WARS Birdhouse
V1 - Working prototype
Vous cherchez une autre façon de tweeter? Ce projet explore le potentiel d'utiliser des radios LORA à faible coût / basse bande passante pour créer des réseaux de maillage simples qui peuvent transmettre des messages texte dans la ville. Les réseaux de ce type pourraient être utiles pour les communications d'urgence ou d'autres applications qui peuvent profiter de la nature entièrement autonome (neutre en carbone) des stations de répétition des birles. Ce projet est entrepris par des membres de la Wellesley Amateur Radio Society, W1TKZ. La conception est mise à disposition à des fins amateur (non commerciales) dans l'esprit d'expérimentation et le partage des connaissances entre la communauté du jambon. À tout le moins, nous créons des maisons pour des oiseaux chanceux dans notre région.
Veuillez contacter Bruce Mackinnon (KC1FSZ) si vous avez des questions techniques. Je suis intéressé par les projets de radio à domicile, dont beaucoup peuvent être trouvés sur ma page QRZ.
Le Wiki du projet est situé ici.
Cet oiseau volera-t-il? Découvrons!
Les nœuds sur le réseau sont des ornières à énergie solaire autonomes qui contiennent chacune une radio de + 20 dbm / 100 mW (SemTech SX1276). Ces nichoirs fonctionneront 24h / 24 et 7j / 7 en supposant des conditions météorologiques raisonnables. Les nœuds de bureau connectés par l'USB sont utilisés pour accéder au réseau à partir d'un ordinateur via une connexion série. Un nœud de passerelle Internet est également en cours de développement.
Les expériences de Lora Range ont été largement documentées. Votre milage variera considérablement en fonction du terrain, de la station de la station, etc. Les tests montrent que les gammes de liaisons de 1 km sont raisonnables dans les zones de banlieue.
L'emballage de boiseries a été choisi afin de se fondre plus facilement dans les environs. Nous voulons que ce projet soit respectueux de l'environnement.
La conception solaire à faible puissance permet aux nichoirs à 100% autonomes. Cela rend relativement facile d'installer une station de répétition dans n'importe quel endroit qui a une bonne exposition au soleil et une bonne visibilité à d'autres stations.
Le modèle de station de bureau est alimenté par la connexion USB, n'a pas les composants de batterie / solaire, mais est identique aux répéteurs de birgus du point de vue RF / micrologiciel.
Le Birdhouse est géré par un microcontrôleur ESP32 pour le moment, bien que cette décision soit à l'étude. Un prototype STM32 plus économe en énergie est en cours de travail.
Les composants de produits de base sont utilisés pour maintenir les coûts des boiseurs au minimum. Notre objectif est de maintenir le coût du nœud moins de 50 $ USD.
Le logiciel prend en charge un protocole de routage de messages simple qui permet aux paquets de "sauter" entre les maisons pour atteindre leur destination finale. D'autres paquets de contrôle sont utilisés pour extraire les données d'ingénierie et pour contrôler le routage des messages.
La bande de jambon de 33 cm (902-928 MHz) est utilisée étant donné qu'il s'agit d'une technologie expérimentale et n'est pas certifiée FCC partie 15 pour le moment. Tous les nœuds doivent être installés / exploités par les opérateurs de radio amateur / HAM sous licence FCC selon les règles de la partie 97.
Un réseau de preuve de concept de 5 stations a été construit à Wellesley, MA. Les messages ont été acheminés avec succès dans tout le maillage, y compris le houblon entre les nichoirs qui ont été séparés d'environ 1 kilomètre. La hauteur de l'antenne est importante, comme toujours. Les maisons ont été soumises à de mauvaises conditions météorologiques de la Nouvelle-Angleterre, notamment la neige, la glace, les périodes prolongées de temps nuageux et les températures inférieures à zéro. Il s'agit d'une question ouverte sur la façon dont le système fonctionnera lorsque nos arbres auront à nouveau des feuilles!
Un réseau bêta de 15 nœuds est actuellement en phase de planification. Cela comprend les mises à niveau du matériel et du micrologiciel.
