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Hilfestellung zum Selbstbau des eigenen Solar-Nodes

Im Artikel A new node is born habe ich bereits über meinen ersten selbstgebauten Solar-Node berichtet.  Inzwischen ist viel Wasser mit der Isar den Bach hinuntergegangen und ich durfte einige Erfahrungen sammeln. Inzwischen betreibe ich drei eigene Meshcore-Repeater, einen Room-Server und und dazu passend drei eigene Meshcore-Companions (siehe Ein Notfall-Funk-Netz mit LoRa Mesh).

In diesem Artikel möchte ich noch einmal im Detail auf den Selbstbau eingehen und Hilfestellung geben, damit man nicht unbedingt teure Fertig-Geräte kaufen muss, welche u.U. gar nicht mal so besonders gut geeignet sind.

Achtung: Alle Erwähnungen, Hinweise etc. sind meine Empfehlungen und keine Werbung!

Die Empfehlungen basieren auf folgenden Prämissen: 

  • unbeaufsichtigter Betrieb
  • Betrieb 24h / 7 Tage die Woche / 365 Tage im Jahr
  • maximal 1 bis 2 Wartung pro Jahr (z.B. Frühling und Herbst)
  • Ausschließlich Fernbedienung

Das LoRa Mesh-Funkgerät

Hier ist der Markt inzwischen recht unübersichtlich geworden. Für einen Solar-Mesh-Node gibt es aber derzeit meiner Ansicht nach nur ein empfehlenswertes Funkgerät:

Seedstudio XiaoSeeedstudio Xiao Meshtatsic Kit

Dieses Kit besteht aus einem Nordic nRF52840 Microcontroller (mit Bluetooth Low Energy) sowie dem Funkmodul Wio SX1262 für LoRa Funkbetrieb.

Das Kit heisst zwar "Meshtastic" Kit, läuft aber ebenso problemlos unter Meshcore. Zum preis von unter $ 14 erhält man einen Daumenkuppen großes Modul, welches unter Zuführung von 4,2 V (direkt) oder 5 V (USB) Gleichspannung sofort losfunken kann - nach dem Einschalten der Spannung nur wenige Sekunden. 

Bei einer maximal Senderausgangsleistung von 27 dBm (0,5 Watt PEP) benötigt das Funkgerät im Stand-by unter 5 µA. Damit ist es auch in der Sendung des sparsamste Funkgerät überhaupt und daher ideal geeignet für einen Netzwerkknoten mit langer Laufzeit.

ACHTUNG: Den "Xiao" gibt es auch mit ESP-32 Mikrocontroller. Es handelt sich hierbei um eine andere Version, welche einen wesentlich höheren Stromverbrauchhttps://www.fts-hennig.de/delock/hochfrequenztechnik/delock-lpwan-806-896-mhz-yagi-antenne-sma-stecker-10-dbi-starr-direktional-wand-und-mastmontage-outdoor hat. Bitte beachten!

Die Beschaffung eines LoRa Funkgerätes mit einem Display ist meiner Ansicht nach für einen Repeater und/oder Room-Server nicht notwendig und führt ebenfalls nur zu einem erhöhten (aber unnötigen) Stromverbrauch. Man kann alles per Fernsteuerung verwalten und benötigt für einen Solar-Node keine Anzeige am Gerät selbst.

Bestellen? Am Besten direkt beim Hersteller!

Das Gehäuse

Für ein Gerät, welches man im Freiehttps://www.fts-hennig.de/delock/hochfrequenztechnik/delock-lpwan-806-896-mhz-yagi-antenne-sma-stecker-10-dbi-starr-direktional-wand-und-mastmontage-outdoorn montieren möchte, sollte man unbedingt ein mit der Klassifizierung IP65 geschütztes Gehäuse verwenden. Dieses verhindert das Eindringen von Staub (Pollen) und Wasser auch bei heftigem Regen. 

Um die (weiter unten empfohlene) Solarzelle direkt auf dem Gehäuse zu montieren, sollte man ein Gehäuse mit mindestens 80*80 mm und einer Tiefe von mindestens 55 Millimeter verwenden.

Alternative: Feuchtraum-Verteilerdose

Feuchtraum-VerteilerdoseSolch eine Dose kann man in den unterschiedlichsten Varianten kaufen.

Es gibt jene mit einem sehr weichen Gehäuse und daher auch sehr weichen runden Durchbrüchen. Diese betrachte ich nicht wirklich als geeignet. 

Besser sind hier die Dosen wie auf dem Bild links zu sehen. Diese haben stabile und feste Wände, der Deckel ist verschraubbar (siehe auch "Diebstahlsicherung") und die Durchbrüche sind genauso stabil wie die Wände.

Natürlich muss man hier bohren - aber man will ja auch stabile Einbauten und Durchführungen nach aussen benutzen.

Alternative: Elektronik-Modulgehäuse

Elektronik-GehäuseDie eindeutig bessere Wahl sind sogenannte ABS-Gehäuse (aka Elektronik-Gehäuse aka Modul-Gehäuse). Sie sind genauso nach IP65 geschützt, bieten aber eindeutig stabilere Wände.

