想象一下，將離網(wǎng)LoRa網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大功能與云連接遙測的智能相結(jié)合。

Seeed Studio Wio Tracker L1系列混合開發(fā)工具包提供了完美的基礎(chǔ)：

?超低功耗nRF52840微控制器，集成LoRa無線電和高精度Quectel L76K GPS。

?該開發(fā)工具包已經(jīng)成為偏遠(yuǎn)地區(qū)通信的可靠Meshtastic節(jié)點(diǎn)。

我們正在通過集成遙測傳感器來擴(kuò)展其功能，以捕獲環(huán)境或態(tài)勢數(shù)據(jù)，并將其與作為MQTT網(wǎng)關(guān)的XIAO ESP32S3配對。其結(jié)果是一個(gè)混合系統(tǒng)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)流動(dòng)通過局部網(wǎng)格，同時(shí)也可以在全局實(shí)時(shí)訪問。該項(xiàng)目的重點(diǎn)是將Wio Tracker L1轉(zhuǎn)換為一個(gè)健壯的、封閉的Meshtastic節(jié)點(diǎn)，既可以作為傳感器節(jié)點(diǎn)，也可以作為網(wǎng)關(guān)。

它是如何工作的

1. 遙測數(shù)據(jù)采集

Wio跟蹤器L1可以與各種各樣的傳感器接口。例如:

?BME680用于溫度、濕度、壓力和室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)

?SCD30用于農(nóng)業(yè)或工業(yè)環(huán)境中精確的CO?測量

?用于智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用的土壤濕度傳感器

?用于安全和危害檢測的氣體傳感器(如CO， VOCs, CH?)

?用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測的加速度計(jì)或振動(dòng)傳感器

傳感器讀數(shù)以預(yù)定的間隔(例如，每60秒)收集，格式化為緊湊的有效載荷，并交給LoRa子系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。

2. 網(wǎng)傳輸

一旦編碼，遙測數(shù)據(jù)被廣播到Meshtastic網(wǎng)格。該區(qū)域的其他Wio Tracker L1節(jié)點(diǎn)可以

接收、轉(zhuǎn)發(fā)并記錄此數(shù)據(jù)。由于Meshtastic作為分散的網(wǎng)格運(yùn)行，因此不存在單點(diǎn)故障。

這確保了即使在缺乏蜂窩或互聯(lián)網(wǎng)覆蓋的挑戰(zhàn)性環(huán)境中也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健、有彈性的通信。

3. MQTT云網(wǎng)關(guān)

一個(gè)XIAO ESP32S3作為關(guān)鍵的橋梁。它通過UART或BLE連接到Wio Tracker L1。一方面，

它監(jiān)聽來自網(wǎng)格的傳入遙測數(shù)據(jù)包。另一方面，它使用Wi-Fi連接到已配置的MQTT代理。

每個(gè)傳入消息都會(huì)被解析、標(biāo)記(使用元數(shù)據(jù)，如設(shè)備ID、時(shí)間戳或GPS位置)，并發(fā)布到MQTT主題。

MQTT主題示例可以包括：

?遙測/ device123 /溫度

?遙測/ device123 / soil_moisture

?遙測/ device123 /二氧化碳

?gps / device123 /緯度

?gps / device123 /經(jīng)度

這種結(jié)構(gòu)可以很容易地有選擇地訂閱所需的數(shù)據(jù)流。

4. 全球可見性

在MQTT中，數(shù)據(jù)變得非常通用。您可以使用Grafana， Node-RED， Home Assistant或

甚至是移動(dòng)應(yīng)用程序。遠(yuǎn)程團(tuán)隊(duì)可以監(jiān)控環(huán)境狀況，在地圖上跟蹤設(shè)備，并設(shè)置警報(bào)系統(tǒng)。

例如，如果某個(gè)地區(qū)的二氧化碳濃度激增，系統(tǒng)可以通過電子郵件、短信或電報(bào)發(fā)送即時(shí)通知。

PCB概述

該P(yáng)CB設(shè)計(jì)為Seeed Studio Wio Tracker L1的載波/擴(kuò)展板。電路板布局顯示W(wǎng)io Tracker L1模塊位于中右，周圍放置支撐連接器和頭。外殼的輪廓表明，它的目的是適應(yīng)一個(gè)堅(jiān)固的戶外情況下，這是有意義的Meshtastic部署

關(guān)鍵部件及連接

?Wio Tracker L1 (Main Module)主板，包含北歐nRF52840 MCU、LoRa無線電和GPS模塊(Quectel L76K)。該模塊處理通信，GPS定位和LoRa網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

