WARS Birdhouse
V1 - Working prototype
¿Buscas una forma diferente de tuitear? Este proyecto explora el potencial de usar radios Lora de bajo costo/bajo ancho de banda para construir redes de malla simples que puedan pasar mensajes de texto en la ciudad. Las redes de este tipo podrían ser útiles para las comunicaciones de emergencia u otras aplicaciones que pueden aprovechar la naturaleza totalmente autónoma (de carbono-neutral) de las estaciones de repetidores de pájaros. Este proyecto está siendo realizado por miembros de la Wellesley Amateur Radio Society, W1TKZ. El diseño está disponible para fines aficionados (no comerciales) en el espíritu de experimentación y intercambio de conocimientos entre la comunidad de Ham. Por lo menos, estamos creando casas para algunas aves afortunadas en nuestra área.
Póngase en contacto con Bruce Mackinnon (KC1FSZ) si tiene preguntas técnicas. Estoy interesado en los proyectos de radio caseros, muchos de los cuales se pueden encontrar en mi página QRZ.
El Proyecto Wiki se encuentra aquí.
¿Volará este pájaro? ¡Averigüemos!
Los nodos en la red son casas de aves autónomas con energía solar que contienen una radio de +20dbm/100MW (SEMTech SX1276). Estas casas de pájaros funcionarán 24x7 asumiendo condiciones climáticas razonables. Los nodos de escritorio conectados a USB se utilizan para acceder a la red desde una computadora a través de la conexión serie. Un nodo de puerta de enlace de Internet también está en desarrollo.
Los experimentos de rango Lora han sido ampliamente documentados. Su kilage variará considerablemente dependiendo del terreno, la estación de altura, etc. Las pruebas muestran que los rangos de enlace de 1 km son razonables en las áreas suburbanas.
Se eligió el empaque de la casa de aves para mezclarlo con más facilidad. Queremos que este proyecto sea ecológico.
El diseño solar de baja potencia permite que las casas de aves sean 100% autónomas. Esto hace que sea relativamente fácil instalar una estación de repetidor en cualquier lugar que tenga buena exposición al sol y una buena visibilidad para otras estaciones.
El modelo de estación de escritorio funciona con la conexión USB, no tiene los componentes de batería/solar, pero es idéntico a los repetidores de la casa de aves desde una perspectiva de RF/firmware.
La casa de aves está dirigida por un microcontrolador ESP32 en este momento, aunque esta decisión está bajo consideración. Se está trabajando en un prototipo STM32 más eficiente en el poder.
Los componentes de los productos básicos se están utilizando para mantener los costos de la casa de aves al mínimo. Nuestro objetivo es mantener el costo del nodo por debajo de $ 50 USD.
El software admite un protocolo simple de enrutamiento de mensajes que permite que los paquetes "salten" entre las casas para llegar a su destino final. Otros paquetes de control se utilizan para extraer datos de ingeniería y para controlar el enrutamiento de mensajes.
La banda de jamón de 33 cm (902-928 MHz) se usa dado que esta es una tecnología experimental y no está certificada FCC Parte 15 en este momento. Todos los nodos deben ser instalados/operados por operadores de radio amateur/Ham Licenced de FCC bajo las reglas de la Parte 97.
Se ha construido una red de prueba de concepto de 5 estaciones en Wellesley, MA. Los mensajes se han enrutado con éxito de un lado a otro en toda la malla, incluidos los lúpulos entre casas de aves que se separaron en aproximadamente 1 kilómetro. La altura de la antena es importante, como siempre. Las casas han sido sometidas a malas condiciones climáticas de Nueva Inglaterra que incluyen nieve, hielo, períodos prolongados de clima nublado y temperaturas sub-cero. ¡Es una pregunta abierta sobre cómo funcionará el sistema cuando nuestros árboles tienen hojas nuevamente!
Una red beta de 15 nodos se encuentra actualmente en las etapas de planificación. Esto incluye actualizaciones del hardware y el firmware.