Auch hier muss man natürlich bohren.  ;-) Dennoch bevorzuge ich diese Gehäuse, da sie mir einen wesentlich stabileren Eindruck machen. 

Sprich: Meine Erfahrungen mit diesen Gehäusen in verschiedenen Formen und Größen sind so gut, dass ich Solar-Nodes nur noch mit diesen aufbaue.

Bestellen: Hier zum Beispiel

 

... und dann war da noch:  Die Mastmontage

C-SchieneDie nebenstehenden Montageschienen (aka "C-Schiene") sind hervorragend für die senkrechte Montage an einem Mast geeignet.

Zum einen bieten diese ordentliche Löcher, um das Gehäuse auf der glatten Rückseite aufzusetzen und mittels zweier Löcher maximal zu fixieren (Isolierung nicht vergessen).

Setzt man eine Outdoor-Antenne ein (wie weiter unten vorgeschlagen), so kann auch die Antennenhalterung auf dieser Schiene so befestigt werden, dass die N-Buchse gut entlastet wird und die Antenne im Verhältnis zum Mast nicht schief steht. 

Leider sind dieses Profile Industrieware und etwas schwer zu beschaffen, wie der Author beim Erstellen dieses Artikels feststellt. Es wird weiter nach sinnvollem Material gesucht.

SchlauchschelleZu Befestigung der Schiene mit aufgesetztem Gehäuse und der Antenne eignen sich nun hervorragend Schlauchschellen. Diese gibt es in den unterschiedlichsten Größen und können daher perfekt an den vorhanden Mast angepasst werden. 

Zum Schliessen der Schelle nutzt man am besten einen Akku-Schrauber - da man sich sonst "einen Wolf" dreht mit einem manuellen Schraubendreher.

Bitte nur vorsichtig beim Schliessen: Das Gewinde kann bei Zuviel Kraft beschädigt werden.

Bestellen?
Schlauchschellen jeder Größe zum Beispiel hier 
Die abgebildete Schiene ist für B2B-Kunden bei diesem Lieferanten bestellbar. Leider habe ich im Endkundenhandel noch nichts entsprechendes gefunden. Was man aber machen kann: In einem Baumarkt der Wahl zwei solche Winkel-Schienen kaufen und diese dann zu einem U zusammenschrauben. Dann bekommt man eine nicht ganz so stabile, für den Heimgebrauch dennoch vollkommen ausreichende Montagehilfe. Beispiel 1 / Beispiel 2

Durchbrüche

Wir benötigen hier nun die folgenden Durchbrüche (im Gehäuse). Diese sollten unbedingt beispielsweise mit Teflon-Band aus der Sanitärabteilung eines Baumarktes abgedichtet werden:

Zwingend: Antenne

Alternative 1: SMA-Buchse

SMA-Buchse auf IPEX-SteckerWer nhttps://www.fts-hennig.de/delock/hochfrequenztechnik/delock-lpwan-806-896-mhz-yagi-antenne-sma-stecker-10-dbi-starr-direktional-wand-und-mastmontage-outdoorur eine kleine Antenne (Gummiwendelantenne) nutzen möchte, dem reicht unbedingt eine SMA-Antennebuchse im Gehäuse. Diese gibt es komplett fertig mit Anschlusskabel an die IPEX-Buchse des Funkgerätes. Die einfachste, schnellste Lösung, vor allem ohne zusätzliche Verluste durch Adapter, Kabel etc.

Achtung: Es gibt diese Kabel mit unterschiedlichen Längen. Bitte die Kabel so kurz wie möglich halten und im Gehäuse lieber so dicht wie möglich mit dem Funkgerät an den Antennenanschluss heranrücken. 

Bestellen? Zum Beispiel hier

Alternative 2: N-Buchsehttps://www.amazon.de/dp/B09Y8BZDLN

N-Buchse auf IPEX-SteckerWill man dem Solar-Node eine größere (und damit bessere) Antenne spendieren, sollte man in Sachen Antennenbuchse auf den N-Typ ausweichen.

Dieser ist deutlich größer und stabiler als eine SMA-Buchse und die großen kommerziellen Antennen werden mit diesem Typ als Stecker geliefert.

Auch hier gibt es unterschiedliche Längen des Kabels.

Die N-Buchse gibt es sowohl mit einem Flansch (und damit 4 Löchern zum befestigen als auch als ein runder Einbau, wie auf unserem Beispiel-Bild zu sehen.

Bestellen? Zum Beispiel hier

Zwingend: USB-C- Buchse zum Anschluss des Solar-Panels

USB-C Buchse mit WasserschutzDa wir uns ein Solar-Panel mit einem USB-C Anschluss besorgen, sollten wir natürlich auch eine solche Buchse in den Solar-Node mit einbauen.

Natürlich könnte man auch den Stecker des Panels in das Innere des Gehäuses verlegen - hat dabei aber ganz sicher größere Schwierigkeiten mit der Dichtigkeit, als mit einem Loch für diese Buchse. 

Unsere Empfehlungsbuchse wird mit einem Gummistopfen geliefert. Diesen könnte man beim Solaranschluss weglassen.