?Header H1(右側(cè)，連接Wio Tracker L1)提供GPIO、I2C、UART、電源和接地接入。這個(gè)頭作為Wio Tracker L1和附加電路(在這種情況下，遙測傳感器或網(wǎng)關(guān)板)之間的橋接。

?頭M1(左上)從Wio跟蹤器L1擴(kuò)展出多個(gè)引腳。從標(biāo)簽(GND， VCC， I2C線，可能是UART)來看，這個(gè)標(biāo)頭是用于外部傳感器或外圍模塊的。

?子板/模塊連接器U2(左下)這個(gè)較小的PCB占地面積用于附加模塊(看起來像Seeed Studio XIAO占地面積)。最有可能的是，這是您的XIAO ESP32S3作為MQTT網(wǎng)關(guān)插入的地方。它通過路由跡線(可能是用于數(shù)據(jù)交換和共享電源線的UART)連接回Wio Tracker L1。

?電源和地路由多個(gè)VCC和GND線呈扇形分布到Wio Tracker L1和XIAO占用空間，確保穩(wěn)定的供電。這意味著你的設(shè)計(jì)既可以在Wio Tracker的電池系統(tǒng)上運(yùn)行，也可以有額外的電源接入。

?外殼安裝孔四個(gè)安裝孔的角落表明，PCB的設(shè)計(jì)，以適應(yīng)安全地在一個(gè)堅(jiān)固的情況下，現(xiàn)場部署。這對環(huán)境耐久性(防風(fēng)雨、抗振動(dòng))很重要。

功能解釋

?Wio Tracker L1作為網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)運(yùn)行，收集GPS和可能的遙測數(shù)據(jù)。

?XIAO ESP32S3(位于U2)充當(dāng)Wi-Fi/MQTT橋接器，通過UART接收來自Wio Tracker L1的數(shù)據(jù)并將其發(fā)布到云端。

?外部遙測傳感器可以通過M1或H1頭(I2C， UART， GPIO)連接，根據(jù)用例提供靈活性。

?外殼使其成為可部署的現(xiàn)場單元，非常適合智能農(nóng)業(yè)，災(zāi)害監(jiān)測或社區(qū)網(wǎng)狀項(xiàng)目

用例

-災(zāi)難響應(yīng)：想象一下，一個(gè)救援隊(duì)在地震后將便攜式節(jié)點(diǎn)部署到倒塌的建筑物中。

配備CO?和VOC傳感器的節(jié)點(diǎn)可以檢測人類的存在，并提供態(tài)勢感知。即使地面沒有互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)格也能傳播讀數(shù)。basecamp的單個(gè)ESP32S3網(wǎng)關(guān)將所有聚合數(shù)據(jù)上傳到云端，用于遠(yuǎn)程危機(jī)協(xié)調(diào)。

智能農(nóng)業(yè)：農(nóng)民可以在大片土地上部署帶有土壤濕度和天氣傳感器的Wio Tracker L1設(shè)備。

該網(wǎng)格確保即使是來自最偏遠(yuǎn)的傳感器的數(shù)據(jù)也能在本地獲得。農(nóng)場的MQTT網(wǎng)關(guān)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)，使農(nóng)場范圍內(nèi)的儀表板可以從任何地方訪問。

?戶外社區(qū)：徒步旅行團(tuán)體或探險(xiǎn)者可以攜帶Wio Tracker L1節(jié)點(diǎn)共享GPS坐標(biāo)、海拔和環(huán)境遙測數(shù)據(jù)。ESP32S3將這些數(shù)據(jù)上傳到云端，讓家庭成員能夠?qū)崟r(shí)查看并安心。

?工業(yè)監(jiān)測：工廠或礦山可以監(jiān)測空氣質(zhì)量，振動(dòng)水平，或有害氣體與分布式網(wǎng)格的傳感器。該系統(tǒng)在沒有互聯(lián)網(wǎng)的情況下現(xiàn)場工作，網(wǎng)關(guān)確保所有數(shù)據(jù)與基于云的監(jiān)控系統(tǒng)同步。

為什么令人興奮

這個(gè)項(xiàng)目突出了社區(qū)驅(qū)動(dòng)協(xié)議與Seeed Studio硬件相結(jié)合的力量。

通過將Meshtastic mesh網(wǎng)絡(luò)與MQTT云集成融合，我們創(chuàng)建了一個(gè)有效的通信骨干

無論是本地的還是全球的。

主要優(yōu)勢包括：

網(wǎng)格彈性：工作沒有蜂窩或互聯(lián)網(wǎng)在偏遠(yuǎn)或?yàn)?zāi)害易發(fā)地區(qū)。

用于智能的MQTT：用于儀表板、警報(bào)和全局訪問的無縫云集成。

模塊化設(shè)計(jì)：根據(jù)您的場景選擇傳感器和外設(shè)。

低功耗操作：理想的太陽能或電池供電部署在現(xiàn)場。

這不再僅僅是一個(gè)開發(fā)工具包——它是下一代環(huán)境監(jiān)測的藍(lán)圖，

智能農(nóng)業(yè)、災(zāi)害響應(yīng)和彈性通信系統(tǒng)。

項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)

