Рубрика: Блог

На днях мне пришла новая разработка Heltec — V4 на основе ESP32. Почему я заказал именно эту плату? Потому что меня заинтересовала одна ее особенность: выходная мощность передатчика ее модуля LoRa — до 28 dBm. Напомню, что выходная мощность радиомодуля Pro-micro — 22 dBm. Мне захотелось понять, что это дает в плане дальности связи и не пора ли уже переходить на эту плату.

Для того, чтобы сравнить платы в реальной жизни, я установил их в два одинаковых корпуса, подключил к ним две одинаковые антенны 17,5 см через одинаковые хвостики IPEX-SMA 8 см и даже запитал от одного пауэрбанка через одинаковые USB кабели. То есть, постарался соблюсти все условия, чтобы состязание было честным. Кстати, в настройках Meshtastic установил регион не Russia, а EU868, так как в этом случае ограничение по мощности 27 dBm, а не 20, как в случае Russia. Это я сделал для того, чтобы преимущество большей выходной мощности V4, если оно есть, могло бы проявиться в реальной жизни.

Положил обе платы в рюкзак и отправился по своему обычному маршруту, проверяя в пути качество связи с платой Heltec T114, которую оставил дома.

Это приложение, связанное с платой Pro-micro.

А вот приложение с V4 в то же время в том же месте. И картина здесь показана типичная, которую я много раз наблюдал за время этого похода. Там, где Pro-micro показывает средний сигнал , V4 показывает плохой. Там, где Pro-micro показывает плохой, V4 вообще не ловит.

Итак, в результате первой проверки выяснилось, что Pro-micro работает лучше, чем V4. Мне это показалось странным, и я решил выяснить почему. Подозрение падало на то, что антенны все-таки не совсем одинаковые. Хотя они были не то, что одного типа, но даже из одной партии, я решил проверить их векторным анализатором.

Здесь подключена антенна, которая была с Pro-micro.

Здесь подключена антенна, которая была с V4. Видно, что она несколько хуже первой.

На второй день я снова пошел проверять, только теперь я поменял антенны местами. Результат оказался противоположным первоначальному. То есть, там, где на V4 сигнал был средний, на Pro-micro он был плохой, а там, где на V4 был плохой, Pro-micro не ловил вовсе.

Из этого делаем вывод, что дальность связи не зависит от того, используете вы плату V4 или Pro-micro, а определяется характеристиками антенны, которые могут отличаться даже у антенн одного типа и из одной партии. Кстати, по российскому законодательству вы не можете использовать передатчик с выходной мощностью более 100 мВт (это как раз те самые 20 dBm, которые заложены в приложении Meshtastic) в частотном диапазоне 868 МГц.

Но этим я не ограничился и устроил еще одну проверку. Давно известно, что платы на ESP32, к которым относится Heltec V4 потребляют заметно больше, чем платы на NRF52. И вот что я сделал: взял эти две платы, одновременно подключил к одинаковым аккумуляторам и стал смотреть, что получится.

В 10:58 заряд аккумулятора на Pro-micro был 96%, V4 был полностью заряжен.

В 14:27 заряд аккумулятора на Pro-micro был 92%, на V4 был 73%.

В 16:55 заряд аккумулятора на Pro-micro был 91%, на V4 был 29%.

Где-то через час V4 погас. Дисплей на нем все это время был отключен, только мигал светодиод. То есть, в режиме приема V4 хватило на 7 часов работы от аккумулятора 800 мАч.

Мой вывод такой: плата V4 не очень-то подходит для носимых устройств, где время работы от аккумулятора — важная характеристика. Пожалуй, подойдет для стационарных устройств с питанием от сети, особенно если использовать модифицированную прошивку, которая позволяет включить передатчик на полную мощность. С другой стороны, это уже будет грубым нарушением правил использования радиоэфира, так как значительно превысит те самые 100 мВт.

Испытания GNSS трекера происходили в сельской местности в условиях, приближенных к реальности, то есть мы повесили трекер на нашу собаку и начали отслеживать ее местоположение.

Сразу заметим, что собака у нас маленькая. Это, конечно, не чихуахуа, но такой вполне компактный терьерчик вроде всяких там корги, джекрасселов и биглей, только неизвестной породы. Это я к тому, что даже на такой собаке компактный и легкий трекер смотрится вполне гармонично и не доставляет ей особых неудобств, а уж крупная собака так и вовсе не заметит, что вы на нее что-то такое прицепили.

Что касается настроек устройства, то роль устройства была заменена со стандартного «клиент» на «трекер», что говорит устройству о том, что передача информации о положении в канал должно быть для него приоритетом. Период передачи положения был установлен минимальный — 1 мин. Период опроса модуля GNSS тоже 1 мин.

Первый раз мы вышли в овраг и прошли вдоль него. Это упрощенно можно считать открытой местностью, хотя, конечно, небосвод со всеми спутниками со дна оврага виден не полностью. Однако точность отслеживания положения собаки была на высоте.

В моем приложении «собачий» трекер отображается со значком перечеркнутого смартфона. Это потому, что в настройках этого устройства я поменял «роль» устройства «клиент» (по умолчанию) на «трекер». Как видим, GNSS модуль устройства в данный момент «ловит» 23 спутника, что очень хорошо. Это количество постоянно меняется. Чем больше, тем точнее определяется местоположение.

Синяя точка на карте — это мое положение, считанное с телефона. 6b27 — трекер собаки. Сначала она никак не хотела уходить и бежала рядом, что было совсем не интересно и не соответствовало цели прогулки.

