držák antény vyvrtejte ⌀3-4 mm. Potom budete potřebovat k uchycení dílu SMA 2 matice M3.
  • Nyní upevněte krabici k solárnímu panelu pomocí šroubů M3×8 mm a podložek M3.
  • Do všech kapes, ve kterých jsou 4 šrouby přidejte trochu silikonu pro utěsnění.
  • Kapsy se šrouby zaplněné silikonem zakryjte pomocí plastových záslepek, které byly součástí balení krabice.

Montáž elektroniky

  • Do krabice umístěte plastovou vložku INS. Ta je připravena pro Meshtastic motherboard a 3 Ah Li-Pol baterii. Pokud máte jinou elektroniku, připravte si vlastní díl.
  • Pro upevnění vložky do krabice použijte samořezné šrouby 3,5×6 mm.
  • Pro upevnění PCB základové desky použijte šrouby M3×5.
  • Na fotografiích chybí baterie. Ta se uloží na plastové distanční sloupky v levé části vložky INS a upevní pomocí plastového dílu BAT ve tvaru X a 4 kusů šroubů M3×5 mm (je vidět na poslední fotografii).
  • Nyní nainstalujte vodiče na kladný a záporný terminál solárního panelu a druhé konce vodičů protáhněte levým otvorem do krabice. Zatím je ale nezapojujte.

Montáž antén

  • Je čas připravit SMA-RP konektor pro LoRa anténu. Ten našroubujte do plastového dílce SMA, matici konektoru utáhněte klíčem velikosti 8.
  • Stranu dílce SMA, která se dotýká krabice potřete silikonem a následně celou sestavu upevněte pomocí šroubů M3×5 do připravených M3 závitů v krabici (viz předchozí kroky manuálu).
  • Druhý konec kabelu s IPEX konektorem zapojte do modulu RAK4630 do pozice pro LoRa.
  • Bluetooth anténu přilepte její lepící stranou na libovolné místo uvnitř krabice (doporučuji na horní stranu) a zapojte její IPEX konektor do modulu do pozice pro BLE.
  • Zapojte baterii do modrého šroubovacího konektoru s označením „BATT“. (Tento krok na fotografiích chybí.) Doporučuji opatřit vodiče baterie dutinkami. Buď pomocí speciálních lisovacích kleští, nebo pomocí kombinovaných kleští. Možná bude potřeba dutinky zkrátit, aby se celé vešly do šroubovacího konektoru na PCB. Pozor na polaritu baterie!
  • Teď je čas připojit solární panel. Na volné konce vodičů nakrimpujte dutinky stejně, jako u baterie.
  • Našroubujte vodiče s dutinkama do modrého konektoru na PCB, který je označen jako „SOLAR“. Pozor na polaritu napětí!
  • Našroubujte LoRa anténu na SMA konektor.
  • Poznámka: pozor na rozdíly mezi SMA a SMA-RP. Tyto konektory do sebe pasují, ale nevytvoří vodivý kontakt.
  • Na závěr vtlačte trochu silikonu do otvoru s vodiči a zavřete víko krabice, aby byla opět vodotěsná.

Upevnění na anténní stožár

  • Pomocí sroubů M3×30 mm a podložek M3 upevněte plastový díl C.
  • Poznámka: na fotografiích chybí u šroubů podložky M3.
  • Celá instalace se nyní může upevnit na anténní stožár o průměru 34 mm.
  • Tím je celá instalace hotová!

Vylepšení

Celou instalaci je možné vylepšit například pomocí:

Dále je možné zvolit jiný typ baterie. Místo Li-Ion nebo Li-Poly by bylo vhodnější použít například LTO (Lithium Titanium Oxide), které je možné nabíjet a vybíjet i při záporných teplotách (někteří výrobci uvádí až -20°C). Pokud se rozhodnete použít jinou baterii, ověřte, že obsahuje ochranu proti nadproudu, vybití a přebití. Základová deska pro Meshtastic tyto ochrany pro baterii nemá, jelikož je navržena pro různé typy s různou chemií a tím pádem různým napětím.

Na fotografii je vidět můj experimentální LTO battery pack 1S3P, který pro Meshtastic připravuji. Pokud se mi podaří navrhnout elektronická ochrana pro LTO a projekt dokončit, tak doplním design o vhodný držák baterie.