WARS Birdhouse
V1 - Working prototype
กำลังมองหาวิธีที่แตกต่างในการทวีต? โครงการนี้สำรวจศักยภาพของการใช้วิทยุ LORA ที่มีต้นทุนต่ำ/ราคาต่ำเพื่อสร้างเครือข่ายตาข่ายแบบง่าย ๆ ที่สามารถส่งข้อความไปรอบ ๆ เมือง เครือข่ายประเภทนี้อาจเป็นประโยชน์สำหรับการสื่อสารฉุกเฉินหรือแอพพลิเคชั่นอื่น ๆ ที่สามารถใช้ประโยชน์จากธรรมชาติ (คาร์บอน-เป็นกลาง) ของสถานี Birdhouse Repeater โครงการนี้กำลังดำเนินการโดยสมาชิกของ Wellesley Amateur Radio Society, W1TKZ การออกแบบมีให้สำหรับวัตถุประสงค์มือสมัครเล่น (ไม่ใช่เชิงพาณิชย์) ในจิตวิญญาณของการทดลองและการแบ่งปันความรู้ระหว่างชุมชนแฮม อย่างน้อยที่สุดเรากำลังสร้างบ้านสำหรับนกที่โชคดีในพื้นที่ของเรา
กรุณาติดต่อ Bruce MacKinnon (KC1FSZ) หากคุณมีคำถามทางเทคนิค ฉันสนใจในโครงการวิทยุที่บ้านซึ่งส่วนใหญ่สามารถพบได้ในหน้า QRZ ของฉัน
โครงการวิกิตั้งอยู่ที่นี่
นกตัวนี้จะบินหรือไม่? มาหากันเถอะ!
โหนดบนเครือข่ายเป็นบ้านนกที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งแต่ละตัวมีวิทยุ +20DBM/100MW (Semtech SX1276) บ้านนกเหล่านี้จะทำงาน 24x7 โดยสมมติว่าสภาพอากาศที่สมเหตุสมผล โหนดเดสก์ท็อปที่เชื่อมต่อกับ USB ใช้เพื่อเข้าถึงเครือข่ายจากคอมพิวเตอร์ผ่านการเชื่อมต่ออนุกรม โหนดเกตเวย์อินเทอร์เน็ตยังอยู่ระหว่างการพัฒนา
การทดลองช่วง LORA ได้รับการบันทึกอย่างกว้างขวาง ไมล์สะสมของคุณจะแตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับภูมิประเทศสถานีสูงของสถานี ฯลฯ การทดสอบแสดงให้เห็นว่าช่วงลิงค์ 1 กม. มีความสมเหตุสมผลในพื้นที่ชานเมือง
เลือกบรรจุภัณฑ์บ้านนกเพื่อผสมผสานเข้ากับสภาพแวดล้อมได้ง่ายขึ้น เราต้องการให้โครงการนี้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
การออกแบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้พลังงานต่ำช่วยให้บ้านนกเป็นอิสระ 100% สิ่งนี้ทำให้การติดตั้งสถานี repeater ค่อนข้างง่ายในสถานที่ใด ๆ ที่มีแสงแดดดีและทัศนวิสัยที่ดีไปยังสถานีอื่น ๆ
โมเดลสถานีเดสก์ท็อปใช้พลังงานจากการเชื่อมต่อ USB ไม่มีส่วนประกอบแบตเตอรี่/แสงอาทิตย์ แต่เหมือนกับการทำซ้ำของบ้านนกจากมุมมอง RF/เฟิร์มแวร์
บ้านนกดำเนินการโดยไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP32 ในขณะนี้แม้ว่าการตัดสินใจนี้อยู่ระหว่างการพิจารณา ต้นแบบ STM32 ที่ประหยัดพลังงานมากขึ้นกำลังทำงานอยู่
ส่วนประกอบของสินค้าจะถูกใช้เพื่อรักษาค่าใช้จ่ายในบ้านให้น้อยที่สุด เป้าหมายของเราคือการรักษาค่าใช้จ่ายโหนดต่ำกว่า $ 50 USD
ซอฟต์แวร์รองรับโปรโตคอลการกำหนดเส้นทางข้อความอย่างง่ายที่อนุญาตให้แพ็คเก็ต "กระโดด" ระหว่างบ้านไปถึงปลายทางสุดท้าย แพ็คเก็ตควบคุมอื่น ๆ ใช้เพื่อดึงข้อมูลทางวิศวกรรมและเพื่อควบคุมการกำหนดเส้นทางข้อความ
ใช้วงดนตรีแฮมขนาด 33 ซม. (902-928 MHz) เนื่องจากนี่เป็นเทคโนโลยีการทดลองและ ไม่ได้รับการรับรอง FCC ตอนที่ 15 ในขณะนี้ โหนดทั้งหมดจะต้องติดตั้ง/ดำเนินการโดยผู้ให้บริการวิทยุสมัครเล่น/แฮมที่ได้รับอนุญาตจาก FCC ภายใต้กฎส่วนที่ 97
เครือข่ายพิสูจน์แนวคิดของ 5 สถานีได้ถูกสร้างขึ้นใน Wellesley, MA ข้อความได้รับการส่งไปมาอย่างประสบความสำเร็จทั่วทั้งตาข่ายรวมถึงการกระโดดระหว่างบ้านนกที่คั่นด้วยประมาณ 1 กิโลเมตร ความสูงของเสาอากาศมีความสำคัญเช่นเคย บ้านเรือนอยู่ภายใต้สภาพอากาศที่เลวร้ายนิวอิงแลนด์รวมถึงหิมะน้ำแข็งน้ำแข็งระยะเวลาของสภาพอากาศที่มีเมฆมากและอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ มันเป็นคำถามที่เปิดกว้างว่าระบบจะทำงานอย่างไรเมื่อต้นไม้ของเราทิ้งไว้อีกครั้ง!