Bestellen? Hier zum Beispiel

Option: USB-C Buchse zum Firmware-Update des Solar-Node

USB-C Buchse mit WasserschutzSoll der Node datentechnisch von Aussen zugänglich sein, damit man beispielsweise ein Firmware-Update machen kann, ohne das Gehäuse zu öffnen, sollte man eine zweite, direkt mit der USB-Buchse des Funkgerätes verbundene USB-C Buchse einbauen.

USB-C-SteckerZur Verbindung mit dem Funkgerät benötigen wird dann noch einen USB-C-Stecker, welcher am anderen Endes das Buchsen-Kabels angelötet wird (siehe Verdrahtungsplan weiter unten).https://www.fts-hennig.de/delock/hochfrequenztechnik/delock-lpwan-806-896-mhz-yagi-antenne-sma-stecker-10-dbi-starr-direktional-wand-und-mastmontage-outdoor

Die Stecker werden in der Regel als Set aus lötbaren Buchsen und Steckern geliefert.

Bestellen? Die USB-C-Buchsen bekommt man zum Beispiel hier. Die USB-C-Stecker bekommt man zum Beispiel hier.

Option: Schalter

Möchte man den Node von aussen schaltbar haben - z.B. um diesen in Ruhe und ohne Antenne am Mast zu montieren und erst nach dem Anbringen der Antenne einschalten, so gibt es hier zwei vernünftige Alternativen.

Alternative 1: Druckschalter

Mini-DrucktasterDiesen Drucktaster resp. -Schalter kann man versenkt und damit versteckt einbauen, so dass ein Unwissender diesen gar nicht erst bemerkt. Es gibt allerdings so viele unterschiedliche Arten solcher Schalter, dass wir hier nur ein Beispiel zeigen können. 

Bestellen? Zum Beispiel hier

Alternative 2: Schlüsselschalter

SchlüsselschalterWer gerne auf Nummer sicher geht, der baut einen Schlüsselschalter ein - und zwar einen, bei welchem man den Schlüssel im eingebauten Zustand abziehen kann.

Natürlich ist der preiswerte Schalter in unserem Beispiel kein absoluter Ein-/Ausschalt-Schutz. Dennoch bietet er zum Schaltvorgang selbst noch eine stromlose Anzeige des Betriebszustandes des Solar-Node - sogar aus der Ferne. 

Achtung: Es gibt auch Schlüsselschalter, bei welchen man den Schlüssel nur im ausgeschalteten Zustand abziehen kann. Dies ist in unseren Augen kontraproduktiv.

Bestellen? Zum Beispiel hier

Die Innereien

Verdrahtungsplanhttps://www.fts-hennig.de/delock/hochfrequenztechnik/delock-lpwan-806-896-mhz-yagi-antenne-sma-stecker-10-dbi-starr-direktional-wand-und-mastmontage-outdoorNebenstehend (bei Klick größeres Bild) findet man einen möglichen Verdrahtungsplan für den Solar-Node. Dieses Schaltschema ist beim Author mehrfach dauerhaft ohne Probleme in Betrieb.

An dieser Stelle wollen wir kurz über den Akku und den Laderegler sprechen. Antenne und Solar-Panel werden nachfolgend beschrieben. 

Akku

Aufgrund der Vorteile der Technologie (Energiedichte und -Ausbeute pro cm³ Baugröße) sollte man unbedingt auf die Gattung der Lithium-Akkus zurückgreifen.

Alternative 1: Lithium-Rund-Akku im Format 18650

Lithium-18650-FlattopDie meistgebrauchte Form der derzeitigen Consumer-Geräte nutzt diesen Akku-Type: Lithium, Baugröße 18650, Flat-Top (das heisst: Kein "Nippel" am Pluspol).

Diese sind nicht viel Größer als ein AA-Akku, kann aber irgendwas zwischen 1500 und 3500 mAh bei 3,7 Volt Ausgangsspannung leisten (also je nach Typ 5,5 bis 13 Watt) liefern. Damit fallen diese Akkus übrigens nicht unter das Luftsicherheitsgesetz und die Regelungen für den Transport von Lithium-Batterien.

Zur Nutzung dieser Akkus benötigt man in der Regel noch einen Batteriehalter. 

Wir haben tatsächlich mit diesen Zellen keine besonders guten Erfahrungen gemacht - auch wenn wir einen Typ genommen haben, welcher uns von anderen Anwender empfohlen wurde.

Wir wollen Euch dies aber dennoch nicht verschweigen.

Bestellen? Akku mit 3500 mAh z.B. hier ... Batteriehalter für 18650 Zellen zum Beispiel hier

Alternative 2: Lithium-Polymer-Flach-Akku

Lithium-Polymer-Flach-AkkuExtrem gute Erfahrung haben wir wiederum mit dem nebenstehenden flachen Lithium-Polymer-Akku gemacht. Es ist klein, leicht, flach und kommt vor allem direkt mit einem Anschlusskabel daher.

Der Stecker (JST 1,5) ist zwar sehr mickrig - dafür merkt man dem Akku aber deutlich an, dass er für den Modellbau entworfen und in der Maker-Szene zuhause ist. Der kleine Stromstecker macht bei einem Stromfluss von max. 100 mA absolut nichts aus.