Si vous êtes intéressé par les réseaux de maillage à grande vitesse construits à l'aide de matériel commercial, ce projet n'est peut-être pas votre truc. Jetez un œil à Aredn (https://www.arednmesh.org) à la place. L'équipe d'Aredn fait un excellent travail.
Les utilisateurs accèdent au réseau à l'aide de stations de bureau équipées d'un port série USB. La station de bureau gère exactement le même micrologiciel que le répéteur Birdhouse. Un protocole de commande série est utilisé pour envoyer et recevoir des messages sur le réseau. Les stations de bureau ont tous les composants RF requis et sont des nœuds à part entière sur le réseau (avec leurs propres adresses). Les nœuds de bureau n'utilisent pas l'installation solaire / batterie car elles peuvent être alimentées à partir du port USB.
Actuellement, les utilisateurs interagissent avec le réseau à l'aide d'un terminal de série conventionnel fonctionnant sur un PC (c.-à-d. Putty ou quelque chose de similaire). Aucun logiciel spécial n'est requis. Une interface utilisateur Python Desktop est prévue pour améliorer l'ergonomie. Les commandes série sont décrites dans une section ultérieure.
L'attente est que les utilisateurs installeront une station de birgade à un emplacement avantageux sur leur propriété afin de rejoindre le réseau et d'augmenter la zone de couverture du réseau. Cela signifie que la ligne de visée requise pour la station de bureau est beaucoup moins importante - c'est un "hop court" sur le réseau.
L'autre option consiste à connecter la station de bureau à une antenne de qualité à l'aide d'une ligne d'alimentation plus longue et à éviter la nécessité de deux stations. L'une ou l'autre configuration est bien.
L'emballage de la station de bureau n'a pas encore été finalisé. À l'heure actuelle, les pièces sont montées sur un bloc de bois, comme illustré ci-dessous. Une antenne verticale résonnante et un câble USB sont inclus avec le package.
Le matériel / le firmware est toujours affiné dans le cadre d'un projet de club. Tous les dimensions du firmware, des kicad et des dimensions de travail du bois sont disponibles sur ce site pour tous ceux qui souhaitent construire un oiseau pour eux-mêmes.
Une fois notre prochaine itération matérielle (V2), nous rendrons les composants disponibles sous forme de kit.
Si vous vivez dans un emplacement stratégique à haute altitude et que vous aimeriez une station testée entièrement assemblée, nous serons heureux d'en fournir un gratuitement. :-)
Veuillez contacter l'administrateur réseau pour attribuer une adresse de nœud sur le réseau.
Oui. Le module radio que nous utilisons n'est pas certifié la partie 15, il doit donc être exécuté en utilisant les règles de la partie 97 (amateur). Nous effectuons actuellement des recherches sur une version non-HAM ISM Part 15 du réseau pour faciliter les utilisateurs non agréés de se joindre au plaisir. Si quelqu'un a une expertise dans ce domaine, veuillez ajouter un commentaire à la discussion ce sujet dans GitHub.
Selon les règles de la FCC, les réseaux des parties 15 et 97 ne se parleront pas.
Le réseau fonctionne sur la bande amateur de 33 cm (902-928 MHz). Nous fonctionnons sur 906,5 MHz, qui réside dans la partie numérique du plan de bande ARRL pour 33 cm. Selon le New England Spectrum Management Council (NESMC, https://www.nesmc.org/) Plan de bande 902 MHz, cette fréquence est dans la section "à usage mixte" du groupe. Notre fréquence a été enregistrée dans la base de données NESMC pour assurer une coordination appropriée avec d'autres utilisations de cette bande.
La charge utile du message LORA est documentée ici conformément aux réglementations FCC. Aucun cryptage n'est utilisé nulle part dans la conception. Les informations contenues ici sont tout ce dont un auditeur devrait interpréter les messages.
Le format de paquet physique LORA standard est utilisé. Détails sur les paramètres LORA:
Voici un résumé du format de paquet de calque physique à partir de la documentation SemTech:
Une explication beaucoup plus détaillée du codage de Lora peut être trouvée ici.
