資料介紹
描述
概述
Nano 系列設備設計為便攜式和耐用的解決方案,適用于遠足、駕駛、滑雪等戶外探險。它們旨在在射頻性能、尺寸、耐用性和功率效率之間取得平衡,為用戶提供適用于各種戶外環境的可靠解決方案。
對于固件,所有 Nano 系列設備都預裝了 Meshtastic。可以在最新固件部分找到更多詳細信息。
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Meshtastic [1] Mesh Device Nano G1 Explorer 是對Nano G1的重大升級, 融合了百安居咨詢公司的最新射頻技術。Nano G1 Explorer 采用新型內部寬帶 Lora 天線,支持 815 Mhz 至 940 Mhz 的頻率。寬帶天線與優化的寬帶 Lora RF 前端電路相結合,使 Nano G1 Explorer 無需更換天線即可與全球大多數地區的 LoRa 頻段配合使用。該設備的設計還考慮了人體對其天線性能的潛在影響,即使放在口袋中也能確保最佳的射頻性能。
升級總結在下面的選項卡中
射頻升級
- Nano G1 Explorer 采用新型內部寬帶 Lora 天線,支持 815 Mhz 至 940 Mhz 的頻率。優化的寬帶 Lora RF 前端電路提供了在不更換天線的情況下覆蓋全球大部分地區的能力。
- 與 Nano G1 相比,該設備有一個新的內部 GPS 天線,可顯著減少 GPS 鎖定時間。
- Lora 收發器已從 SX1276 升級到SX1262 ,導致最大 TX 功率從 20 dBm 增加到 22 dBm。
- SX1262 電路包括一個TCXO (+-1.5 ppm)以提高頻率精度。
- GPS模塊可以通過GPS物理開關設置為低功耗模式。
其他升級
- 增強型消息通知電路,可選擇 LED 或蜂鳴器,可通過物理開關進行配置。
- 物理電源開關,方便打開/關閉系統。
- 帶有 FPC 連接器的可更換 OLED 屏幕。
- 內置鋰聚合物電池充電器,可安裝可選的 3.7V 603450 JST 1.25mm 可充電鋰聚合物電池。
- Buck-boost 轉換器,即使鋰聚合物電池電壓低至 2.5V,也能為系統提供穩定的 3.3V。電源電壓穩定性對于確保射頻電路的性能滿足設計預期非常重要。
典型射頻性能:
電氣特性:
方面:
硬件
開關/按鈕定義
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電路板
- 電源開關
- 用于增強消息通知電路的 LED 或蜂鳴器開關
- GPS 開/關開關
- 消息閱讀按鈕 - 清除新消息 LED
- 用戶按鈕
- ESP32 房間
- 增強消息通知電路和新消息 LED 指示燈(綠色)
- 降壓-升壓轉換器,效率 > 95%,德州儀器 (TI) TPS63051
- 32MHz TCXO (+-1.5 ppm),零件號1XXD32000MBA,來自 DAISHINKU CORP. (KDS)
- USB C型插座
- CH9102F USB轉UART橋
- Semtech SX1262 Lora 收發器
- 射頻開關
- 電池充電 LED 指示燈(紅色)
- 電池待機 LED 指示燈(綠色)
- OLED屏幕FPC連接器
- 用于可選 3.7V 603450 可充電鋰聚合物電池的 JST 1.25mm 連接器
- 有源蜂鳴器
- ATGM336H-5N全星座定位導航模塊
- GPS 每秒脈沖 (PPS) LED 指示器,當且僅當電路板由外部電源供電時,PPS LED 才起作用。(提高電池壽命)
- GPS全向天線
- 內置寬帶 Lora 天線
- 1.3寸OLED屏
機械設計
與Nano G1類似, Nano G1 Explorer也是通過堆疊PCB板來構建的。這種方法提供了成本和機械強度的良好平衡。與 Nano G1 相比,Nano G1 Explorer 多使用了 5 塊 PCB 來構建內置電池倉。可以安裝可選的 3.7V 603450 JST 1.25mm 可充電鋰聚合物電池。
注:藍色矩形 - 尼龍機械螺絲和螺母
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RF 設計 - Lora
傳導測試
儀器設置和被測設備 (DUT) 配置
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為了進行導通測試,需要在P2上焊接一個IPEX連接器,黃色矩形中的0歐姆0402電阻也需要移動到白色矩形的位置。
