Nano G1探索者解決方案

描述

概述

Nano 系列設(shè)備設(shè)計(jì)為便攜式和耐用的解決方案，適用于遠(yuǎn)足、駕駛、滑雪等戶外探險(xiǎn)。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(huán)境的可靠解決方案。

對(duì)于固件，所有 Nano 系列設(shè)備都預(yù)裝了 Meshtastic。可以在最新固件部分找到更多詳細(xì)信息。

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Meshtastic [1] Mesh Device Nano G1 Explorer 是對(duì)Nano G1的重大升級(jí)， 融合了百安居咨詢公司的最新射頻技術(shù)。Nano G1 Explorer 采用新型內(nèi)部寬帶 Lora 天線，支持 815 Mhz 至 940 Mhz 的頻率。寬帶天線與優(yōu)化的寬帶 Lora RF 前端電路相結(jié)合，使 Nano G1 Explorer 無(wú)需更換天線即可與全球大多數(shù)地區(qū)的 LoRa 頻段配合使用。該設(shè)備的設(shè)計(jì)還考慮了人體對(duì)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(jí)總結(jié)在下面的選項(xiàng)卡中

射頻升級(jí)

• Nano G1 Explorer 采用新型內(nèi)部寬帶 Lora 天線，支持 815 Mhz 至 940 Mhz 的頻率。優(yōu)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(qū)的能力。
• 與 Nano G1 相比，該設(shè)備有一個(gè)新的內(nèi)部 GPS 天線，可顯著減少 GPS 鎖定時(shí)間。
• Lora 收發(fā)器已從 SX1276 升級(jí)到SX1262 ，導(dǎo)致最大 TX 功率從 20 dBm 增加到 22 dBm。
• SX1262 電路包括一個(gè)TCXO (+-1.5 ppm)以提高頻率精度。
• GPS模塊可以通過(guò)GPS物理開關(guān)設(shè)置為低功耗模式。

其他升級(jí)

• 增強(qiáng)型消息通知電路，可選擇 LED 或蜂鳴器，可通過(guò)物理開關(guān)進(jìn)行配置。
• 物理電源開關(guān)，方便打開/關(guān)閉系統(tǒng)。
• 帶有 FPC 連接器的可更換 OLED 屏幕。
• 內(nèi)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(zhuǎn)換器，即使鋰聚合物電池電壓低至 2.5V，也能為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 3.3V。電源電壓穩(wěn)定性對(duì)于確保射頻電路的性能滿足設(shè)計(jì)預(yù)期非常重要。

典型射頻性能：

電氣特性：

方面：

硬件

開關(guān)/按鈕定義

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電路板

• 電源開關(guān)
• 用于增強(qiáng)消息通知電路的 LED 或蜂鳴器開關(guān)
• GPS 開/關(guān)開關(guān)
• 消息閱讀按鈕 - 清除新消息 LED
• 用戶按鈕
• ESP32 房間
• 增強(qiáng)消息通知電路和新消息 LED 指示燈（綠色）
• 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，效率 > 95%，德州儀器 (TI) TPS63051
• 32MHz TCXO (+-1.5 ppm)，零件號(hào)1XXD32000MBA，來(lái)自 DAISHINKU CORP. (KDS)
• USB C型插座
• CH9102F USB轉(zhuǎn)UART橋
• Semtech SX1262 Lora 收發(fā)器
• 射頻開關(guān)
• 電池充電 LED 指示燈（紅色）
• 電池待機(jī) 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(dǎo)航模塊
• GPS 每秒脈沖 (PPS) LED 指示器，當(dāng)且僅當(dāng)電路板由外部電源供電時(shí)，PPS LED 才起作用。（提高電池壽命）
• GPS全向天線
• 內(nèi)置寬帶 Lora 天線
• 1.3寸OLED屏

機(jī)械設(shè)計(jì)