Bestellen? Zum Beispiel Hier

Laderegler

MPPT-Solar-LadereglerDamit wir den Akku des Solar-Nodes auch vernünftig laden können, benötigen wir noch einen MPPT-Solarladeregler.

Der hier vorgestellte Winzling schafft es, bei einer Eingangsspannung von 4,4 bis 6,5 Volt eine stabile Ausgangsspannung von 4,2 Volt für unser Funkgerät und den zu ladenden Akku zur Verfügung zu stellen. Dabei kann er insgesamt 1 A Strom ausgeben.

Es fällt auf (im Schaltbild), dass wir Akku und Funkgerät parallel am Ausgang des Ladereglers betreiben. Damit erhalten wir quasi eine Art unterbrechungsfreie Stromversorgung. Fällt der Solarstrom aus, bezieht das Funkgerät seinen "Saft" direkt vom Akku (z.B. Nachts). Tagsüber ist aber ausreichend Ladestrom vorhanden, um den Akku zu laden und das Funkgerät betriebsfähig zu halten. Eine Win-Win-Situation.

Bestellen? Zum Beispiel Hier mit Pins und Hier ohne Pins

Mit guter Verbindung

Nachdem der Akku bereits mit einem Steckkontakt kommt, ist es sinnvoll, solche auch an allen anderen Modulen der Innereien anzubringen.

Dazu empfehlen wir diesen Steckertyp: JST Dieser kommt aus dem Modellbau und ist daher auch ideal für unseren Solar-Node geeignet. Unser LiPo-Akku hat einen JST 1,5 Stecker. Wer es etwas größer mag, der verwende eben JST 2,0.

JST 2.0JST 1.5

Bestellen? Zum Beispiel JST 2.0 und JST 1,5

 

 

Auf das Äussere kommt es an

Last but not least wollen wir hier noch das "kritische Thema" Antennen sowie das Solar-Panel besprechen. Beginnen wir mit Letzterem.

Solar-Panel 5V / 10 Watt

SolarpanelVielen Menschen wundern sich, da bei uns nur ein relativ kleines Solar-Panel zum Einsatz kommt. Tatsächlich reichen bei uns 10 Watt völlig aus. 

Tatsächlich muss es auch gar nicht größer sein. Laut Lieferant liefert dieses Panel 10 Watt. Das ist auch gut möglich, denn bei einer Ausgangsspannung von 5,2 V (USB-C-Stecker) wären das maximal 1,9 Ampere an Ausgangsstrom. Da unser Laderegler aber nur 1 Ampere verarbeitet bzw. nutzt, kann das Panel tatsächlich genau das liefern, was wir benötigen. Selbst wenn der Hersteller bei der Leistung "etwas gelogen" hat - was wahrscheinlich ist (Marketing-Ampere sind nicht gleich Strom-Ampere) wird das Teil wohl immer noch rund 1 Watt liefern können.

Der Sockel zur Befestigung ist rund bei einem Durchmesser von 8cm und passt daher "rein zufällig" genau auf unsere oben gewähltes Gehäuse. Man muss nur drei Löcher in den Deckel bohren und das Panel direkt auf diesem befestigen. Schon spart man sich jeglichen Halter für das Panel selbst. Der Solar-Node muss ja sowieso an den Mast.

Bestellen? Zum Beispiel Hier

... und dann war da noch: Die Antenne

Um es einmal ganz offen zu sagen: Nirgendwo wird mehr gelogen als bei den Angaben zum sogenannten "Gewinn" einer Antenne. Hier lügen die Hersteller, dass sich die Balken biegen und täuschen dem Anwender hier etwas vor, was nicht sein kann.

Daher ein paar Grundvoraussetzungen:

  1. Niemals kann man mehr aus einer Antenne herausholen, als man hineinsteckt. Denn genau das meint "Gewinn". Das bedeutet: Steckt man in eine Antenne 0,5 Watt Leistung hinein, kann niemals mehr als 0,5 Watt herauskommen. In der Realität kommt sogar weniger heraus, denn Stecker, Kabel, Buchsen und selbst die Antenne selbst haben immer Verluste.
  2. Eine "Gewinn-Angabe" in der Einheit "dB" ist wertlos, da hier keine Bezugsquelle angegeben ist ⇒ Betrughttps://www.amazon.de/dp/B09Y8BZDLN
  3. Eine "Gewinn-Angabe" in der Einheit "dBi" bezieht sich auf einen, nur in der Vorstellungskraft der Physiker existenten, "Isotropenstrahler". Es handelt sich hierbei um eine verlustlose und daher rein theoretische Antenne, welche nur zur Berechnung herangezogen wird.
  4. Nur eine "Gewinn-Angabe" in der Einheit "dBd" ist eine reale, nachmessbare und vor allem nachvollziehbare Angabe, da diese sich auf einen (real existierenden) Sozialismus pardon Dipol bezieht. Dennoch wird man solche Angaben in der Regel nur bei Herstellern mit professionellen und hochwertigen Antennen finden. 
  5. Kann man nur die Angabe in "dBi" ausmachen, zieht man bitte den Wert "2,15" vom dBi-Wert ab. Dann erhält man nämlich den dBd-Wert der Antenne.
    Beispiele:
    3 dBi = 0,85 dBd = so gut wie kein Gewinn gegenüber einem Dipol
    5,8 dBi = 3,65 dBd = eine Leistungsverdopplung gegenüber einem Dipol
  6. ACHTUNG: Diese Gewinnangabe, wie zuvor berechnet, bezieht sich auf die EMPFANGSLEISTUNG. Sprich: Eine Antenne mit 5,8 dBi / 3,65 dBd kann ein nur halb so starkes Signal empfangen, wie ein einzelner Dipol. Denn in dieser Antenne sind physikalisch zwei Dipole zusammengeschaltet.
  7. ACHTUNG: Eine Rundstrahl-Antenne mit 5,8 dBi / 3,65 dBd kann auch nicht mehr als 0,5 Watt abstrahlen - niemals mehr (Ernergieerhaltungssatz der Thermodynamik)
  8. Eine RICHTANTENNE mit 5,8 dBi / 3,65 dBd kann die abgestrahlte Energie in einer Richtung bündeln (Öffnungswinkel) und so beim Empfänger ein doppelt so starkes Sendesignal erzeugen - obwohl nicht mehr als 0,5 Watt abgestrahlt wurde.