對于儀器設置,RF Explorer 6G Combo PLUS 頻譜分析儀和 40 dB 衰減器用于測量 RF 傳輸功率。
用于 nano g1 的Meshtastic 固件2.0.0.18已閃入 DUT。Meshtastic Android APP 2.0.15 已用于控制 DUT,通道選項 =“遠程/快速”,區域 =“美國”或“EU868”。
測量
對于 SX1262 Lora 收發器和區域 =“美國”,meshtastic 固件的默認 RF 發射功率設置為 22dBm。根據以上結果,射頻發射功率為 23 dBm。
對于 SX1262 Lora 收發器和區域 =“EU868”,meshtastic 固件的默認 RF 發射功率設置為 22dBm。根據以上結果,射頻發射功率為 22.5 dBm。
對于 US915 MHz 和 EU 868 MHz,結果略好于手動值。即使存在0.5dBm的射頻前端電路插入損耗,實測數據仍略好于手冊值。
天線測量
儀器設置和被測設備 (DUT) 配置
請參閱傳導測試儀器設置的照片。 對于天線測量,需要在 P2 上焊接一個 IPEX 連接器,另外還需要在白色矩形處焊接一個 0 歐姆 0402 電阻。需要移除藍色矩形上的電容器。
對于儀器設置,低成本 Nano VNA 已經足以進行此測量。天線周圍的所有金屬都會對天線性能產生顯著影響,因此測量期間應將 DUT 懸空。測試時,天線必須安裝在產品內部,盡可能接近最終使用狀態,因為產品外殼也會影響天線參數。VNA 的校準平面應至少在 IPEX 連接器處,端口擴展可用于 VNA 校準。
測量
標準測量
當 DUT 懸空時,內部寬帶 Lora PCB 天線的 S11 和 VSWR。
根據上述測量,VSWR <= 2 時的阻抗帶寬為 815 Mhz 至 940 Mhz。VSWR @ 915 Mhz 為 1.4297,VSWR @ 868 Mhz 為 1.4573。
靠近天線的人體 (HBN)
人體對天線性能的影響是設計和優化手持無線通信設備(如手機、無線耳機和其他無線設備)的關鍵因素。通過在設計階段考慮人體近天線 (HBN) 效應,工程師可以創建更高效??和有效的無線通信系統。
超材料的使用已成為減輕 HBN 效應的有前途的解決方案,并且近年來受到了極大的關注。Nano G1 Explorer 投入了大量的研發工作來探索使用超材料來解決 HBN 問題。在寬帶 Lora 天線的設計中,假設 Nano G1 Explorer 將放在口袋中,OLED 屏幕朝向身體。
如測量所示,粉色線代表天線懸在空中時的駐波比,而綠線代表天線靠近腿時的駐波比。天線的諧振頻率沒有明顯向低頻偏移,VSWR確實變差,但VSWR<=2(效率>=90%)的阻抗帶寬仍然能夠覆蓋世界主要地區,如EU868和美國915。VSWR @ 915 Mhz 為 1.757,VSWR @ 868 Mhz 為 1.936。
射頻設計 - GPS
通常,目前市場上的小尺寸陶瓷GPS天線,小于2.5cm*2.5cm左右,雖然號稱圓極化,但性能較差。由于制造精度,每根天線的諧振頻率不同,而陶瓷天線是定向天線,手持設備很難保持天線指向天空。因此,為 Nano G1 Explorer 開發了一種線極化全向 GPS 天線。雖然這種設計在理論上預計會有額外的 3dB 插入損耗,但預計 GPS 體驗將比使用小尺寸陶瓷天線好得多。這種重新設計克服了小尺寸陶瓷天線的局限性,確保 GPS 性能不受影響。
NORDIC Semiconductor 有一篇優秀的文章詳細比較了圓極化 GPS 天線和線極化 GPS 天線 - GPS 天線要求[2]。
GPS 天線測量
儀器設置和被測設備 (DUT) 配置
對于天線測量,需要在 P1 上焊接一個 IPEX 連接器,另外還需要在 R23 處焊接一個 0 歐姆 0402 電阻。C10處的電容需要去掉。
對于儀器設置,低成本 Nano VNA 已經足以進行此測量。天線周圍的所有金屬都會對天線性能產生顯著影響,因此測量期間應將 DUT 懸空。測試時,天線必須安裝在產品內部,盡可能接近最終使用狀態,因為產品外殼也會影響天線參數。VNA 的校準平面應至少在 IPEX 連接器處,端口擴展可用于 VNA 校準。
測量
待測物懸空時內部 GPS 全向 PCB 天線的電壓駐波比。
根據上述測量,阻抗帶寬為 1474 Mhz 至 1590 Mhz for VSWR <= 2。VSWR @ 1575.42 Mhz,GPS L1 頻段為 1.605。
