Durch die Kontaktierung der beiden Boards über den B2B-Connector entsteht ein kompaktes Meshtastic-Modul.
XIAO ESP32-S3 & Wio-SX1262 Modul
Ein Meshtastic Experimentierumfeld zeichnet sich dadurch aus, dass es den eigentlichen Meshtastic Knoten um für die Anwendung wichtige externe Komponenten erweitert. Das XIAO Expansionsboard bietet neben Grove-Connectoren ein OLED-Display, wodurch die komplette Infrastruktur für Meshtastic Experimente verfügbar ist.
XIAO ESP32-S3 & Wio-SX1262 Modul im XIAO Expansionsboard
Die Einrichtung des Meshtastic-Knotens erfolgt wie gewohnt über den WebFlasher und anschliessende Konfiguration.
Ich habe den Meshtastic-Knoten über den I2C-Port mit einer M5Stack ENV II Unit erweitert. Durch die in dieser Unit verbauten Sensoren 8sh
SHT30 & BMP280) können Temperatur und relative Feuchte sowie barometrischer Druck gemessen werden. Auf dem OLED-Display werden die Daten der empfangenen Meshtastic-Knoten angezeigt.
In der verbundenen Android App stellen sich die übermittelten Telemetriedaten dann gemäss dem folgenden Screenshot dar.
Wieder zu Hause angekommen folgte später eine Periode mit häufigem Regen und das im Freien platzierte Gehäuse wurde geflutet, worauf der Meshtastic Client ausfiel. Die IP67 Spezifikation wurde nicht eingehalten und RAKwireless versprach an diesem Problem zu arbeiten. Ich war nicht der einzige, dem das passiert war.
Nach dem Aufschrauben des Gehäuses konnte ich erstmal das Wasser entfernen und es zeigten sich versengte Kabel vom 18650-Batteriehalter zum Stecker auf dem Baseboard.
Nach einer längeren Trocknungszeit habe ich den Batteriehalter ersetzt und nach dem Bestücken der 18650-Batterie meldete sich der Client sofort wieder. Alle anderen Komponenten haben also den Crash überstanden!
Es ist nun also eine gute Zeit, die Nachladung durch die Solarzelle zu testen. Im Sommer hat die Nachladung erwartungsgemäß funktioniert. Wie sich das jetzt unter weniger optimalen Bedingungen gestaltet, werden die nächsten Wochen zeigen.
Die folgenden Grafiken zeigen den Verlauf der Batteriespannung. Der Test wurde am 7.03.2025 mit einer Batterie mittleren Ladezustands begonnen.
Nachladung im März
Im Mai habe ich den Test wiederholt. Bei durchaus gemischtem Wetter wurden kurzfristige Ausfälle beim Sonnenschein (2 bis 3 Tage) gut kompensiert. Für richtige Dunkelflauten dürfte es kaum reichen.
Im Blockbeitrag Solarbetriebener LoRa-Knoten habe ich einen auf WisBlock-Komponenten (RAK4631) basierenden LoRaWAN-Knoten vorgestellt. Eine 5 W Solarzelle lädt bei genügend Sonnenlicht einen 18650-LiPo-Akku auf. Die Spannungsversorgung des LoRa-Knotens erfolgt durch die höhere der beiden Spannungen.
Der gleichen Hardware habe ich die Meshtastic Firmware aufgespielt und starte einen Versuch zum autonomen Betrieb dieser Konfiguration. Ein Meshtastic Client bietet insofern ungünstige Bedingungen, als er praktisch im Dauerbetrieb läuft und nicht einfach in einen Deep Sleep versetzt werden kann.
Der Test beginnt mit einem mittelmäßig aufgeladenen LiPo-Akku, dessen Entladung am ersten Tag durch reichlich zwei Stunden Sonnenschein wieder ausgeglichen wurde. Am zweiten Tag war die Sonnenscheindauer etwas länger, die Sonneneinstrahlung aber weniger intensiv, wodurch die Entladung nicht kompensiert wurde. Dieser Vorgang setzt sich bis zum Aussetzen der Kommunikation fort.
Die folgenden Screenshots des Ladezustands und die Tabelle zeigen die konkreten Werte.