Вот наконец она немного ушла вперед, что было уже лучше, но все же недостаточно. Тогда я решил сделать следующее — сам остаюсь на месте, а жена с собакой возвращается домой. Это для того, чтобы собака, наконец, пропала из поля зрения и появилось ощущение, что я ее отслеживаю.

И это сработало! Собаку я уже видеть не мог, зато ее положение в приложении видел точно. Именно здесь она и должна была идти, других тропинок в этом месте нет. Единственное, задержка в передаче положения до минуты — это многовато, за минуту собака может убежать довольно далеко. Попробуем как-то решить эту проблему…

На следующий раз мы отправились в лес, чтобы проверить, как поведет себя трекер в условиях, когда множество деревьев делают прохождение сигнала от спутников более проблематичным.

Да, спутников в лесу трекер «ловит» меньше, чем на открытой местности: в нашем случае это было 15-16 вместо 20-23. Но на точности определения позиции это сказывается незначительно, она остается вполне достаточной — в пределах 10-20 метров.

И, наконец, самое интересное: проблему с запаздыванием обновления положения трекера решить все-таки удалось! Если в двух словах, то нужно использовать «умную» передачу позиции и минимальные периоды по времени. В отдельной статье можно посмотреть, как настраивать трекер для получения самой оперативной информации о его местонахождении.

И еще один немаловажный момент. В первый раз для связи с трекером я брал устройство «Узел S» с внутренней антенной и дальность связи была очень посредственной, поскольку хорошего качества связи между двумя внутренними антеннами ожидать было бы наивно. Поэтому хочу дать такой совет: для отслеживания положения таких трекеров желательно использовать устройство с хорошей внешней антенной, например «Узел M» или другое подобное, в таком случае вы останетесь довольны результатом!

Вот и готов, наконец, наш новый корпус для внешней антенны. И конечно же, я сразу пошел сравнивать качество связи этих двух корпусов: с внутренней антенной и с внешней.

Не могу сказать, что я делаю это впервые. Дальность связи и прочие характеристики для платы NRF52-PROMICRO-DIY я проверял с начала ее использования, а это уже более четырех месяцев. Просто раньше для сравнения этой платы с другими устройствами и разными антеннами я использовал корпуса,скачанные из интернета, а сегодня испытал нашу собственную модель корпуса, которая, помимо разъема для внешней антенны имеет механический выключатель питания батареи и аккумулятор на 2000 мАч.

Итак, первая контрольная точка. 640 метров, прямой видимости нет (деревья, малоэтажные здания).

Корпус со встроенной антенной. Сигнал плохой.

Корпус с внешней антенной здесь же. Без комментариев.

Идем дальше, вторая контрольная точка. 950 метров, прямой видимости нет (деревья, малоэтажные здания).

Корпус со встроенной антенной. Сообщение отправить не удалось.

Корпус с внешней антенной. Из этой же точки сообщение отправилось без проблем, сигнал средний.

Когда я сравниваю два разных устройство и одно из них перестает передавать сообщения с нескольких попыток, на этом я заканчиваю процесс. Как выяснилось, качество связи с большой внешней антенной 17 см гораздо лучше, чем в случае встроенной антенны, что не удивительно. Встроенная антенна позволяет сделать гораздо более компактный корпус и прочность значительно выше, так как нет риска сломать антенну, однако дальность связи при этом страдает.

Прежде всего о том, что такое «новые» и «старые».

«Старые» — это те, которые мы продавали раньше — Lilygo TTGO со стоковыми антеннами.

«Новые» — это устройства, основанные на контроллере NRF52 и радиомодуле SX1262.

Условия — расстояние около 400 метров, но прямой видимости нет, между рациями сплошной лесной массив и несколько зданий.

Качество связи «старого» устройства:

А вот для «нового»:

Как видим, результаты (условия связи) примерно одинаковые, у нового немного лучше RSSI, то есть мощность принятого сигнала абонента. Нужно принять во внимание еще и то, что у нового устройства антенна внутренняя, а габариты меньше, чем у старого, плюс лучшая влагозащищенность. И конечно, при использовании другого корпуса с внешней антенной результаты сравнения получатся совсем другие.

Вот как повело себя устройство на точно такой же плате как у «нового» выше, только с внешней антенной 8 см.

Получается, что с внешней антенной, даже сравнительно небольших габаритов, качество связи получилось значительно лучше, чем с внутренней.

Сегодня проверял работу антенн различного типа с разъемом SMA на одном и том же устройстве — «NRF52 Pro-micro DIY».

Условия такие — город, расстояние чуть меньше километра, 2-3 этажная застройка, прямой видимости, разумеется, нет.

Первым номером шла антенна которая называется GRANDWISDOM антенна GSM 868/915 МГц 5dbi, длиной 17,5 см

Затем тоже сравнительно большая антенна, примерно такой же длины, как и предыдущая, которая называется GWS. Результат получился несколько лучше.

Далее идет уже более короткая антенна 11 см

Еще более короткая антенна — 8 см. Ух ты, результат даже лучше, чем у предыдущей!

Теперь подключаем антенну длиной 6 см. Здесь результат уже более предсказуемый, по сравнению с предыдущим.

Настало время подвести итоги. Самые лучшие результаты вполне предсказуемо показали антенны длиной 17-18 см. Наихудший результат на удивление показала антенна 11 см. Очень порадовала антенна на 8 см — пожалуй, идеальный компромисс между компактностью и качеством связи.