ปัจจุบันเครือข่ายเบต้า 15 โหนดอยู่ในขั้นตอนการวางแผน ซึ่งรวมถึงการอัพเกรดฮาร์ดแวร์และเฟิร์มแวร์
หากคุณมีความสนใจในเครือข่ายตาข่าย ความเร็วสูง ที่สร้างขึ้นโดยใช้ฮาร์ดแวร์เชิงพาณิชย์โครงการนี้อาจไม่ใช่เรื่องของคุณ โปรดดูที่ aredn (https://www.arednmesh.org) แทน ทีม AREDN ทำงานได้ดีมาก
ผู้ใช้เข้าถึงเครือข่ายโดยใช้สถานีเดสก์ท็อปที่ติดตั้งพอร์ตอนุกรม USB สถานีเดสก์ท็อปทำงานเฟิร์มแวร์เดียวกับตัวทวนเบิร์ดเฮาส์ โปรโตคอลคำสั่งอนุกรมใช้เพื่อส่งและรับข้อความบนเครือข่าย สถานีเดสก์ท็อปมีส่วนประกอบ RF ที่จำเป็นทั้งหมดและเป็นโหนดเต็มรูปแบบบนเครือข่าย (พร้อมที่อยู่ของตนเอง) โหนดเดสก์ท็อปไม่ใช้การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์/แบตเตอรี่เนื่องจากสามารถขับเคลื่อนได้จากพอร์ต USB
ขณะนี้ผู้ใช้โต้ตอบกับเครือข่ายโดยใช้เทอร์มินัลอนุกรมทั่วไปที่ทำงานบนพีซี (เช่นโป๊วหรือสิ่งที่คล้ายกัน) ไม่จำเป็นต้องใช้ซอฟต์แวร์พิเศษ อินเทอร์เฟซผู้ใช้เดสก์ท็อป Python มีการวางแผนเพื่อปรับปรุงการยศาสตร์ คำสั่งอนุกรมอธิบายไว้ในส่วนต่อมา
ความคาดหวังคือผู้ใช้จะติดตั้งสถานี Birdhouse ในสถานที่ที่ได้เปรียบในสถานที่ให้บริการเพื่อเข้าร่วมเครือข่ายและเพิ่มพื้นที่ครอบคลุมเครือข่าย ซึ่งหมายความว่าเส้นสายตาที่ต้องการสำหรับสถานีเดสก์ท็อปมีความสำคัญน้อยกว่ามาก-มันเป็น "การกระโดดสั้น" บนเครือข่าย
อีกทางเลือกหนึ่งคือการเชื่อมต่อสถานีเดสก์ท็อปเข้ากับเสาอากาศคุณภาพโดยใช้สายเลือดที่ยาวขึ้นและหลีกเลี่ยงความจำเป็นสำหรับสองสถานี การกำหนดค่าทั้งสองก็ใช้ได้
บรรจุภัณฑ์สำหรับสถานีเดสก์ท็อปยังไม่ได้รับการสรุป ในขณะนี้ชิ้นส่วนจะติดตั้งบนบล็อกของไม้ตามภาพด้านล่าง เสาอากาศแนวตั้งเรโซแนนท์และสาย USB รวมอยู่ในแพ็คเกจ
ฮาร์ดแวร์/เฟิร์มแวร์ยังคงได้รับการปรับปรุงเป็นส่วนหนึ่งของโครงการสโมสร เฟิร์มแวร์ไฟล์ KICAD และขนาดงานไม้ทั้งหมดมีอยู่ในเว็บไซต์นี้สำหรับทุกคนที่ต้องการสร้างบ้านนกด้วยตัวเอง
หลังจากทดสอบฮาร์ดแวร์ครั้งต่อไปของเรา (V2) เราจะทำให้ส่วนประกอบมีอยู่ในรูปแบบชุด
หากคุณอาศัยอยู่ในสถานที่เชิงกลยุทธ์ที่ระดับความสูงสูงและคุณต้องการสถานีทดสอบที่มีการทดสอบอย่างเต็มที่เรายินดีที่จะให้บริการฟรี -
โปรดติดต่อผู้ดูแลระบบเครือข่ายเพื่อกำหนดที่อยู่โหนดบนเครือข่าย