Si está interesado en las redes de malla de alta velocidad construidas con hardware comercial, este proyecto podría no ser lo suyo. Eche un vistazo a Aredn (https://www.arednmesh.org) en su lugar. El equipo de Aredn está haciendo un gran trabajo.
Los usuarios acceden a la red utilizando estaciones de escritorio que están equipadas con un puerto serie USB. La estación de escritorio ejecuta exactamente el mismo firmware que el repetidor Birdhouse. Se utiliza un protocolo de comando de serie para enviar y recibir mensajes en la red. Las estaciones de escritorio tienen todos los componentes de RF requeridos y son nodos completos en la red (con sus propias direcciones). Los nodos de escritorio no usan la instalación de energía solar/batería, ya que se pueden alimentar desde el puerto USB.
Actualmente, los usuarios interactúan con la red utilizando un terminal serie convencional que se ejecuta en una PC (es decir, masilla o algo similar). No se requiere un software especial. Se planea una interfaz de usuario de escritorio de Python para mejorar la ergonomía. Los comandos en serie se describen en una sección posterior.
La expectativa es que los usuarios instalarán una estación de aves en una ubicación ventajosa en su propiedad para unirse a la red y aumentar el área de cobertura de la red. Esto significa que la línea de visión requerida para la estación de escritorio es mucho menos importante: es un "salto corto" en la red.
La otra opción es conectar la estación de escritorio a una antena de calidad utilizando una línea de alimentación más larga y evitar la necesidad de dos estaciones. Cualquiera de las configuraciones está bien.
El embalaje para la estación de escritorio aún no se ha finalizado. Por el momento, las piezas están montadas en un bloque de madera, como se muestra a continuación. Una antena vertical resonante y un cable USB se incluyen con el paquete.
El hardware/firmware todavía se está refinando como parte de un proyecto de club. Todos los firmware, archivos Kicad y dimensiones de carpintería están disponibles en este sitio para cualquier persona que quiera construir una casa de aves para ellos.
Después de probar nuestra próxima iteración de hardware (V2), haremos que los componentes estén disponibles en forma de kit.
Si vive en una ubicación estratégica a gran altura y desea una estación totalmente ensamblada y probada, estaremos encantados de proporcionar uno de forma gratuita. :-)
Póngase en contacto con el administrador de la red para que se le asigne una dirección de nodo en la red.
Sí. El módulo de radio que estamos utilizando no está certificado por la Parte 15, por lo que debe ejecutarse utilizando las reglas de la Parte 97 (aficionado). Actualmente estamos investigando sobre una versión de la red no Ham ISM Parte 15 para facilitar que los usuarios no licenciados se unan a la diversión. Si alguien tiene experiencia en esta área, agregue un comentario a la discusión de este tema en Github.
Según las reglas de la FCC, las redes Parte 15 y Parte 97 no se hablarán entre sí.
La red se ejecuta en la banda amateur de 33 cm (902-928 MHz). Estamos funcionando con 906.5 MHz, lo que se encuentra en la parte digital del plan de banda ARRL para 33 cm. Según el New England Spectrum Management Council (NESMC, https://www.nesmc.org/) 902 MHz Band Plan, esta frecuencia se encuentra en la sección de "uso mixto" de la banda. Nuestra frecuencia se ha registrado en la base de datos NESMC para garantizar la coordinación adecuada con otros usos de esta banda.
La carga útil de mensajes de Lora se documenta aquí de conformidad con las regulaciones de la FCC. No se usa cifrado en ningún lugar del diseño. La información contenida aquí es todo lo que un oyente necesitaría para interpretar los mensajes.
Se utiliza el formato de paquete físico Lora estándar. Detalles sobre los parámetros de Lora:
Aquí hay un resumen del formato de paquete de capa física de la documentación de Semtech:
Aquí se puede encontrar una explicación mucho más detallada de la codificación de Lora.