與Nano G1類似， Nano G1 Explorer也是通過(guò)堆疊PCB板來(lái)構(gòu)建的。這種方法提供了成本和機(jī)械強(qiáng)度的良好平衡。與 Nano G1 相比，Nano G1 Explorer 多使用了 5 塊 PCB 來(lái)構(gòu)建內(nèi)置電池倉(cāng)。可以安裝可選的 3.7V 603450 JST 1.25mm 可充電鋰聚合物電池。

注：藍(lán)色矩形 - 尼龍機(jī)械螺絲和螺母

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RF 設(shè)計(jì) - Lora

傳導(dǎo)測(cè)試

儀器設(shè)置和被測(cè)設(shè)備 (DUT) 配置

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為了進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試，需要在P2上焊接一個(gè)IPEX連接器，黃色矩形中的0歐姆0402電阻也需要移動(dòng)到白色矩形的位置。

對(duì)于儀器設(shè)置，RF Explorer 6G Combo PLUS 頻譜分析儀和 40 dB 衰減器用于測(cè)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(xiàng) =“遠(yuǎn)程/快速”，區(qū)域 =“美國(guó)”或“EU868”。

測(cè)量

對(duì)于 SX1262 Lora 收發(fā)器和區(qū)域 =“美國(guó)”，meshtastic 固件的默認(rèn) RF 發(fā)射功率設(shè)置為 22dBm。根據(jù)以上結(jié)果，射頻發(fā)射功率為 23 dBm。

對(duì)于 SX1262 Lora 收發(fā)器和區(qū)域 =“EU868”，meshtastic 固件的默認(rèn) RF 發(fā)射功率設(shè)置為 22dBm。根據(jù)以上結(jié)果，射頻發(fā)射功率為 22.5 dBm。

對(duì)于 US915 MHz 和 EU 868 MHz，結(jié)果略好于手動(dòng)值。即使存在0.5dBm的射頻前端電路插入損耗，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)仍略好于手冊(cè)值。

天線測(cè)量

儀器設(shè)置和被測(cè)設(shè)備 (DUT) 配置

請(qǐng)參閱傳導(dǎo)測(cè)試儀器設(shè)置的照片。 對(duì)于天線測(cè)量，需要在 P2 上焊接一個(gè) IPEX 連接器，另外還需要在白色矩形處焊接一個(gè) 0 歐姆 0402 電阻。需要移除藍(lán)色矩形上的電容器。

對(duì)于儀器設(shè)置，低成本 Nano VNA 已經(jīng)足以進(jìn)行此測(cè)量。天線周圍的所有金屬都會(huì)對(duì)天線性能產(chǎn)生顯著影響，因此測(cè)量期間應(yīng)將 DUT 懸空。測(cè)試時(shí)，天線必須安裝在產(chǎn)品內(nèi)部，盡可能接近最終使用狀態(tài)，因?yàn)楫a(chǎn)品外殼也會(huì)影響天線參數(shù)。VNA 的校準(zhǔn)平面應(yīng)至少在 IPEX 連接器處，端口擴(kuò)展可用于 VNA 校準(zhǔn)。

測(cè)量

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量

當(dāng) DUT 懸空時(shí)，內(nèi)部寬帶 Lora PCB 天線的 S11 和 VSWR。

根據(jù)上述測(cè)量，VSWR <= 2 時(shí)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(duì)天線性能的影響是設(shè)計(jì)和優(yōu)化手持無(wú)線通信設(shè)備（如手機(jī)、無(wú)線耳機(jī)和其他無(wú)線設(shè)備）的關(guān)鍵因素。通過(guò)在設(shè)計(jì)階段考慮人體近天線 (HBN) 效應(yīng)，工程師可以創(chuàng)建更高效??和有效的無(wú)線通信系統(tǒng)。

超材料的使用已成為減輕 HBN 效應(yīng)的有前途的解決方案，并且近年來(lái)受到了極大的關(guān)注。Nano G1 Explorer 投入了大量的研發(fā)工作來(lái)探索使用超材料來(lái)解決 HBN 問(wèn)題。在寬帶 Lora 天線的設(shè)計(jì)中，假設(shè) Nano G1 Explorer 將放在口袋中，OLED 屏幕朝向身體。