ใช่. โมดูลวิทยุที่เราใช้ไม่ได้รับการรับรองส่วนที่ 15 ดังนั้นจึงต้องดำเนินการโดยใช้กฎส่วนที่ 97 (มือสมัครเล่น) ขณะนี้เรากำลังทำการวิจัยเกี่ยวกับเครือข่ายที่ไม่ใช่ HAM Part 15 ของเครือข่ายเพื่อให้ผู้ใช้ที่ไม่ได้รับใบอนุญาตเข้าร่วมสนุก หากใครมีความเชี่ยวชาญในด้านนี้โปรดเพิ่มความคิดเห็นในการสนทนาหัวข้อนี้ใน GitHub
ตามกฎของ FCC ส่วนที่ 15 และส่วนที่ 97 เครือข่ายจะไม่พูดคุยกัน
เครือข่ายทำงานบนวงดนตรีสมัครเล่น 33 ซม. (902-928 MHz) เรากำลังทำงานบน 906.5 MHz ซึ่งอยู่ในส่วนดิจิตอลของแผน ARRL Band สำหรับ 33 ซม. ตามที่สภาการจัดการสเปกตรัมนิวอิงแลนด์ (NESMC, https://www.nesmc.org/) 902 MHz Plan แผนความถี่นี้อยู่ในส่วน "ผสม" ของวงดนตรี ความถี่ของเราได้รับการลงทะเบียนในฐานข้อมูล NESMC เพื่อให้แน่ใจว่ามีการประสานงานที่เหมาะสมกับการใช้งานอื่น ๆ ของแถบนี้
Payload ข้อความ LORA มีการบันทึกไว้ที่นี่ตามกฎระเบียบของ FCC ไม่มีการเข้ารหัสที่ใช้ในการออกแบบ ข้อมูลที่มีอยู่ที่นี่คือทั้งหมดที่ผู้ฟังจะต้องตีความข้อความ
ใช้รูปแบบแพ็คเก็ต LORA มาตรฐานมาตรฐาน รายละเอียดเกี่ยวกับพารามิเตอร์ LORA:
นี่คือบทสรุปของรูปแบบแพ็คเก็ตเลเยอร์ฟิสิคัลจากเอกสาร Semtech:
คำอธิบายที่ละเอียดยิ่งขึ้นของการเข้ารหัส LORA สามารถพบได้ที่นี่
น้ำหนักบรรทุกด้านบนมีส่วนหัว 36 ไบต์ตามด้วยรูปแบบแพ็คเก็ตความยาวตัวแปร รายละเอียด:
แต่ละสถานีจะได้รับที่อยู่ 16 บิต ที่อยู่บางแห่งมีความสำคัญเป็นพิเศษ:
ประเภทแพ็คเก็ตถูกตีความดังนี้:
ประเภทแพ็คเก็ตส่วนใหญ่ได้รับการยอมรับในแต่ละฮ็อพ Packet Type 1 ใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ โปรดทราบว่านี่ไม่ได้หมายความว่าการตอบรับถึงผู้ส่งต้นฉบับก็หมายความว่าแต่ละสถานีจะได้รับ ACK เพื่อระบุว่าแพ็กเก็ตถูกส่งไปยังสถานีถัดไปในเส้นทางเส้นทาง
แพ็คเก็ตตอบรับ (ประเภท 1) และแพ็คเก็ต ID สถานี (ประเภท 2) ไม่ได้รับการยอมรับ
สถานีจะรักษาตัวนับสำหรับแต่ละโหนดที่ได้รับแพ็กเก็ตจาก แพ็คเก็ตที่ซ้ำกันจะถูกทิ้งตามตัวนับ ID แพ็คเก็ต หน้าต่างจะถูกใช้เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนเมื่อเคาน์เตอร์พัน
แพ็คเก็ตนี้ส่งคืนข้อมูลทางเทคนิคที่ใช้ในการตรวจสอบสถานะของสถานี รูปแบบคือดังต่อไปนี้:
2 ไบต์และ 4 ไบต์จำนวนเต็มอยู่ในรูปแบบเล็ก ๆ น้อย ๆ
ต้นแบบ repeater บ้านนก (มุมมองภายนอก):
ต้นแบบตัวทวนเบิร์ดเฮาส์ (มุมมองอิเล็กทรอนิกส์ภายใน):
ต้นแบบ Repeater บ้านที่ติดตั้งหอคอยที่ QTH ของ KC1FSZ:
