Nano G1探索者解决方案

描述

概述

Nano 系列设备设计为便携式和耐用的解决方案，适用于远足、驾驶、滑雪等户外探险。它们旨在在射频性能、尺寸、耐用性和功率效率之间取得平衡，为用户提供适用于各种户外环境的可靠解决方案。

对于固件，所有 Nano 系列设备都预装了 Meshtastic。可以在最新固件部分找到更多详细信息。

 

Meshtastic [1] Mesh Device Nano G1 Explorer 是对Nano G1的重大升级， 融合了百安居咨询公司的最新射频技术。Nano G1 Explorer 采用新型内部宽带 Lora 天线，支持 815 Mhz 至 940 Mhz 的频率。宽带天线与优化的宽带 Lora RF 前端电路相结合，使 Nano G1 Explorer 无需更换天线即可与全球大多数地区的 LoRa 频段配合使用。该设备的设计还考虑了人体对其天线性能的潜在影响，即使放在口袋中也能确保最佳的射频性能。

升级总结在下面的选项卡中

射频升级

• Nano G1 Explorer 采用新型内部宽带 Lora 天线，支持 815 Mhz 至 940 Mhz 的频率。优化的宽带 Lora RF 前端电路提供了在不更换天线的情况下覆盖全球大部分地区的能力。
• 与 Nano G1 相比，该设备有一个新的内部 GPS 天线，可显着减少 GPS 锁定时间。
• Lora 收发器已从 SX1276 升级到SX1262 ，导致最大 TX 功率从 20 dBm 增加到 22 dBm。
• SX1262 电路包括一个TCXO (+-1.5 ppm)以提高频率精度。
• GPS模块可以通过GPS物理开关设置为低功耗模式。

其他升级

• 增强型消息通知电路，可选择 LED 或蜂鸣器，可通过物理开关进行配置。
• 物理电源开关，方便打开/关闭系统。
• 带有 FPC 连接器的可更换 OLED 屏幕。
• 内置锂聚合物电池充电器，可安装可选的 3.7V 603450 JST 1.25mm 可充电锂聚合物电池。
• Buck-boost 转换器，即使锂聚合物电池电压低至 2.5V，也能为系统提供稳定的 3.3V。电源电压稳定性对于确保射频电路的性能满足设计预期非常重要。

典型射频性能：

电气特性：

方面：

硬件

开关/按钮定义

 

 

电路板

• 电源开关
• 用于增强消息通知电路的 LED 或蜂鸣器开关
• GPS 开/关开关
• 消息阅读按钮 - 清除新消息 LED
• 用户按钮
• ESP32 房间
• 增强消息通知电路和新消息 LED 指示灯（绿色）
• 降压-升压转换器，效率 > 95%，德州仪器 (TI) TPS63051
• 32MHz TCXO (+-1.5 ppm)，零件号1XXD32000MBA，来自 DAISHINKU CORP. (KDS)
• USB C型插座
• CH9102F USB转UART桥
• Semtech SX1262 Lora 收发器
• 射频开关
• 电池充电 LED 指示灯（红色）
• 电池待机 LED 指示灯（绿色）
• OLED屏幕FPC连接器
• 用于可选 3.7V 603450 可充电锂聚合物电池的 JST 1.25mm 连接器
• 有源蜂鸣器
• ATGM336H-5N全星座定位导航模块
• GPS 每秒脉冲 (PPS) LED 指示器，当且仅当电路板由外部电源供电时，PPS LED 才起作用。（提高电池寿命）
• GPS全向天线
• 内置宽带 Lora 天线
• 1.3寸OLED屏

机械设计

与Nano G1类似， Nano G1 Explorer也是通过堆叠PCB板来构建的。这种方法提供了成本和机械强度的良好平衡。与 Nano G1 相比，Nano G1 Explorer 多使用了 5 块 PCB 来构建内置电池仓。可以安装可选的 3.7V 603450 JST 1.25mm 可充电锂聚合物电池。

注：蓝色矩形 - 尼龙机械螺丝和螺母

 

RF 设计 - Lora

传导测试

仪器设置和被测设备 (DUT) 配置

 

为了进行导通测试，需要在P2上焊接一个IPEX连接器，黄色矩形中的0欧姆0402电阻也需要移动到白色矩形的位置。

对于仪器设置，RF Explorer 6G Combo PLUS 频谱分析仪和 40 dB 衰减器用于测量 RF 传输功率。

用于 nano g1 的Meshtastic 固件2.0.0.18已闪入 DUT。Meshtastic Android APP 2.0.15 已用于控制 DUT，通道选项 =“远程/快速”，区域 =“美国”或“EU868”。

测量

对于 SX1262 Lora 收发器和区域 =“美国”，meshtastic 固件的默认 RF 发射功率设置为 22dBm。根据以上结果，射频发射功率为 23 dBm。

对于 SX1262 Lora 收发器和区域 =“EU868”，meshtastic 固件的默认 RF 发射功率设置为 22dBm。根据以上结果，射频发射功率为 22.5 dBm。

对于 US915 MHz 和 EU 868 MHz，结果略好于手动值。即使存在0.5dBm的射频前端电路插入损耗，实测数据仍略好于手册值。

天线测量

仪器设置和被测设备 (DUT) 配置

请参阅传导测试仪器设置的照片。 对于天线测量，需要在 P2 上焊接一个 IPEX 连接器，另外还需要在白色矩形处焊接一个 0 欧姆 0402 电阻。需要移除蓝色矩形上的电容器。

对于仪器设置，低成本 Nano VNA 已经足以进行此测量。天线周围的所有金属都会对天线性能产生显着影响，因此测量期间应将 DUT 悬空。测试时，天线必须安装在产品内部，尽可能接近最终使用状态，因为产品外壳也会影响天线参数。VNA 的校准平面应至少在 IPEX 连接器处，端口扩展可用于 VNA 校准。