Alternative 1: Kurze Antenne (z.B. für Companion oder Room-Server)

Aussen-Antenne kurzDie abgebildete Antenne ist ein typischer Vertreter der "3 dBi" Klasse - also einer Antenne ohne irgend einen Gewinn. Die Länge beträgt ca. 30cm.

Halt - das stimmt so nicht ganz. Denn der "Gewinn" dieser Antenne befindet sich in ihrer Ausführung: Wasserdicht, wetterfest, N-Stecker und eine ordentliche Masthalterung, welche problemlos auch in der Lage ist, den Solar-Node selbst am Mast zu halten.

Denn gerade bei Letzterem wird extrem viel Mist angeboten - was bei dieser von uns mehrfach verwendeten Antenne nicht der Fall ist. 

Über die Halterung kann die Antenne auch mit Masse resp. Erde verbunden werden und kann so gemäß VDE-0100 auch blitzgeschützt montiert werden (z.B. auf einem Hausdach). Steht die Antenne frei im Garten auf einem Mast, so muss der Blitzschutz nicht sein. Denn bei einem Blitzeinschlag ist der sowieso defekt, egal ob geerdet oder nicht.

Bestellen? Zum Beispiel Hier

Alternative 2: Lange Antenne (z.B. für Repeater)

Lange AntenneDie links stehende Antenne ist vom gleichen Hersteller wie die kurze Antenne zuvor - nur dass deren Länge 80cm beträgt. 

Laut Hersteller soll die Antenne einen "Gewinn" von 5,8 dBi / 3,65 dBd" besitzen - und ist damit zumindest empfangstechnisch besser als zwei Dipol-Antennen. Durch die größere Länge kann aber der Empfang schwacher Signale definitiv verbessert werden.

Allerdings schränkt sich hier auch der Öffnungswinkel in der Vertikalen etwas ein, so dass naheliegende Stationen unter Umständen ein schlechteres Signal im Repeater anzeigen können.

Aber generell lässt sich mit dieser Antenne etwas Reichweite gut machen. 

Bestellen? Zum Beispiel Hier

Alternative 3: Richtantenne (für Link-Verbindungen)

Will man zwei Solar-Nodes miteinander verbinden zum Zwecke der Verbindung zweier lokaler Netzwerke, so erstellt man eine "Link-Verbindung" - quasi eine Richtfunkstrecke.

Yagi-RichtantenneMittels einer Richtantenne kann man zwei Mesh-Stationen mehr oder weniger direkt miteinander verbinden - z.B. wenn eine davon etwas weiter weg ist, als es eine normale Verbindung mit zwei Rundstrahlantennen erlaubt (im tiefen tiefen Tal wink).

Die nebenstehend abgebildete Richtantenne ist eine YAGI-UDA-Antenne (Kurzname "Yagi") und speziell als Richtantenne schon vor rund 100 Jahren designed worden. Sie kann die Sendeenergie punktgenau konzentrieren und lässt beim Empfang kaum Seitensignale zu.

Natürlich müssen zwei solche Antennen auch im LoRa-Mesh-Bereich exakt ausgerichtet werden, damit man das optimale Signal aus der Verbindung herausholen kann.

Daher ist eine Richtantenne auch ganz klar etwas für "Spezialisten", sollte dem geneigten Leser aber nicht vorenthalten werden.

Bestellen? Zum Beispiel Hier

Zusammenfassung

Wie man sehen kann, ist der Selbstbau zwar durchaus machbar - aber für einen Menschen, welcher nichts mit Modellbau zu tuen hat, nicht aus der Maker-Szene kommt, kein Funkamateur oder Hobbyfunker ist, und schon Probleme mit den Augen hat (cool) nicht ganz unproblematisch.

Dennoch: Wir wollten Euch diesen Weg nicht vorenthalten. Denn Bastler gibt es viele unter uns - und gerade wenn man in einer Mehrfachfertigung mehrere Solar-Nodes bauen will, lohnt sich dieser Weg ganz unbedingt.

