想象一下，將離網(wǎng)LoRa網(wǎng)絡的強大功能與云連接遙測的智能相結合。

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

?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)成為偏遠地區(qū)通信的可靠Meshtastic節(jié)點。

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

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、壓力和室內空氣質量(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?)

?用于結構監(jiān)測的加速度計或振動傳感器

傳感器讀數(shù)以預定的間隔(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)點可以

接收、轉發(fā)并記錄此數(shù)據(jù)。由于Meshtastic作為分散的網(wǎng)格運行，因此不存在單點故障。

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)境中也能實現(xiàn)穩(wěn)健、有彈性的通信。

3. MQTT云網(wǎng)關

一個XIAO ESP32S3作為關鍵的橋梁。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。

每個傳入消息都會被解析、標記(使用元數(shù)據(jù)，如設備ID、時間戳或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

這種結構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

甚至是移動應用程序。遠程團隊可以監(jiān)控環(huán)境狀況，在地圖上跟蹤設備，并設置警報系統(tǒng)。

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

PCB概述

該PCB設計為Seeed Studio Wio Tracker L1的載波/擴展板。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，它的目的是適應一個堅固的戶外情況下，這是有意義的Meshtastic部署

關鍵部件及連接

?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。

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

?頭M1(左上)從Wio跟蹤器L1擴展出多個引腳。從標簽(GND， VCC， I2C線，可能是UART)來看，這個標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。這意味著你的設計既可以在Wio Tracker的電池系統(tǒng)上運行，也可以有額外的電源接入。

?外殼安裝孔四個安裝孔的角落表明，PCB的設計，以適應安全地在一個堅固的情況下，現(xiàn)場部署。這對環(huán)境耐久性(防風雨、抗振動)很重要。

功能解釋

?Wio Tracker L1作為網(wǎng)格節(jié)點運行，收集GPS和可能的遙測數(shù)據(jù)。

?XIAO ESP32S3(位于U2)充當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)，災害監(jiān)測或社區(qū)網(wǎng)狀項目

用例

-災難響應：想象一下，一個救援隊在地震后將便攜式節(jié)點部署到倒塌的建筑物中。

配備CO?和VOC傳感器的節(jié)點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ESP32S3網(wǎng)關將所有聚合數(shù)據(jù)上傳到云端，用于遠程危機協(xié)調。

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設備。

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

?戶外社區(qū)：徒步旅行團體或探險者可以攜帶Wio Tracker L1節(jié)點共享GPS坐標、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，讓家庭成員能夠實時查看并安心。

?工業(yè)監(jiān)測：工廠或礦山可以監(jiān)測空氣質量，振動水平，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

這個項目突出了社區(qū)驅動協(xié)議與Seeed Studio硬件相結合的力量。

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

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)在偏遠或災害易發(fā)地區(qū)。

用于智能的MQTT：用于儀表板、警報和全局訪問的無縫云集成。

模塊化設計：根據(jù)您的場景選擇傳感器和外設。

低功耗操作：理想的太陽能或電池供電部署在現(xiàn)場。

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

智能農(nóng)業(yè)、災害響應和彈性通信系統(tǒng)。

項目的實現(xiàn)

由于這個階段PCB制作的預算有限，我無法制作出最終的印刷電路板。然而，我組裝了一個功能齊全的原型，它與預期的硬件設計和整體概念非常接近。該原型將相同的關鍵組件(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，我能夠驗證網(wǎng)關的完整功能，包括無線電通信、屏幕狀態(tài)報告和電源管理特性。該原型有效地證明了設計的可靠性，并在等待最終PCB版本的同時作為實際的概念驗證。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目感興趣的制造商和開發(fā)人員復制或調整。

為了在不等待PCB制造的情況下將概念變?yōu)楝F(xiàn)實，我首先準備了一個堅固的塑料外殼，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平臺。該板為Wio Tracker L1提供機械支持，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。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。

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。每個連接都遵循與原始PCB設計相同的路由和引腳，保持電氣完整性和布局一致性。天線安裝在外殼的側壁上，用黃銅螺母固定，清潔可靠。

在組裝好內部線路后，在給設備供電之前，我進行了連續(xù)性檢查，以確認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——這是對原型機完全可操作的滿意確認。

測試及結果

組裝完成后，我進行了一系列功能測試，以評估硬件穩(wěn)定性和固件性能。原型機首先通過USB供電，然后切換到電池模式，以確認適當?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、正常運行時間和連接狀態(tài)。

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

如果你想把它作為一個傳感器節(jié)點，我的朋友Davide已經(jīng)做了一個關于如何在他的meshbot項目上實現(xiàn)這一點的很好的教程。

結論及未來工作

該項目展示了Wio Tracker L1網(wǎng)關概念的全功能原型，成功驗證了硬件設計和軟件實現(xiàn)。通過仔細的原型設計和測試，所有核心網(wǎng)關功能(LoRa通信、顯示輸出和電源管理)都已被證明可以在實際條件下可靠地工作。

雖然這個版本是基于一個perfboard原型，這個項目的最后一步將是一個專用PCB的制造。我計劃將當前的布線和布局轉換為專業(yè)設計的印刷電路板，以增強耐用性，簡化組裝，并確保在未來的構建中保持一致的性能。

本文編譯自hackster.io