Erste 48 h Testzyklus
Letzte 24 h Testzyklus
Status
Daum
Uhrzeit
Batteriespannung
Ladezustand
Start Entladung
15.12.2024
19:56
3.59 V
36 %
Start Solarnachladung
16.12.2024
11:16
3.40 V
18 %
Ende Solarnachladung
16.12.2024
13:56
3.63 V
40 %
Start Solarnachladung
17.12.2024
11:13
3.36 V
14 %
Ende Solarnachladung
17.12.2024
15:20
3.54 V
31 %
…
…
…
…
…
Start Solarnachladung
18.12.2024
13:55
3.32 V
11 %
Ende Solarnachladung
18.12.2024
14:08
3.23 V
6 %
Ende der Kommunikation
18.12.2024
15:44
3.05 V
0 %
Aus dem Verhalten der Batterienachladung an zwei eher sonnigen Tagen im Dezember 2024 und den darauf folgenden weniger sonnigen Tagen zeigt sich, dass ein zuverlässiger Dauerbetrieb bei normalen Bedingungen kaum möglich sein dürfte.
In meinem Meshtastic eBook befasst sich ein Abschnitt mit Batterietypen und ein anderer mit der Optimierung der Solar-Spannungsversorgung. Für einen autonom zu betreibenden Meshtastic-Knoten sind das durchaus komplexe Themen.
Ein MPPT-Laderegler sollte eine deutliche Verbesserung des Ladevorgangs bringen. Auch die eingesetzte Batterietechnologie spielt eine Rolle für das Gesamtverhalten.
Inwieweit ein MPPT-Laderegler mit dem gleichen Solarpanel und einem Li-Po Akku hier bessere Resultate zulässt, werde ich untersuchen. Eine Vergrößerung des Solarpanels bleibt dann immer noch als Option.
Einen Waveshare Solar Power Manager (B), der einen Li-Po-Akku mit 10’000 mAh und Solarpanels mit 6 V ~ 24 V unterstützt, habe ich bestellt.
Die Seeed Studio XIAO-Serie ist eine Familie kompakter, leistungsstarker Mikrocontroller-Module (MCU), die speziell für platzsparende Projekte entwickelt wurden, die hohe Leistung und drahtlose Konnektivität erfordern.
Die Arduino-kompatible XIAO-Familie stellt Mikrocontroller-Module auf Basis verbreiteter Hardware wie Espressif ESP32-C3, ESP32-C6 & ESP32-S3, Renesas RA4M1, Raspberry Pi RP2350 & RP2040, Nordic nRF52840, Microchip SAMD21 und Silicon Labs MG MG24 zur Verfügung.
Der ESP32-S3 ist das erste Modul, das mit einem B2B-Connector (Board-zu-Board) ausgestattet ist und über diesen mit anderen Modulen erweitert werden kann. Die folgende Abbildung zeigt eine Draufsicht auf das XIAO-ESP32-S3.
An der Unterkante des Moduls befinden sich der IPEX-Stecker für die WiFi-Antenne und daneben der 30-polige B2B-Connector.
The Seeed Studio XIAO series is a family of compact, high-performance microcontroller modules (MCU) designed explicitly for space-saving projects that require high performance, and wireless connectivity.
The Arduino-compatible XIAO family provides microcontroller modules based on popular hardware such as Espressif ESP32-C3, ESP32-C6 & ESP32-S3, Renesas RA4M1, Raspberry Pi RP2350 & RP2040, Nordic nRF52840, Microchip SAMD21, and Silicon Labs MG MG24.
The ESP32-S3 is the first module to be equipped with a B2B connector (board-to-board) and can be expanded with other modules via this connector. The following figure shows a top view of the XIAO-ESP32-S3.
The IPEX connector for the WiFi antenna is located on the bottom edge of the module, with the 30-pin B2B connector next to it.
XIAO ESP32-S3
Ein Wio-SX1262 Modul erweitert den ESP32-S3 zum Meshtastic Device und nutzt den B2B-Connector zur Verbindung der beiden Module. Die folgende Abbildung zeigt das über den B2B-Connector mit dem ESP32-S3 verbundene LoRa-Modul Wio-SX1262.
A Wio-SX1262 module expands the ESP32-S3 into a meshtastic device and uses the B2B connector to connect the two modules. The following figure shows the Wio-SX1262 LoRa module connected to the ESP32-S3 via the B2B connector.