Die Bestell-Links(-Beispiele)

Noch einmal zusammenfassend hier alle im Text erwähnten Beispiel-Links!

LoRa Funkgerät Seeedstudio Meshtastic-Kit (nRF52840 / Wio SX-1262)
Gehäuse IP65-Elektronik-Modulgehäuse
Schlauchschellen Nur als Beispiel, Größe abhängig vom eigenen Mast
B2B-Montageschiene Produkt-Info des Herstellers
Baumarkt-Montageschiene Beispiel-Link Schiene 15*15mm / Beispiel-Link Schiene 20*20mm
Antennen-Buchse mit Kabel Mit SMA-Buchse / Mit N-Buchse
USB-C Anschluss Buchse mit Wasserschutz / Stecker (Lötanschluss)
Schalter Mini-Drucktaster / Schlüsselschalter
Akku 18650 Li-18650-FlatTop-3500 mAh / Batteriehalter 
Akku Flach LiPo-Flach-3000mAh
MPPT Solarregler Mit Anschluss-Pins / Ohne Anschluss-Pins
JST Stecker/Buchsen 2,0mm / 1,5mm
Solarpanel 5 V (USB-C) / 10 Watt
Lora Antenne Outdoor-Antenne kurz / Outdoor-Antenne lang / Richtantenne (Yagi)

Nochmaliger Hinweis: Alle aufgeführten Links dienen als Beispiel, resp. der Illustration und stellen KEINE Verkaufsempfehlung dar. Dennoch hat der Author mit diesen Artikeln persönlich gute Erfahrung gemacht. Bei anderen Nutzern kann diese Erfahrung vollkommen anders ausfallen. Daher übernimmt der Author keinerlei Garantie für die Richtigkeit und vor allem nicht für korrekte Funktion etc.

Unglaublich, aber wahr: Niemand interessierte sich dafür!

Liebe Community, liebe Mitbürger, liebe Funkfreunde.

Mit dieser Ausschreibung wollte ich den Grundstein legen, LoRa Mesh in den Bürgernotfunk mit einzubringen. Bei allen mir bekannten Gruppierungen von LoRa-Aktivisten habe ich die Ausschreibung verbreitet und verteilt. Zurück gekommen ist: NICHTS!

Keine einzige Einreichung! :-(

Stattdessen Spott, Häme, Verurteilung und Beschimpfungen, wie mir zugetragen wurde.

Mir egal!!!

ICH habe nämlich - wie in der Ausschreibung erwähnt - mein eigenes Meshtastic-Notfunkkit gebaut und zusammengestellt. Dieses habe ich vorläufig hier dokumentiert: http://www.dj1ng.de/notfunk/3lm_material.php

Dieses Kit erfüllt bis auf eine Kleinigkeit (Ein Solarpanel zuwenig) alle von mir in der Ausschreibung gestellten Anforderungen. Neben vier VHF/UHF-Jedermannhandfunkgeräten und einem Amateur-Handfunkgerät enhält dieses Kit vier vollständig konfigurierte und betriebsbereite LoRa Meshtastic-Nodes inklusive vier Batteriepackes (Lithium-Zellen). Damit können die Nodes mittels Aufschrauben der Antenne, Anflanschen der Akkus und Reinhängen in einen Baum sofort ein mehrere Kilometer durchmessendes Meshtastic-Netz bilden.

Zusätzlich enthaltene Nodes können entweder den Netzbereich vergrößern oder als Benutzergeräte fungieren. 

Ich werde den (wasserdichten und aus größrere Höhe abwurftauglichen) Koffer in einem Video im neuen Jahr vorstellen und damit hoffentlich Anregungen geben können, sich selbst so etwas zu bauen.

Übrigens: Meine Gemeinde wird im nächsten Jahr eine LoRa-Meshcore-Infrastrukture, sowie einen LoRa-Meshcom-Repeater erhalten - natürlich alles selbstgebaut. Das Material steht schon bereit. Es war mir nur bisher zu kalt draussen. 

Ich wünsche Dir lieber Leser einen guten Start in einem für Dich und uns alle friedlichen 2026.

Beste Grüße, Guido, DJ1NG, DN1NF
Gründer der Initiative Deutschland funkt! Bürgernotfunk für JEDERMANN

P.S.: Mein Ziel für 2026: Die Notfallbox mit LoRa Mesh zu koppeln, um Notfallboxen miteinander zu vernetzen, diese fernzusteuern und vor allem externe Notrufgeräte per LoRa anzukoppeln!

"Länge spielt keine Rolle" ;-)

Das die Länge nicht nur beim LKW oder beim Sex eine Rolle spielt, wissen wir alle - mehr oder weniger laugh

In der Hochfrequenztechnik spielt Länge eine massiv Rolle - z.B. bei der Antennenlänge oder der Länge eines Koaxialkabels. Zu letzterem wollte ich einmal wissen, wie sich bei einem LoRa Meshnode (System egal) die Länge des Verbindungskabels zwischen Gerät und Antenne (Koax-Kabel) auf die Sendeleistung auswirkt.