由于這個(gè)階段PCB制作的預(yù)算有限，我無法制作出最終的印刷電路板。然而，我組裝了一個(gè)功能齊全的原型，它與預(yù)期的硬件設(shè)計(jì)和整體概念非常接近。該原型將相同的關(guān)鍵組件(包括LoRa模塊、微控制器、OLED顯示器、電池和電源管理電路)集成在具有等效布局的原型板上。

通過這樣做，我能夠驗(yàn)證網(wǎng)關(guān)的完整功能，包括無線電通信、屏幕狀態(tài)報(bào)告和電源管理特性。該原型有效地證明了設(shè)計(jì)的可靠性，并在等待最終PCB版本的同時(shí)作為實(shí)際的概念驗(yàn)證。原理圖和材料清單保持一致，確保這種配置可以很容易地被其他對類似項(xiàng)目感興趣的制造商和開發(fā)人員復(fù)制或調(diào)整。

為了在不等待PCB制造的情況下將概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，我首先準(zhǔn)備了一個(gè)堅(jiān)固的塑料外殼，足夠大，可以容納主板和天線連接器。在里面，我安裝了一塊穿孔的原型板作為基礎(chǔ)平臺。該板為Wio Tracker L1提供機(jī)械支持，并允許組件之間的靈活布線。

然后，我將Wio Tracker L1模塊放在perfboard的中心，對齊其USB-C端口和天線連接器，使其整齊地安裝在外殼內(nèi)。perfboard使用小型塑料墊片和螺釘固定，確保穩(wěn)定的支撐并最大限度地減少操作過程中的移動(dòng)。

接下來，我用彩色編碼的帶狀電纜連接了基本部件——OLED顯示屏、電源連接器和LiPo電池，以保證清晰度和組織性。每個(gè)連接都遵循與原始PCB設(shè)計(jì)相同的路由和引腳，保持電氣完整性和布局一致性。天線安裝在外殼的側(cè)壁上，用黃銅螺母固定，清潔可靠。

在組裝好內(nèi)部線路后，在給設(shè)備供電之前，我進(jìn)行了連續(xù)性檢查，以確認(rèn)所有信號路徑都是正確的。一旦連接上，顯示器就立即活了起來，顯示出Meshtastic界面——這是對原型機(jī)完全可操作的滿意確認(rèn)。

測試及結(jié)果

組裝完成后，我進(jìn)行了一系列功能測試，以評估硬件穩(wěn)定性和固件性能。原型機(jī)首先通過USB供電，然后切換到電池模式，以確認(rèn)適當(dāng)?shù)碾娫垂芾砗碗娫粗g的平穩(wěn)過渡。OLED顯示屏初始化正確，顯示了Meshtastic界面的系統(tǒng)信息，如電池電壓、正常運(yùn)行時(shí)間和連接狀態(tài)。

在室外操作時(shí)，外殼提供了出色的保護(hù)，即使在輕微的振動(dòng)或運(yùn)動(dòng)下，也能保持所有內(nèi)部組件的穩(wěn)定。熱性能也很穩(wěn)定，在長時(shí)間運(yùn)行期間沒有檢測到過熱。

如果你想把它作為一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，我的朋友Davide已經(jīng)做了一個(gè)關(guān)于如何在他的meshbot項(xiàng)目上實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的很好的教程。

結(jié)論及未來工作

該項(xiàng)目展示了Wio Tracker L1網(wǎng)關(guān)概念的全功能原型，成功驗(yàn)證了硬件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)。通過仔細(xì)的原型設(shè)計(jì)和測試，所有核心網(wǎng)關(guān)功能(LoRa通信、顯示輸出和電源管理)都已被證明可以在實(shí)際條件下可靠地工作。

雖然這個(gè)版本是基于一個(gè)perfboard原型，這個(gè)項(xiàng)目的最后一步將是一個(gè)專用PCB的制造。我計(jì)劃將當(dāng)前的布線和布局轉(zhuǎn)換為專業(yè)設(shè)計(jì)的印刷電路板，以增強(qiáng)耐用性，簡化組裝，并確保在未來的構(gòu)建中保持一致的性能。

本文編譯自hackster.io