Wio-SX1262 & ESP32-S3
Zum Experimentierumfeld braucht es aber weiterer Komponenten, die eine einfache Kontaktierung von Sensorik ermöglichen. Grove- und M5Stack-Sensoren weisen eine einheitliche (Grove-) Schnittstelle auf und sind deshalb ganz besonders geeignet.
Die aktuell von Meshtastic unterstützen Sensoren sind in der folgenden Tabelle gelistet. In den Spalten Grove und M5Stack sind die dazu passenden Grove- resp. M5Stack-Sensoren ergänzt. Die Detailinfomationen finden Sie auf den Herstellerseiten über die angegebenen Links.
However, the experimental environment requires additional components that enable the simple contacting of sensors. Grove and M5Stack sensors have a standardized (Grove) interface and are particularly suitable.
The sensors currently supported by Meshtastic are listed in the following table. The corresponding Grove and M5Stack sensors are added in the Grove and M5Stack columns. You can find detailed information on the manufacturer’s website via the links provided.
ENV II Unit with Temperature Humidity Environment Sensor (SHT30+BMP280) ENV IV Unit with Temperature Humidity Air Pressure Sensor (SHT40+BMP280)
BME280
0x76, 0x77
Temperature, barometric pressure and humidity
Grove -Temp&Humi&Barometer Sensor (BME280)
BME68x
0x76, 0x77
Temperature, barometric pressure, humidity and air resistance
Grove – Temperature, Humidity, Pressure and Gas Sensor for Arduino – BME680 Grove – Air Quality Sensor(BME688) with built-in AI, High-Performance 4-in-1, Gas, Humidity, Pressure and Temperature sensor
ENV Pro Unit with Temperature, Humidity, Pressure and Gas Sensor (BME688)
MCP9808
0x18
Temperature
Grove – I2C High Accuracy Temperature Sensor – MCP9808
INA260
0x40, 0x41, 0x43
Current and Voltage
INA219
0x40, 0x41, 0x43
Current and Voltage
INA3221
0x42
3-channel Current and Voltage
LPS22
0x5D, 0x5C
Barometric pressure
SHTC3
0x70
Temperature and humidity
SHT31
0x44
Temperature and humidity
Grove – Temperature&Humidity Sensor (SHT31)
PMSA003I
0x12
Concentration units by size and particle counts by size
Heart Rate, Oxygen Saturation, and body temperature
Mini Heart Rate Unit (MAX30100) Pulse Oximeter
MLX90614
0x5A
Body temperature
Grove – Thermal Imaging Camera – MLX90641
NCIR 2 Thermometer Unit (MLX90614) NCIR Non-Contact Infrared Thermometer Sensor Unit (MLX90614)
Die XIAO-Familie bietet für die einfache Erweiterung mit den genannten Senoren über den I2C-Bus das XIAO-Expansionboard an.
Es stehen aber auch ein UART- und ein IO-Interface (A0, D0) zur Verfügung.
The XIAO family offers the XIAO expansion board for simple expansion with the above sensors via the I2C bus .
However, a UART and an IO interface (A0, D0) are also available.
XIAO Expansion Board
Das UART-Interface kann für den Anschluss eines GPS-Moduls, wie beispielsweise der in der folgenden Abbildung gezeigten M5Stack GPS Unit, verwendet werden.
You can use the UART interface to connect a GPS module, such as the M5Stack GPS Unit shown in the following figure.
Zusätzlich weist das Board noch ein OLED-Display und einen Batterieanschluss auf. Die Batterie kann über USB geladen werden. Ein Solaranschluss steht nicht zur Verfügung.
Meshtastic ist eine Open-Source-Mesh-Netzwerk-Plattform, die in letzter Zeit an Popularität gewonnen hat. Ihre Beliebtheit basiert auf mehreren Schlüsselfaktoren:
Meshtastic ermöglicht die Kommunikation über lange Strecken, ohne auf eine bestehende Infrastruktur (Mobilfunk, WLAN oder Internet) angewiesen zu sein. Diese als Off-Grid-Kommunikation bezeichnete Technologie ist besonders attraktiv für Outdoor-Aktivitäten und Expeditionen, wo es oft keinen Mobilfunkempfang gibt, oder für Rettungsdienste, militärische Anwendungen, Vorbereitung auf Katastrophenfälle (Prepping) und in Regionen mit eingeschränkter Infrastruktur.