La charge utile ci-dessus contient un en-tête de 36 octets suivi d'un format de paquet de longueur variable. Détails:
Chaque station se voit attribuer une adresse 16 bits. Certaines adresses ont une signification particulière:
Les types de paquets sont interprétés comme suit:
La plupart des types de paquets sont reconnus sur chaque houblon. Le paquet de type 1 est utilisé à cet effet. Notez que cela ne signifie pas que l'accusé de réception atteint l'expéditeur d'origine, cela signifie simplement que chaque station obtiendra un ACK pour indiquer qu'un paquet a été transmis à la station suivante dans le chemin de la route.
Les paquets d'accusé de réception (type 1) et les paquets d'identification de la station (type 2) ne sont pas reconnus.
Les stations conserveront un compteur pour chaque nœud qui reçoit du paquet. Les paquets en double seront jetés en fonction du compteur d'ID de paquets. Une fenêtre sera utilisée pour éviter la confusion lorsque le comptoir s'enroule.
Ce paquet renvoie les données techniques utilisées pour surveiller l'état d'une station. Le format est un suit:
Les entiers de 2 octets et 4 octets sont au format petit-endian.
Le prototype de répéteur Birdhouse (vue externe):
Le prototype de répéteur Birdhouse (vue électronique interne):
Un prototype de répéteur de birdhouse monté sur tour au QTH de KC1FSZ:
Un PCB personnalisé (V2) a été développé pour améliorer l'intégration et faciliter les choses pour les constructeurs de kit sans capacité de soudure SMD. Cette planche fournit également un connecteur SMA pour faciliter l'expérimentation de l'antenne.
Les nœuds de répéteur sont emballés dans une enceinte standardisée de boiseries conçue pour un assemblage facile.
Six morceaux de bois sont nécessaires. Les composants sont fixés à l'aide de vis à bois. Le Birdhouse est entièrement fonctionnel pour les petites espèces d'oiseaux.
Le toit est incliné à un angle de 32 degrés selon la configuration optimale recommandée pour la génération solaire à 42 degrés nord latitude où le réseau initial a été déployé. La conception peut devoir être ajustée pour d'autres emplacements.
Les pièces en bois pour le prototype de répéteur Birdhouse:
Un prototype de répéteur monté sur l'arbre installé dans un arbre à l'intérieur d'une rampe à feuilles de trèfle:
Une station de répéteur montée sur le sommet de North Hill à Needham, MA.
Liste de coupe du bois:
Veuillez faire preuve de prudence lorsque vous travaillez avec des outils électriques!
Le logiciel LORA est entièrement homebrew - aucun pilote standard n'est utilisé. Cela signifie beaucoup plus de travail et beaucoup plus d'apprentissage.
Tous les nœuds prennent en charge une interface série pour interagir avec le réseau, mais cela n'est connecté que pour les nœuds de bureau.
Le processeur de commande série est implémenté en utilisant ce très bon projet par Phil Jensen.
Un mécanisme de routage statique est utilisé pour le moment. La table de routage pour chaque nœud peut être modifiée à distance. Le routage dynamique sera développé dans une phase future.
Veuillez consulter le Wiki du projet pour des informations sur le développement, la configuration IDE, etc.
(À suivre)
Colonne 1
Row 0 - Row GND 1 - Alimentation Row GND 2 - IO33 (sens de la tension de la batterie) Row 3 - IO34 (Sentement de tension du panneau) Row 4 - Alimentation + VCC Row 5 - Row Pannel 6 - Row Panal 7 - + 3.3V
Colonne 2
Row 0 Row 1 Row 2 - IO19 (SPI MISO) ROW 3 - IO23 (SPI MOSI) Row 4 - IO18 (SPI SCK) Row 5 - IO5 (SPI NSS) Row 6 - IO26 (Radio RST) ROW 7 - IO4 (Radio Dio0)
Copyright (C) 2023 - Bruce Mackinnon KC1FSZ
Ce travail est couvert par les termes de la licence publique GNU (V3). Veuillez consulter le fichier de licence pour plus d'informations.
Ce travail est mis à disposition pour une utilisation non commerciale par la communauté radio amateur. La redistribution, l'utilisation commerciale ou la vente de toute pièce sont interdites.
