Objectif

Installer un relais MeshCore autonome peut vite devenir onéreux.

Il existe différentes solutions comme le relais prêt à être utilisé SenseCAP Solar Node P1-Pro de SeeedStudio ou un kit solaire dans lequel il suffit de glisser un module MeshCore. Mais ces solutions coûtent entre 70€ et 120€ en fonction des fournisseurs.

J’ai donc décidé de rechercher ce qui se faisait de moins cher pour regrouper tous les éléments indispensables à un relais solaire :

• Boitier étanche
• Panneau solaire
• Batterie
• Antenne
• Contrôleur de charge solaire (MPPT)
• Microcontrôleur + Puce radio LoRa
• Bouton d’allumage (pratique, mais pas indispensable)

Choix du matériel

Microcontrôleur + module LoRa

Nous allons devoir choisir un microcontrôleur et un module LoRa peu cher et très peu gourmands en énergie.

Le XIAO nRF52840 & Wio-SX1262 Kit de chez Seeed Studio est vendu à 11,99€ et répond à ces impératifs. Il est même possible de cumuler des réductions en tournant la roue sur la page d’accueil et en utilisant le code promo « WELCOME5« .

Le kit est constitué d’un microcontrôleur emboité sur une puce LoRa. On peut estimer sa consommation moyenne lissée très prudente à environ 3mA en utilisant le Power Saving de MeshCore.

3mA x 24 heures = 72mAh par jour

Boîtier

J’ai trouvé ce module d’alimentation solaire pour guirlandes sur Amazon pour 9,99€ avec le port gratuit pour les clients Prime.

Il comprend quelques éléments qui nous intéressent :

• Boîtier résistant aux intempéries
• Panneau solaire de 4,5V 1,2 W
• Batterie Lithium-ion 3,7V 1200 mAh 18650
• Carte : gestion de la guirlande et module MPPT
• Bouton d’allumage

Batterie

La batterie 18650 Lithium-ion 3,7V 1200 mAh chargée au maximum pourra alimenter le kit wireless durant :

1200 mAh / 72 mAh par jour ≈ 16 jours

Panneau solaire

Le panneau solaire affiche une puissance crête de 1,2W sous 4,5V, ce qui donne un courant de charge maximal théorique en plein soleil d’environ :

1,2W / 4,5V ≈ 266mA

Durant les mois d’hiver, en Belgique, on compte en moyenne 0,5 à 0,8 heures de soleil équivalent « crête » par jour. Ce qui permettra de produire :

266 mA x 0,6 heure ≈ 160 mAh par jour

Si l’on applique un coefficient d’efficacité standard de 70 % (pertes dues à l’orientation sous-optimale du mobilier urbain, au froid qui dégrade la chimie du lithium, et au rendement du circuit de charge), il resterait environ 112 mAh utiles réels par jour.

Bien que la marge soit faible, la production hivernale estimée (112 mAh / jour) reste supérieure à la consommation du XIAO nRF52 (72 mAh / jour) et le bilan énergétique devrait être positif pour garder le relais autonome.

Antenne

Pour l’antenne, on choisira plutôt un modèle classique à charnière. On en trouve très facilement pour quelques euros sur Amazon.

Il est recommandé de préférer les modèles livrés en kit avec un câble de transition (un pigtail). Cela permet de relier le format SMA ou RP-SMA de l’antenne au connecteur IPEX de la carte.

Il faudra faire particulièrement attention au type de connecteur au moment de la commande. Le standard existe en version SMA classique ou en RP-SMA (polarité inversée). Le piège se situe au niveau de la petite broche centrale, présente ou non selon la version. Si l’antenne et le câble ne correspondent pas, le contact physique ne se fera pas.

Du côté des performances, on évitera de choisir un gain trop élevé. Un gain excessif écrase le signal et provoque un phénomène de crêpe. Le signal porte alors loin à l’horizontale mais s’avère incapable de grimper le long du relief ou d’atteindre un compagnon se trouvant plus bas dans la rue. Une antenne avec un gain de 2 ou 3 dBi fera parfaitement l’affaire.