Meshtastic nutzt preisgünstige Hardware auf Basis von LoRa-Modulen, die wenig Energie verbrauchen, bei geeigneter Auslegung für den Batteriebetrieb geeignet sind und Entfernungen von oft mehreren Kilometern überbrücken können.
Meshtastic ist Open Source und bietet den Nutzern völlige Freiheit, das System an ihre spezifischen Bedürfnisse anzupassen. Entwickler können die Software modifizieren, eigene Anwendungen entwickeln oder neue Funktionen hinzufügen. Diese Offenheit fördert eine wachsende Community, die regelmäßig zu Updates und Verbesserungen beiträgt.
Meshtastic-Nutzer können Nachrichten ohne Überwachung durch Drittparteien senden. Der Datenschutz wird auf diese Weise gesichert, da es keine zentralen Server gibt, die den Datenverkehr kontrollieren oder aufzeichnen.
Meshtastic ist vergleichsweise einfach einzurichten und zu bedienen. Einfache Apps für Android, iOS und den Desktop ermöglichen die Konfiguration eines betreffenden Knotens, Nachrichten zu senden und die empfangenen Nachrichten zu visualisieren. Fortgeschrittene Nutzer können auch private Netze einrichten und Daten erfassen und austauschen.
Mesh-Netzwerke sind eine spannende Technologie, da sie Netzwerkknoten ermöglicht, miteinander zu kommunizieren, indem sie ihre Nachrichten über verschiedene Zwischenknoten weiterleiten. Das schafft ein robustes und selbstheilendes Kommunikationsnetzwerk, das gerade in schwierigen Umgebungen oder Notlagen einen erheblichen Vorteil bieten kann.
Ist Ihr Interesse geweckt?
Vom Rheinwerk-Verlag erscheint in Kürze das E-Book „Meshtastic – Funknetze mit LoRa“.
Mit diesem E-Book möchte ich Ihnen beim Aufbau und dem Betrieb eines Meshtastic-Netzwerks helfen und meine praktischen Erfahrungen einfließen lassen.
Hier ist neben Informationen zum ADC, Stromverbrauch, Batterielaufzeit und Antennen eine Übersicht aktuell verfügbarer Meshtastic Knoten mit Preisen und Links zum Anbieter gelistet.
Modbus continues to be a widely used communication protocol in industrial automation and control systems. RS-485 provides a robust and reliable physical layer for long-distance communication, and Modbus RTU is a popular protocol for exchanging data between devices from different manufacturers in various industrial applications.
Despite the emergence of newer protocols and technologies, Modbus RTU over RS-485 will continue to be widely used in the industry due to its simplicity, compatibility with existing systems, and broad support.
Various bridges connect a Modbus network to the IoT for further data processing and visualization, which is essential today. Modbus LoRaWAN bridges, offered by various users, can be used to make this connection.
Modbus ist nach wie vor ein weit verbreitetes Kommunikationsprotokoll in industriellen Automatisierungs- und Steuerungssystemen. RS-485 bietet eine robuste und zuverlässige physikalische Schicht für die Kommunikation über große Entfernungen, und Modbus RTU ist ein beliebtes Protokoll für den Austausch von Daten zwischen Geräten verschiedener Hersteller in verschiedenen industriellen Anwendungen.
Trotz des Aufkommens neuerer Protokolle und Technologien wird Modbus RTU über RS-485 aufgrund seiner Einfachheit, der Kompatibilität mit bestehenden Systemen und der breiten Unterstützung weiterhin in der Industrie weit verbreitet sein.
Verschiedene Bridges verbinden ein Modbus-Netzwerk mit dem IoT zur weiteren Datenverarbeitung und -visualisierung, was heute unerlässlich ist. Modbus LoRaWAN-Bridges, die von verschiedenen Anwendern angeboten werden, können für diese Verbindung genutzt werden.
In meinem Buch IoT Projects for Makers habe ich unter anderem eine Lösung vorgestellt, um Messwerte eines Modbus-Sensors per Pushover mit Hilfe von WisBlock-Modulen auf ein Mobiltelefon zu veröffentlichen.
The same technology can be used to transfer messages to a LoRaWAN network server. The WisBlock ecosystem helps with rapid prototyping.
