WARS Birdhouse
V1 - Working prototype
Procurando uma maneira diferente de twittar? Este projeto explora o potencial do uso de rádios Lora de baixa largura de banda de baixo custo para criar redes simples de malha que podem passar mensagens de texto pela cidade. As redes desse tipo podem ser úteis para comunicações de emergência ou outras aplicações que podem aproveitar a natureza totalmente autônoma (neutra em carbono) das estações de repetidores de casas de pássaros. Este projeto está sendo realizado por membros da Wellesley Amateur Radio Society, W1TKZ. O design é disponibilizado para fins amadores (não comerciais) no espírito de experimentação e compartilhamento de conhecimento entre a comunidade HAM. No mínimo, estamos criando casas para alguns pássaros da sorte em nossa área.
Entre em contato com Bruce Mackinnon (KC1FSZ) se você tiver perguntas técnicas. Estou interessado em projetos de rádio caseiros, muitos dos quais podem ser encontrados na minha página QRZ.
O Wiki do projeto está localizado aqui.
Este pássaro voará? Vamos descobrir!
Os nós da rede são pássaros autônomos e movidos a energia solar que contêm um rádio A +20DBM/100MW (SEMTECH SX1276). Essas casas de pássaros funcionarão 24x7 assumindo condições climáticas razoáveis. Os nós de desktop conectados à USB são usados para acessar a rede a partir de um computador por meio de conexão serial. Um nó de gateway da Internet também está em desenvolvimento.
Os experimentos de faixa de Lora têm sido amplamente documentados. Sua milhagem variará consideravelmente, dependendo do terreno, da estação, etc. Os testes mostram que as faixas de link de 1 km são razoáveis em áreas suburbanas.
A embalagem da Birdhouse foi escolhida para se misturar ao ambiente mais facilmente. Queremos que este projeto seja ecológico.
O design solar de baixa potência permite que as casas de pássaros sejam 100% autônomas. Isso facilita a instalação de uma estação de repetidor em qualquer local que tenha boa exposição ao sol e boa visibilidade a outras estações.
O modelo da estação de desktop é alimentado pela conexão USB, não possui os componentes da bateria/solar, mas é idêntico aos repetidores da casa de pássaros de uma perspectiva de RF/firmware.
A casa de pássaros é administrada por um microcontrolador ESP32 no momento, embora essa decisão esteja em consideração. Um protótipo STM32 mais eficiente em termos de energia está sendo trabalhado.
Os componentes de commodities estão sendo usados para manter o custo do Birdhouse no mínimo. Nosso objetivo é manter o custo do nó abaixo de US $ 50.
O software suporta um protocolo de roteamento de mensagens simples que permite que os pacotes "pule" entre as casas atinjam seu destino final. Outros pacotes de controle são usados para extrair dados de engenharia e controlar o roteamento de mensagens.
A banda HAM de 33 cm (902-928 MHz) é usada, uma vez que essa é uma tecnologia experimental e não é certificada pela FCC Part 15 no momento. Todos os nós devem ser instalados/operados pelas operadoras de rádio amador/amador licenciadas pela FCC sob as regras da Parte 97.
Uma rede de prova de conceito de 5 estações foi construída em Wellesley, MA. As mensagens foram roteadas com sucesso em toda a malha, incluindo lúpulos entre casas de pássaros que foram separadas em aproximadamente 1 quilômetro. A altura da antena é importante, como sempre. As casas foram submetidas a más condições climáticas da Nova Inglaterra, incluindo neve, gelo, períodos prolongados de clima nublado e temperaturas abaixo de zero. É uma questão em aberto sobre como o sistema se executará quando nossas árvores tiverem folhas nelas novamente!
Uma rede beta de 15 nós está atualmente nos estágios de planejamento. Isso inclui atualizações do hardware e firmware.
Se você estiver interessado em redes de malha de alta velocidade construídas usando hardware comercial, este projeto pode não ser o seu. Por favor, dê uma olhada no aredn (https://www.arednmesh.org). A equipe AREDN está fazendo um ótimo trabalho.
Os usuários acessam a rede usando estações de desktop equipadas com uma porta serial USB. A estação de desktop executa exatamente o mesmo firmware que o repetidor da casa de pássaros. Um protocolo de comando serial é usado para enviar e receber mensagens na rede. As estações de desktop possuem todos os componentes de RF necessários e são nós completos na rede (com seus próprios endereços). Os nós da área de trabalho não usam a instalação solar/bateria, pois podem ser alimentados a partir da porta USB.
Atualmente, os usuários interagem com a rede usando um terminal serial convencional em execução em um PC (por exemplo, massa ou algo semelhante). Nenhum software especial é necessário. Uma interface do usuário do Python Desktop está planejada para melhorar a ergonomia. Os comandos seriais são descritos em uma seção posterior.
A expectativa é que os usuários instalem uma estação Birdhouse em algum local vantajoso em sua propriedade, a fim de ingressar na rede e aumentar a área de cobertura da rede. Isso significa que a linha de visão necessária para a estação de desktop é muito menos importante-é um "salto curto" na rede.
A outra opção é conectar a estação de desktop a uma antena de qualidade usando uma linha de alimentação mais longa e evitar a necessidade de duas estações. Qualquer configuração está boa.
A embalagem para a estação de desktop ainda não foi finalizada. No momento, as peças são montadas em um bloco de madeira, como na foto abaixo. Uma antena vertical ressonante e um cabo USB estão incluídos na embalagem.
Hardware/firmware ainda está sendo refinado como parte de um projeto de clube. Todos os firmware, arquivos kicad e dimensões de madeira estão disponíveis neste site para quem quiser construir uma casa de pássaros para si.
Depois que nossa próxima iteração de hardware (V2) for testada, estaremos disponibilizando os componentes em formato de kit.