通知電路
啟用 ext_notification_plugin
對于 Meshtastic 固件 2.xx
收到傳入消息時,您會收到活動蜂鳴器或新消息 LED 的提醒。
使用 Meshtastic CLI 執行以下命令:
meshtastic --set external_notification.enabled true --set external_notification.alert_message true --set external_notification.output_ms 100 --set external_notification.active true
輸出:
Connected to radio
Set external_notification.enabled to true
Set external_notification.alert_message to true
Set external_notification.output_ms to 100
Set external_notification.active to true
Writing modified preferences to device
重新啟動設備,傳入的新消息將導致 100ms 警報或打開新消息 LED,對應于“用于增強消息通知電路的 LED 或蜂鳴器開關”的選擇。更多詳細信息:https://meshtastic.org/docs/settings/moduleconfig/external-notification
內部鋰聚合物電池充電器
Nano G1 Explorer 包括一個內部鋰聚合物電池充電器,并且可以安裝一個可選的 3.7V 603450 JST 1.25mm 可充電鋰聚合物電池。內置電池預計會帶有保護板,以防止過度放電。要安裝電池,您需要取下位于四個綠色矩形內的尼龍螺母,然后取下電池蓋。
規格
最新固件
Meshtastic Mesh Device Nano G1 Explorer 從固件版本TBD開始得到 Github 上官方 mesttastic 存儲庫的支持。因此,可以從 mestastic 項目的發布頁面下載最新的固件: https: //github.com/meshtastic/Meshtastic-device/releases
固件文件:firmware-nano-g1-explorer-2.xxbin
按照說明將其閃存到 Nano G1 Explorer:https://meshtastic.org/docs/getting-started/flashing-firmware/esp32/
Meshtastic 2.0.21 的預編譯固件
日期
描述
2023 年 2 月 19 日
初始發行。源代碼
軟件
安卓
Android APP 可以從 Google Play 商店下載和安裝:https://play.google.com/store/apps/details ?id=com.geeksville.mesh
APP源碼: https: //github.com/meshtastic/Meshtastic-Android/releases
iOS
可以從以下網址下載和安裝 iOS APP:https ://meshtastic.org/docs/category/apple-apps
Python/Web 界面/MQTT 等
Meshtastic 還支持 Python、Web Interface 和 MQTT。更多信息:https://meshtastic.org/docs/software
參考
- Meshtastic 項目。2023 年 2 月 13 日檢索自https://meshtastic.org ??
- GPS 天線要求。2023 年 2 月 17 日,來自https://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fnwp_033%2FWP%2Fnwp_033%2Fnwp_033_gps_antenna_req.html ??
- 電源配置。2023 年 2 月 18 日從https://meshtastic.org/docs/settings/config/power#adc-multiplier-override-fixes-issues-on-heltec-v2 中檢索 ??
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