Hierbei habe ich mir die typischen 1,13 mm Kabel (Durchmesser) angeschaut welche von den Herstellern bei LoRa-Antennen mitgeliefert werden, mir von einem Hersteller ein Datenblatt geben lassen  und aufgrund der umständlichen Formel eine Tabelle mit verschiedenen Frequenzen und verschiedenen Kabellängen für 433 MHz, 868 MHz und 2400 MHz (Bluetooth) erstellt, welche in LoRa Meshnodes zum Einsatz kommen. 

Das Ergebnis sieht so aus:

Tabelle DämpfungGanz klares Ergebnis: Es ist nicht so schlimm wie befürchtet - aber ...

  • je höher die Frequenz desto höher die Dämpfung
  • je länger das Kabel, desto höher die Dämpfung

Beide Fakten waren mir als Funkprofi natürlich vorher bekannt - aber nicht die Relationen und Ausmaße für dieses dünne Käbelchen.

Fazit: Jeder, der behauptet, die Länge des Antennenkabels spiele keine Rolle, der hat keine Ahnung von Hochfrequenztechnik. Daher empfehlen wir:

Halte die Länge das Kabels so kurz wie irgendwie möglich!!!

Es sind Kabel verschiedenster Längen verfügbar.

Anhänge:

"A new node" ... Anmerkungen

Nachbau erfolgt erfolgreich yes

Inzwischen habe ich den Solar-Node erfolgreich nachgebaut und dabei bereits einige der "left-overs" aus dem Prototyp verbessert.

Konkret hat sich das Äussere nicht geändert.

  • Im Inneren sieht es nun doch ein wenig aufgeräumter aus. Wer mag, kann die Kabel auch noch mit Kabelbindern sortieren.
  • Die Node-Elektronik wird kontaktsicher isoliert (ohne Dose), ist aber im Bild nicht zu sehen, weil diese Isolierung erst später angebracht wird.
  • Für den Batteriestecker habe ich eine viel kleinere Ausführung genommen. Das verschafft dem Inneren mehr Luft.
  • Allerdings: Die Schrauben des Antennenadapters sollten unbedingt "entschärft" werden. Hat man nur spitze Blechschrauben, macht man auf jedes Schraubenende einen Klecks Klebstoff (z.B. mit einer Heißklebepistole) - oder verwendet beispielsweise metrische Schrauben und sichert diese mit selbstsichernden Muttern. ich hatte nur nichts entsprechendes in der Schraubenkiste greifbar.
  • Den Druckknopfschalter habe ich nun (wie geplant) durch einen Schlüsselschalter ersetzt, welcher in der EIN und in der AUS-Stellung abgezogen werden kann. So kann das Gerät niemand mehr von Aussen unberechtigt ausschalten.

Die Durchführung der USB-Buchsen rein in den Gummitüllen hat sich als nicht stabil erwiesen. Daher habe ich auf beiden Seiten je eine dicke Unterlegscheibe (Durchmesser des Innenlochs 11 mm) eingesetzt. Der Aussendurchmesser muss größer 20 mm sein. So erhält man eine feste, und dennoch abgedichtete Durchführung. Denn im Prototyp ist es mir einmal passiert, dass ich beim Abstecken des Solar-Steckers die Buchse nach aussen durchziehen konnte. Muss ja nicht sein wink
Da der Platz ein wenig eng ist und der Schlüsselschalter unbedingt zwischen die USB-Buchsen sollte, musst ich die Unterlegscheiben noch einseitig mit einer Metallfeile bearbeiten. 

Zusätzliches Material

"A new node is born"

Ein neue Star am "Node-Himmel"

Solar-Node V2... zumindest bei mir zuhause. wink Da ich so gerne bastle und mein erster LoRa Mesh-Node tatsächlich nicht ganz unkompliziert war in der Anfertigung, habe ich einen neuen Versuch für einen Solar-Node gewagt - dieses Mal mit unkomplizierteren Bauteilen und der Erfahrung vom ersten Node im Gepäck.

Zuerst das verbaute Material

Ich habe folgendes Material verwendet (alle Links nur als Beispiele, keine Kaufempfehlung):

  • Gehäuse: Feuchtraum-Verteilerdose (Reichelt)
  • Seedstudio XIAO nrf52840 Microcontroller & Wio SX-1262 LoRa-Transceiver - derzeit der sparsamste Node überhaupt auf dem Markt (Herstellerlink)
  • Antenne 868 MHz für Mastmontage - 3dBi, also vermutlich 0dBd - aber stabil und vor allem wetterfest (Amazon)
  • Adapter N-Buchse auf SMA-Buchse, mit Flansch zum Einbau (Paarweise bei Amazon)
  • 2 Stück USB-C-Buchsen mit Abdeckung für Spritzwasserschutz (6 Stück bei Amazon)
  • USB-C-Stecker zum anlöten (10 Paar Buchsen/Stecker bei Amazon)
  • Solar-Laderegler 1A (Amazon)
  • Lithium-Polymer-Akku 3,7V, 3Ah (Amazon)
  • Solar-Panel 10Watt, USB-C-Ausgang (Amazon)
  • Adapter IPEX-Stecker auf SMA-Buchse (Amazon)
  • Schrumpfschlauch, ein paar Drähte

Der Verdrahtungsplan

Da ich im ersten Selbstbau-Node schlechte Erfahrung mit dem Ladecontroller gemacht habe, hat mir die Bürgerfunk-Community einen neuen Ladecontroller empfohlen, welcher nicht nur billiger und kleiner ist, sondern auch keinen separaten Ausgang mehr für die Batterie besitzt.

