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Nano G1探索者解決方案

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資料介紹

描述

概述

Nano 系列設(shè)備設(shè)計為便攜式和耐用的解決方案，適用于遠足、駕駛、滑雪等戶外探險。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信息。

Meshtastic [1] Mesh Device Nano G1 Explorer 是對Nano G1的重大升級，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)計還考慮了人體對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。

升級總結(jié)在下面的選項卡中

射頻升級

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)備有一個新的內(nèi)部 GPS 天線，可顯著減少 GPS 鎖定時間。
Lora 收發(fā)器已從 SX1276 升級到SX1262 ，導(dǎo)致最大 TX 功率從 20 dBm 增加到 22 dBm。
SX1262 電路包括一個TCXO (+-1.5 ppm)以提高頻率精度。
GPS模塊可以通過GPS物理開關(guān)設(shè)置為低功耗模式。

其他升級

增強型消息通知電路，可選擇 LED 或蜂鳴器，可通過物理開關(guān)進行配置。
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)定性對于確保射頻電路的性能滿足設(shè)計預(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

電路板

電源開關(guān)
用于增強消息通知電路的 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1XXD32000MBA，來自 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 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，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

機械設(shè)計

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

注：藍色矩形 - 尼龍機械螺絲和螺母

RF 設(shè)計 - Lora

傳導(dǎo)測試

儀器設(shè)置和被測設(shè)備 (DUT) 配置

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

對于儀器設(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 =“遠程/快速”，區(qū)域 =“美國”或“EU868”。

測量

對于 SX1262 Lora 收發(fā)器和區(qū)域 =“美國”，meshtastic 固件的默認 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。

對于 SX1262 Lora 收發(fā)器和區(qū)域 =“EU868”，meshtastic 固件的默認 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。

對于 US915 MHz 和 EU 868 MHz，結(jié)果略好于手動值。即使存在0.5dBm的射頻前端電路插入損耗，實測數(shù)據(jù)仍略好于手冊值。

天線測量

儀器設(shè)置和被測設(shè)備 (DUT) 配置

請參閱傳導(dǎo)測試儀器設(shè)置的照片。對于天線測量，需要在 P2 上焊接一個 IPEX 連接器，另外還需要在白色矩形處焊接一個 0 歐姆 0402 電阻。需要移除藍色矩形上的電容器。

對于儀器設(shè)置，低成本 Nano VNA 已經(jīng)足以進行此測量。天線周圍的所有金屬都會對天線性能產(chǎn)生顯著影響，因此測量期間應(yīng)將 DUT 懸空。測試時，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)，因為產(chǎn)品外殼也會影響天線參數(shù)。VNA 的校準(zhǔn)平面應(yīng)至少在 IPEX 連接器處，端口擴展可用于 VNA 校準(zhǔn)。

測量

標(biāo)準(zhǔn)測量

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

根據(jù)上述測量，VSWR <= 2 時的阻抗帶寬為 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)

人體對天線性能的影響是設(shè)計和優(yōu)化手持無線通信設(shè)備（如手機、無線耳機和其他無線設(shè)備）的關(guān)鍵因素。通過在設(shè)計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，并且近年來受到了極大的關(guān)注。Nano G1 Explorer 投入了大量的研發(fā)工作來探索使用超材料來解決 HBN 問題。在寬帶 Lora 天線的設(shè)計中，假設(shè) Nano G1 Explorer 將放在口袋中，OLED 屏幕朝向身體。

如測量所示，粉色線代表天線懸在空中時的駐波比，而綠線代表天線靠近腿時的駐波比。天線的諧振頻率沒有明顯向低頻偏移，VSWR確實變差，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915。VSWR @ 915 Mhz 為 1.757，VSWR @ 868 Mhz 為 1.936。

射頻設(shè)計 - GPS

通常，目前市場上的小尺寸陶瓷GPS天線，小于2.5cm*2.5cm左右，雖然號稱圓極化，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)計在理論上預(yù)計會有額外的 3dB 插入損耗，但預(yù)計 GPS 體驗將比使用小尺寸陶瓷天線好得多。這種重新設(shè)計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 天線測量

儀器設(shè)置和被測設(shè)備 (DUT) 配置

對于天線測量，需要在 P1 上焊接一個 IPEX 連接器，另外還需要在 R23 處焊接一個 0 歐姆 0402 電阻。C10處的電容需要去掉。

測量

待測物懸空時內(nèi)部 GPS 全向 PCB 天線的電壓駐波比。

根據(jù)上述測量，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

對于 Meshtastic 固件 2.xx

收到傳入消息時，您會收到活動蜂鳴器或新消息 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

重新啟動設(shè)備，傳入的新消息將導(dǎo)致 100ms 警報或打開新消息 LED，對應(yīng)于“用于增強消息通知電路的 LED 或蜂鳴器開關(guān)”的選擇。更多詳細信息：https://meshtastic.org/docs/settings/moduleconfig/external-notification

內(nèi)部鋰聚合物電池充電器

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

規(guī)格

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 ??