Enfin, ces antennes bon marché ont souvent des performances d’usine assez approximatives et sont rarement parfaitement accordées à 869MHz. Ce n’est pas un problème, car on pourra les accorder soi-même très précisément par la suite à l’aide d’un NanoVNA.

Aimants

J’ai choisi de fixer des aimants néodyme latéralement sur le boitier de manière à pouvoir l’accrocher à un poteau ou un panneau de signalisation. Ils font 22mm de diamètre avec une vis m4 de 10mm. Ils peuvent supporter une charge de 3,5kg.

⚠️ Attention, si vous voulez de le panneau résiste à une tempête, prenez des aimants de 40mm de diamètre.

Réalisation

Microcontrôleur + module LoRa

Nous allons simplement souder deux fils sur les pads (BAT+) et (BAT-) sous la carte du microcontrôleur.

⚠️ Attention à ré-emboiter le microcontrôleur dans le bon sens sur le module LoRa.

Boitier

Une fois le boitier ouvert, voici ses différents composants.

Pour pouvoir utiliser l’interrupteur d’origine, nous allons venir récupérer le (+) de la batterie à la sortie de l’interrupteur. Nous allons pour cela souder le fil rouge du microcontrôleur sous la carte du boitier.

On soude ensuite le fil noir là ou le (-) de la batterie est soudé sur la carte du boitier.

On va ensuite percer avec le trou du connecteur SMA avec une meche de 6mm.
⚠️ Attention, pas trop bas pour laisser de la place à l’écrou

Une fois que le trou est percé, on insert la fiche SMA et on serre l’écrou.
Comme le trou est très ajusté, l’eau ne devrait par rentrer.

On va ensuite fixer notre kit XIAO avec de la colle chaude.
Les pattes du module lora sont un peu grandes pour pouvoir refermer le boitier. On va les plier à 45° vers l’extérieur, ce qui permettra au module de bien tenir dans la colle.

L’antenne que j’ai pu récupérer dans un autre kit Lora est censée fonctionner sur la norme européenne 868MHz et américaine 920MHz. Mais un petit test sur NanoVNA nous montre qu’elle est accordée sur 920MHz et pas du tout autour de 870MHz.

Pour l’accorder, on va descendre la fréquence et donc augmenter la longueur d’onde. Pour cela, il faut allonger l’antenne. J’ai fais ça un peu en dehors des règles de l’art en soudant un petit bout de fil à mon antenne. Je l’ai ensuite connectée à NanoVNA et j’ai recoupé le fil 1/2mm par 1/2mm jusqu’à obtenir le bon tracé.

⚠️ Attention à éloigner l’antenne de tout support (table, mur, …) et à mettre le manchon en plastique avant de faire les mesures. Si non, vous risquez de tout fausser.

On branche l’antenne.

On ajoute les aimants, facultatifs sur ce projet.

⚠️ Attention, comme dit précédemment, ces aimants suffisent à un usage classique. Si le node est exposé aux vents violents, choisissez des aimants de 40mm de diamètre.

Comme le boitier ne dispose pas de joint pour re rendre parfaitement étanche, j’ai placé des sachets de gel de silice à l’intérieur pour absorber l’humidité éventuelle.

Avant de l’envoyer su le terrain, il est préférable de recharger la batterie à l’aire du cordon USB fourni.

Le boitier est vendu avec un petit support articulé qu’il est possible de fixer avec 2 vis ou d’emboiter dans un piquet à planter dans la terre, comme par exemple un bac à fleurs sur un balcon en hauteur.

Prix

Matériel	Prix	Frais divers
Boitier Amazon	9,99€	0€
Seeed Kit XIAO	11,04€	4,27 + 0,32 – 4,31 = 0,28€
2 x Antenne (kit Amazon)	8,99€ / 2 = 4,50€	0€
Aimants (kit Amazon)	8,81€ / 2 = 4,40€	0€
Total	29,92€	0,28€

Ce qui nous amène le projet au prix de 30,10€ pour autant qu’on mutualise le prix des antennes et des aimants.