PCB ที่กำหนดเอง (V2) ได้รับการพัฒนาเพื่อปรับปรุงการรวมและเพื่อให้สิ่งต่าง ๆ ง่ายขึ้นสำหรับผู้สร้าง KIT โดยไม่ต้องมีความสามารถในการบัดกรี SMD บอร์ดนี้ยังมีขั้วต่อ SMA เพื่อให้การทดลองเสาอากาศง่ายขึ้น
โหนด Repeater ถูกบรรจุในตู้นกที่ได้มาตรฐานซึ่งออกแบบมาเพื่อการประกอบที่ง่าย
ต้องใช้ไม้หกชิ้น ส่วนประกอบจะติดโดยใช้สกรูไม้ บ้านนกใช้งานได้อย่างเต็มที่สำหรับนกขนาดเล็ก
หลังคาจะลาดที่มุม 32 องศาตามการกำหนดค่าที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสร้างพลังงานแสงอาทิตย์ที่ละติจูด 42 องศาทิศเหนือที่มีการปรับใช้เครือข่ายเริ่มต้น การออกแบบอาจต้องปรับสำหรับสถานที่อื่น ๆ
ชิ้นส่วนไม้สำหรับ Birdhouse Repeater Prototype:
ต้นแบบ repeater ที่ติดตั้งบนต้นไม้ที่ติดตั้งในต้นไม้ด้านในของ cloverleaf on-/off-ramp:
สถานี repeater ติดตั้งอยู่ด้านบนของ North Hill ใน Needham, MA
รายการตัดไม้:
โปรดใช้ความระมัดระวังเมื่อทำงานกับเครื่องมือไฟฟ้า!
ซอฟต์แวร์ LORA นั้นเป็น Homebrew อย่างสมบูรณ์-ไม่มีการใช้ไดรเวอร์นอกชั้นวาง นี่หมายถึงการทำงานมากขึ้นและการเรียนรู้มากขึ้น
โหนดทั้งหมดรองรับอินเทอร์เฟซอนุกรมสำหรับการโต้ตอบกับเครือข่าย แต่นี่เชื่อมต่อกับโหนดเดสก์ท็อปเท่านั้น
ตัวประมวลผลคำสั่งอนุกรมดำเนินการโดยใช้โครงการที่ดีมากนี้โดย Phil Jensen
มีการใช้กลไกการกำหนดเส้นทางแบบคงที่ในขณะนี้ ตารางการกำหนดเส้นทางสำหรับแต่ละโหนดสามารถเปลี่ยนแปลงได้จากระยะไกล การกำหนดเส้นทางแบบไดนามิกจะได้รับการพัฒนาในระยะต่อไป
โปรดดูโครงการ Wiki สำหรับข้อมูลเกี่ยวกับการพัฒนาการตั้งค่า IDE ฯลฯ
(เพื่อติดตาม)
คอลัมน์ 1
แถว 0 - GND ROW 1 - จัดหา GND ROW 2 - IO33 (ความรู้สึกแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่) แถว 3 - IO34 (ความรู้สึกแรงดันไฟฟ้าแผง) แถว 4 - Supply +VCC ROW 5 - Pannel Row 6 - Pannel Row 7 - +3.3V
คอลัมน์ 2
แถว 0 แถว 1 แถว 2 - IO19 (SPI MISO) แถว 3 - IO23 (SPI MOSI) แถว 4 - IO18 (SPI SCK) แถว 5 - IO5 (SPI NSS) แถว 6 - IO26 (วิทยุ RST) แถว 7 - IO4
ลิขสิทธิ์ (c) 2023 - Bruce MacKinnon KC1FSZ
งานนี้ครอบคลุมภายใต้เงื่อนไขของใบอนุญาตสาธารณะ GNU (v3) โปรดปรึกษาไฟล์ใบอนุญาตสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม
งานนี้มีให้สำหรับการใช้งานที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์โดยชุมชนวิทยุสมัครเล่น การแจกจ่ายซ้ำการใช้งานเชิงพาณิชย์หรือการขายส่วนใดส่วนหนึ่งเป็นสิ่งต้องห้าม