La carga útil anterior contiene un encabezado de 36 bytes seguido de un formato de paquete de longitud variable. Informe detallado:
A cada estación se le asigna una dirección de 16 bits. Algunas direcciones tienen un significado especial:
Los tipos de paquetes se interpretan de la siguiente manera:
La mayoría de los tipos de paquetes se reconocen en cada salto. El paquete tipo 1 se utiliza para este propósito. Tenga en cuenta que esto no significa que el reconocimiento llegue al remitente original, solo significa que cada estación obtendrá un ACK para indicar que se ha entregado un paquete a la siguiente estación en la ruta de la ruta.
Los paquetes de reconocimiento (tipo 1) y los paquetes de identificación de la estación (tipo 2) no se reconocen.
Las estaciones mantendrán un contador para cada nodo que recibe paquete de. Los paquetes duplicados se descartarán según el contador de identificación del paquete. Se utilizará una ventana para evitar confusiones cuando el mostrador se envuelva.
Este paquete devuelve datos técnicos que se utilizan para monitorear el estado de una estación. El formato es un seguimiento:
2 bytes y 4 bytes enteros están en formato pequeño endian.
El prototipo del repetidor de la casa de aves (vista externa):
El prototipo del repetidor de la casa de aves (vista electrónica interna):
Un prototipo de repetidor de pájaros montado en la torre en el QTH de KC1FSZ:
Se ha desarrollado una PCB personalizada (V2) para mejorar la integración y facilitar las cosas para los constructores de kits sin capacidad de soldadura por SMD. Esta placa también proporciona un conector SMA para facilitar la experimentación de la antena.
Los nodos repetidos están empaquetados en un recinto estandarizado de la casa de aves que fue diseñado para un fácil ensamblaje.
Se requieren seis piezas de madera. Los componentes se unen con tornillos de madera. La casa de aves es completamente funcional para pequeñas especies de aves.
El techo está inclinado en un ángulo de 32 grados de acuerdo con la configuración óptima recomendada para la generación solar a 42 grados de latitud norte donde se implementó la red inicial. Es posible que el diseño sea necesario ajustar para otras ubicaciones.
Las piezas de madera para el prototipo del repetidor de la casa de aves:
Un prototipo de repetidor montado en el árbol instalado en un árbol dentro de una rampa de entrada/salida de una hoja de trébol:
Una estación de repetidor montada en la cima de North Hill en Needham, MA.
Lista de corte de madera:
¡Use precaución cuando trabaje con herramientas eléctricas!
El software Lora es completamente casero: no se están utilizando controladores estándar. Esto significa mucho más trabajo y mucho más aprendizaje.
Todos los nodos admiten una interfaz serie para interactuar con la red, pero esto solo está conectado para nodos de escritorio.
El procesador de comando en serie se implementa utilizando este muy buen proyecto por Phil Jensen.
Un mecanismo de enrutamiento estático se está utilizando en este momento. La tabla de enrutamiento para cada nodo se puede cambiar de forma remota. El enrutamiento dinámico se desarrollará en una fase futura.
Consulte el wiki del proyecto para obtener información sobre el desarrollo, la configuración de IDE, etc.
(Seguir)
Columna 1
Fila 0 - GND Fila 1 - Suministro GND Fila 2 - IO33 (Voltaje de la batería Sense) Fila 3 - IO34 (Voltaje de panel Sense) Fila 4 - Suministro +VCC Fila 5 - Pannel Fila 6 - Pannel Fila 7 - +3.3V
Columna 2
Fila 0 fila 1 fila 2 - io19 (spi miso) fila 3 - io23 (spi mosi) fila 4 - io18 (spi sck) fila 5 - io5 (spi nss) fila 6 - io26 (radio rst) fila 7 - io4 (radio dio0)
Copyright (c) 2023 - Bruce Mackinnon KC1FSZ
Este trabajo está cubierto por los términos de la Licencia Pública de GNU (V3). Consulte el archivo de licencia para obtener más información.
Este trabajo está disponible para uso no comercial por parte de la comunidad de radio amateur. La redistribución, el uso comercial o la venta de cualquier parte están prohibidos.