如測(cè)量所示，粉色線代表天線懸在空中時(shí)的駐波比，而綠線代表天線靠近腿時(shí)的駐波比。天線的諧振頻率沒(méi)有明顯向低頻偏移，VSWR確實(shí)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(qū)，如EU868和美國(guó)915。VSWR @ 915 Mhz 為 1.757，VSWR @ 868 Mhz 為 1.936。

射頻設(shè)計(jì) - GPS

通常，目前市場(chǎng)上的小尺寸陶瓷GPS天線，小于2.5cm*2.5cm左右，雖然號(hào)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(shè)備很難保持天線指向天空。因此，為 Nano G1 Explorer 開發(fā)了一種線極化全向 GPS 天線。雖然這種設(shè)計(jì)在理論上預(yù)計(jì)會(huì)有額外的 3dB 插入損耗，但預(yù)計(jì) GPS 體驗(yàn)將比使用小尺寸陶瓷天線好得多。這種重新設(shè)計(jì)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(yōu)秀的文章詳細(xì)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(cè)量

儀器設(shè)置和被測(cè)設(shè)備 (DUT) 配置

對(duì)于天線測(cè)量，需要在 P1 上焊接一個(gè) IPEX 連接器，另外還需要在 R23 處焊接一個(gè) 0 歐姆 0402 電阻。C10處的電容需要去掉。

對(duì)于儀器設(shè)置，低成本 Nano VNA 已經(jīng)足以進(jìn)行此測(cè)量。天線周圍的所有金屬都會(huì)對(duì)天線性能產(chǎn)生顯著影響，因此測(cè)量期間應(yīng)將 DUT 懸空。測(cè)試時(shí)，天線必須安裝在產(chǎn)品內(nèi)部，盡可能接近最終使用狀態(tài)，因?yàn)楫a(chǎn)品外殼也會(huì)影響天線參數(shù)。VNA 的校準(zhǔn)平面應(yīng)至少在 IPEX 連接器處，端口擴(kuò)展可用于 VNA 校準(zhǔn)。

測(cè)量

待測(cè)物懸空時(shí)內(nèi)部 GPS 全向 PCB 天線的電壓駐波比。

根據(jù)上述測(cè)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(duì)于 Meshtastic 固件 2.xx

收到傳入消息時(shí)，您會(huì)收到活動(dòng)蜂鳴器或新消息 LED 的提醒。

使用 Meshtastic CLI 執(zhí)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(dòng)設(shè)備，傳入的新消息將導(dǎo)致 100ms 警報(bào)或打開新消息 LED，對(duì)應(yīng)于“用于增強(qiáng)消息通知電路的 LED 或蜂鳴器開關(guān)”的選擇。更多詳細(xì)信息：https://meshtastic.org/docs/settings/moduleconfig/external-notification

內(nèi)部鋰聚合物電池充電器

Nano G1 Explorer 包括一個(gè)內(nèi)部鋰聚合物電池充電器，并且可以安裝一個(gè)可選的 3.7V 603450 JST 1.25mm 可充電鋰聚合物電池。內(nèi)置電池預(yù)計(jì)會(huì)帶有保護(hù)板，以防止過(guò)度放電。要安裝電池，您需要取下位于四個(gè)綠色矩形內(nèi)的尼龍螺母，然后取下電池蓋。

規(guī)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(chǔ)庫(kù)的支持。因此，可以從 mestastic 項(xiàng)目的發(fā)布頁(yè)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(shuō)明將其閃存到 Nano G1 Explorer：https://meshtastic.org/docs/getting-started/flashing-firmware/esp32/

Meshtastic 2.0.21 的預(yù)編譯固件

日期

描述

2023 年 2 月 19 日

初始發(fā)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(wǎng)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(xiàng)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(lái)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 ??