Se você mora em um local estratégico em alta elevação e gostaria de uma estação testada e totalmente montada, teremos o maior prazer em fornecer um gratuito. :-)
Entre em contato com o administrador da rede para receber um endereço de nó na rede.
Sim. O módulo de rádio que estamos usando não é certificado pela Parte 15, portanto deve ser executado usando as regras da Parte 97 (amador). Atualmente, estamos pesquisando uma versão da Rede da Parte 15 do ISM não-HAM para facilitar para os usuários não licenciados se divertirem. Se alguém tiver experiência nessa área, adicione um comentário à discussão este tópico no GitHub.
De acordo com as regras da FCC, as redes da Parte 15 e da Parte 97 não vão falar umas com as outras.
A rede é executada na banda amadora de 33 cm (902-928 MHz). Estamos executando em 906,5 MHz, que está na parte digital do plano da banda ARRL para 33cm. De acordo com o New England Spectrum Management Council (NESMC, https://www.nesmc.org/) plano de banda de 902 MHz, essa frequência está na seção de "uso misto" da banda. Nossa frequência foi registrada no banco de dados NESMC para garantir a coordenação adequada com outros usos dessa banda.
A carga útil da mensagem LORA está documentada aqui em conformidade com os regulamentos da FCC. Não há criptografia usada em qualquer lugar do design. As informações contidas aqui são tudo o que um ouvinte precisaria interpretar as mensagens.
O formato padrão de pacote físico Lora é usado. Detalhes nos parâmetros Lora:
Aqui está um resumo do formato de pacote de camada física da documentação semtech:
Uma explicação muito mais detalhada da codificação de Lora pode ser encontrada aqui.
A carga útil acima contém um cabeçalho de 36 bytes, seguido de um formato de pacote de comprimento variável. Detalhes:
Cada estação recebe um endereço de 16 bits. Alguns endereços têm significado especial:
Os tipos de pacotes são interpretados da seguinte forma:
A maioria dos tipos de pacotes é reconhecida em cada salto. O pacote tipo 1 é usado para esse fim. Observe que isso não significa que o reconhecimento atinge o remetente original, apenas significa que cada estação receberá um ACK para indicar que um pacote foi entregue à próxima estação no caminho da rota.
Pacotes de reconhecimento (tipo 1) e pacotes de identificação da estação (tipo 2) não são reconhecidos.
As estações manterão um contador para cada nó que recebe pacote. Os pacotes duplicados serão descartados com base no contador de identificação do pacote. Uma janela será usada para evitar confusão quando o contador se envolve.
Este pacote retorna dados técnicos usados para monitorar o estado de uma estação. O formato é um seguinte:
2 bytes e 4 números inteiros de bytes estão em formato pouco endiano.
O protótipo repetidor da casa de pássaros (visualização externa):
O protótipo repetidor da casa de pássaros (visualização eletrônica interna):
Um protótipo de repetidor de pássaros montado em torre no QTH do KC1FSZ:
Um PCB personalizado (V2) foi desenvolvido para melhorar a integração e facilitar as coisas para os construtores de kits sem capacidade de solda SMD. Esta placa também fornece um conector SMA para facilitar a experimentação da antena.
Os nós do repetidor são embalados em um gabinete padronizado de casa de pássaros que foi projetado para facilitar a montagem.
São necessários seis pedaços de madeira. Os componentes são fixados usando parafusos de madeira. A casa de pássaros é totalmente funcional para pequenas espécies de aves.
O teto é inclinado em um ângulo de 32 graus, de acordo com a configuração ideal recomendada para a geração solar a 42 graus de latitude norte, onde a rede inicial foi implantada. O design pode precisar ser ajustado para outros locais.
As peças de madeira para o protótipo de repetidor de pássaros:
Um protótipo de repetidor montado em árvore instalado em uma árvore dentro de um rampa on/off-ramp de trevo:
Uma estação repetidora montada no topo de North Hill, em Needham, MA.
Lista de corte de madeira:
Por favor, tenha cuidado ao trabalhar com ferramentas elétricas!
O software Lora é completamente homebrew-nenhum motorista está sendo usado. Isso significa muito mais trabalho e muito mais aprendizado.
Todos os nós suportam uma interface serial para interagir com a rede, mas isso é conectado apenas para nós da área de trabalho.
O processador de comando serial é implementado usando este projeto muito bom de Phil Jensen.
Um mecanismo de roteamento estático está sendo usado no momento. A tabela de roteamento para cada nó pode ser alterada remotamente. O roteamento dinâmico será desenvolvido em uma fase futura.
Consulte o projeto Wiki para obter informações sobre desenvolvimento, configuração do IDE, etc.
(A seguir)
Coluna 1
Linha 0 - GND Linha 1 - FUNÇÃO GND LINHA 2 - IO33 (senso de tensão da bateria) Linha 3 - IO34 (Sense de tensão do painel) Linha 4 - Supply +VCC Linha 5 - Linha de Pannel 6 - Linha de Pannel 7 - +3,3V
Coluna 2
Linha 0 Linha 1 Linha 2 - IO19 (SPI MISO) Linha 3 - IO23 (SPI Mosi) Linha 4 - IO18 (SPI SCK) Linha 5 - IO5 (SPI NSS) Linha 6 - IO26 (Rádio RST) Linha 7 - IO4 (Radio Dio0)
Copyright (C) 2023 - Bruce Mackinnon KC1FSZ
Este trabalho é coberto pelos termos da licença pública da GNU (V3). Consulte o arquivo de licença para obter mais informações.
Este trabalho está sendo disponibilizado para uso não comercial pela comunidade de rádio amador. É proibida a redistribuição, uso comercial ou venda de qualquer parte.