Mit der gleichen Technologie können Sie Nachrichten an einen LoRaWAN-Netzwerkserver übertragen. Das WisBlock-Ökosystem hilft bei der schnellen Entwicklung von Prototypen
RAK7431
RAKwireless offers an industrial solution with the WisNode Bridges and in particular the RAK7431 WisNode Bridge Serial, an RS485 to LoRaWAN converter for industrial applications. The device transmits data from Modbus sensors over LoRaWAN for wireless transmission to and from end devices.
Using the LoRaWAN 1.0.3 protocol stack, the device supports LoRaWAN Class A, B and C, enabling cloud management of ModBus/RS-485 devices.
Eine industrielle Lösung bietet RAKwireless mit den WisNode Bridges und hier vor allem mit der RAK7431 WisNode Bridge Serial, einem RS485 to LoRaWAN converter für industrielle Anwendungen. Das Gerät übermittelt Daten von Modbus-Sensoren über LoRaWAN zur drahtlosen Übertragung von und zu Endgeräten.
Mit dem LoRaWAN 1.0.3 Protokollstack unterstützt das Gerät LoRaWAN Class A, B und C und ermöglicht so ein Cloud-Management von ModBus/RS-485-Geräten.
The Meshtastic node is not only characterized by sensor technology and networking. Its enclosure is equally decisive for its intended use. Boards alone can be used for evaluation, but not in real use.
While visiting the RAKwireless booth at Embedded World 2024, I saw the enclosure for the RAKwireless starter kit shown here and have now tried it out.
Der Meshtastic Knoten selbst zeichnet sich nicht nur durch die Sensorik und die Vernetzung aus. Sein Gehäuse ist gleichermaßen bestimmend für den Einsatzzweck. Für die Evaluierung kann mit Boards gearbeitet werden, im realen Einsatz nicht.
Bei meinem Besuch am Stand von RAKwireless zur Embedded World 2024 konnte ich das hier gezeigte Gehäuse für das RAKwireless Starterkit sehen und habe es nun auch ausprobieren können.
In the Meshtastic network, a router can send data via MQTT to any MQTT broker on the Internet.
This makes it possible to have data from one or more Meshtastic devices processed or visualized by an external instance.
My Meshtastic network has differently equipped Meshtastic devices. The WisBlock Meshtastic Device is equipped with a RAK1901 sensor for measuring temperature and humidity and a RAK12500 GNSS GPS Location Module u-blox ZOE-M8Q, whose measured values are to be visualized with a Datacake dashboard.
Im Meshtastic Netzwerk kann ein Router Daten über MQTT an jeden beliebigen MQTT Broker im Internet senden.
Dadurch besteht die Möglichkeit, Daten eines oder mehrerer Meshtastic Devices durch eine externe Instanz bearbeiten oder visualisieren zu lassen.
Mein Meshtastic Netzwerk weist unterschiedlich ausgestattete Meshtastic Devices auf. Das WisBlock Meshtastic Device ist mit einem RAK1901 Sensor zur Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit und einem RAK12500 GNSS GPS Location Module u-blox ZOE-M8Q ausgestattet, deren Messwerte mit einem Datacake Dashboard visualisiert werden sollen.
Visualization of Meshtastic Data with Datacake
The WisBlock Meshtastic Device is installed in an outdoor enclosure with a solar cell.
The test is intended to show whether the buffering provided by the solar cell is sufficient
Das WisBlock Meshtastic Device ist in einem Outdoor Gehäuse mit Solarzelle untergebracht.
Der Test soll zeigen, ob die Pufferung durch die Solarzelle ausreichend ist
Solar Unify Outdoor Enclosure
A Heltec LoRa32 V3 device is configured as a router and the MQTT module sends messages to an MQTT router.
Of the messages sent, only the telemetry and position messages of the WisBlock Meshtastic device are here of interest. The device has the ID 2692927950.
The following JSON fragments show the payload to be decoded.
Ein Heltec LoRa32 V3 Device ist als Router konfiguriert und das MQTT Modul sendet Messages an einen MQTT Router.
Von den versendeten Messages sind hier nur die Telemetry und Position Messages des WisBlock Meshtastic Devices von Interesse. Das Device weißt die ID 2692927950 auf.
Die folgenden JSON-Fragmente zeigen die zu decodierende Payload.
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