So sitzen der Node und die Batterie am gleichen Ausgang. Das bedeutet: Erzeugt das Solarpanel Strom, so wird der Node damit direkt versorgt und nebenbei die Batterie geladen. Fällt der Solarstrom weg, kann die Batterie ohne Unterbrechung einspringen. Gleichzeitigt filtert die Batterie den Strom aus dem Ladecontroller. 

Der Aufbau

... ist relativ simpel: Gemäß dem obigen Schaltplan werden die Komponenten miteinander verdrahtet. 

ACHTUNG: Sobald man Strom an den Node anschliesst, beginnt dieser zu arbeiten. Daher sollte man die Batterie unbedingt mit einem Zwischenstecker versehen und vor dem Anstecken derselben undbedingt die Verbindung zur Antenne herstellen.

Tips zum Auf- und Einbau

  1. Ansicht von UntenDen Schalter bringt man am besten zwischen den beiden USB-Buchsen auf der Unterseite unter und klebt diesen ein. So kann kein Wasser eindringen und der Schalter nicht abhauen.
  2. Die Antennenbuchse wird mit der SMA-Buchse einfach durch die Gummidichtung gebohrt und dann mit vier Blechschrauben befestigt.
  3. Ebenso werden die USB-Buchsen direkt in die Gummidichtungen eingebaut. Das erspart das Abdichten, vor allem, wenn man das Bohrloch etwas kleiner macht, als der Buchsendurchmesser. Sind die Gummidichtungen zu "instabil" kann jeweils innen und aussen eine große Unterlegscheibe (Karosserie-Scheibe) eingesetzt werden (im Prototyp noch nicht gemacht).
  4. Der Akku sollte unbedingt mit einem Zwischenstecker versehen werden. Akkus halten nicht ewig und so muss man diesen vermutlich ein bis zweimal im Jahr wechseln (vor- und nach der Frostperiode).
  5. Die Node-Elektronik sollte man unbedingt abkapseln - z.B. mit der Dose, in welcher dieser geliefert wurde. Das erspart Kurzschlüsse bei den Kontakt in irgend einer Art und Weise. Zudem kann man die Dose dann wasserdicht verschliessen (in meinem Prototypen noch nicht geschehen).
  6. Das Antennenkabel zwischen Node (IPEX-Stecker) und Antennenanschluss (SMA-Buchse) sollte so kurz wie möglich sein. Das erspart unnötige Leistungsverluste.
  7. Den Ladecontroller bitte ebenfalls unbedingt isolieren. 
  8. Bitte die Gehäusebeschriftung von Unten nicht vergessen. Vertauscht man die beiden USB-Stecker, geschieht folgendes: 
    1. Der Node wird nur bei Sonnenlicht gespeist.
    2. Man kann mit dem Node nicht mehr per USB-Kabel kommunizieren.
  9. Der Halter vom Solar-Panel wird direkt auf den Deckel des Gehäuses verschraubt. Bitte nicht die Abdichtung der Schrauben vergessen.
  10. Wenn der Node lange Zeit in der Öffentlichkeit hängen soll, so ist anstatt dem Druckschalter ein Schlüsselschalter zu empfehlen. Ich werde diesen hier verwenden, da man bei diesem Schalter den Schlüssel sowohl in der EIN- als auch der AUS-Stellung abziehen kann.

So sieht's von innen aus

Innenansicht1. Antennenanschluss-Kabel SMA auf IPEX (nicht schtbar)

2. Der eigentliche Node in einer Dose. Herauskommen USB-, Strom- und Antennenkabel (siehe 1.)

3. Der Druckschalter auf der Unterseite zwischen den beiden USB-Buchsen für das Solarpanel und den direkten Datenzugang zum Node.

4. Der Ladecontroller

5. Der Stecker zum Akku (nicht im Bild)

Der Deckel ist bei diesem Gehäuse sehr einfach und schnell mit einem Schlitz-Schraubendreher zu öffnen. Daher: Entweder man versiegelt die "Schrauben" oder man montiert das Kästlein so hoch, dass niemand mehr ohne Leiter den Node erreichen kann. Das Gehäuse wurde für meinen Prototypen nach Größe und Wasserdichtigkeit ausgewählt. Und in dieser Größe gibt es nun einmal keine Schließzylinder.

Über den Prototypen hinaus

Meiner Ansicht nach ist dieser Node einfach, unkompliziert und schnell aufzubauen und benötigt eben wiederum keinen 3D-Drucker, sondern kommt mit Material aus dem internet und ggfs. dem Baumarkt aus. Zudem kann hier jederzeit eine bessere Antenne verbaut werden, da diese in der Regel mit einem N-Stecker daher kommen.

Konkret wird im Nachbau noch eine größere Antenne kommen (zumindest für jene Nodes, welche als Repeater / Room-Server arbeiten werden) - und der Druckschalter wird durch einen Schlüsselschalter ersetzt.