测量

标准测量

当 DUT 悬空时，内部宽带 Lora PCB 天线的 S11 和 VSWR。

根据上述测量，VSWR <= 2 时的阻抗带宽为 815 Mhz 至 940 Mhz。VSWR @ 915 Mhz 为 1.4297，VSWR @ 868 Mhz 为 1.4573。

靠近天线的人体 (HBN)

人体对天线性能的影响是设计和优化手持无线通信设备（如手机、无线耳机和其他无线设备）的关键因素。通过在设计阶段考虑人体近天线 (HBN) 效应，工程师可以创建更高效​​和有效的无线通信系统。

超材料的使用已成为减轻 HBN 效应的有前途的解决方案，并且近年来受到了极大的关注。Nano G1 Explorer 投入了大量的研发工作来探索使用超材料来解决 HBN 问题。在宽带 Lora 天线的设计中，假设 Nano G1 Explorer 将放在口袋中，OLED 屏幕朝向身体。

如测量所示，粉色线代表天线悬在空中时的驻波比，而绿线代表天线靠近腿时的驻波比。天线的谐振频率没有明显向低频偏移，VSWR确实变差，但VSWR<=2（效率>=90%）的阻抗带宽仍然能够覆盖世界主要地区，如EU868和美国915。VSWR @ 915 Mhz 为 1.757，VSWR @ 868 Mhz 为 1.936。

射频设计 - GPS

通常，目前市场上的小尺寸陶瓷GPS天线，小于2.5cm*2.5cm左右，虽然号称圆极化，但性能较差。由于制造精度，每根天线的谐振频率不同，而陶瓷天线是定向天线，手持设备很难保持天线指向天空。因此，为 Nano G1 Explorer 开发了一种线极化全向 GPS 天线。虽然这种设计在理论上预计会有额外的 3dB 插入损耗，但预计 GPS 体验将比使用小尺寸陶瓷天线好得多。这种重新设计克服了小尺寸陶瓷天线的局限性，确保 GPS 性能不受影响。

NORDIC Semiconductor 有一篇优秀的文章详细比较了圆极化 GPS 天线和线极化 GPS 天线 - GPS 天线要求[2]。

GPS 天线测量

仪器设置和被测设备 (DUT) 配置

对于天线测量，需要在 P1 上焊接一个 IPEX 连接器，另外还需要在 R23 处焊接一个 0 欧姆 0402 电阻。C10处的电容需要去掉。

对于仪器设置，低成本 Nano VNA 已经足以进行此测量。天线周围的所有金属都会对天线性能产生显着影响，因此测量期间应将 DUT 悬空。测试时，天线必须安装在产品内部，尽可能接近最终使用状态，因为产品外壳也会影响天线参数。VNA 的校准平面应至少在 IPEX 连接器处，端口扩展可用于 VNA 校准。

测量

待测物悬空时内部 GPS 全向 PCB 天线的电压驻波比。

根据上述测量，阻抗带宽为 1474 Mhz 至 1590 Mhz for VSWR <= 2。VSWR @ 1575.42 Mhz，GPS L1 频段为 1.605。

通知电路

启用 ext_notification_plugin

对于 Meshtastic 固件 2.xx

收到传入消息时，您会收到活动蜂鸣器或新消息 LED 的提醒。

使用 Meshtastic CLI 执行以下命令：

meshtastic --set external_notification.enabled true --set external_notification.alert_message true --set external_notification.output_ms 100 --set external_notification.active true

输出：

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

重新启动设备，传入的新消息将导致 100ms 警报或打开新消息 LED，对应于“用于增强消息通知电路的 LED 或蜂鸣器开关”的选择。更多详细信息：https://meshtastic.org/docs/settings/moduleconfig/external-notification

内部锂聚合物电池充电器

Nano G1 Explorer 包括一个内部锂聚合物电池充电器，并且可以安装一个可选的 3.7V 603450 JST 1.25mm 可充电锂聚合物电池。内置电池预计会带有保护板，以防止过度放电。要安装电池，您需要取下位于四个绿色矩形内的尼龙螺母，然后取下电池盖。

规格

最新固件

Meshtastic Mesh Device Nano G1 Explorer 从固件版本TBD开始得到 Github 上官方 mesttastic 存储库的支持。因此，可以从 mestastic 项目的发布页面下载最新的固件： https: //github.com/meshtastic/Meshtastic-device/releases

固件文件：firmware-nano-g1-explorer-2.xxbin

按照说明将其闪存到 Nano G1 Explorer：https://meshtastic.org/docs/getting-started/flashing-firmware/esp32/

Meshtastic 2.0.21 的预编译固件

日期

描述

2023 年 2 月 19 日

初始发行。源代码

软件

安卓

Android APP 可以从 Google Play 商店下载和安装：https://play.google.com/store/apps/details ?id=com.geeksville.mesh

APP源码： https: //github.com/meshtastic/Meshtastic-Android/releases

iOS

可以从以下网址下载和安装 iOS APP：https ://meshtastic.org/docs/category/apple-apps

Python/Web 界面/MQTT 等

Meshtastic 还支持 Python、Web Interface 和 MQTT。更多信息：https://meshtastic.org/docs/software

参考

• Meshtastic 项目。2023 年 2 月 13 日检索自https://meshtastic.org ↩︎
• GPS 天线要求。2023 年 2 月 17 日，来自https://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fnwp_033%2FWP%2Fnwp_033%2Fnwp_033_gps_antenna_req.html ↩︎
• 电源配置。2023 年 2 月 18 日从https://meshtastic.org/docs/settings/config/power#adc-multiplier-override-fixes-issues-on-heltec-v2 中检索 ↩︎