手搓定位模块:生死看淡,价格砍半

教程

本次投稿来自西安-QinlingMesh,他用实际行动展现了 DIY 的无限可能。感谢他的用心分享,为社区带来了如此实用且高性价比的 DIY 方案。
同时,也欢迎大家 踊跃投稿,把你们的创意和经验分享给更多的 Meshtastic 爱好者!

Heltec T114 是社区里颇为流行的 Meshtastic 方案,这可不是没有理由的。它的易用性(包含 自带的太阳能接口)、省电表现(得益于搭载的 nRF52 芯片)和稳定性让它在众多设备中脱颖而出。更难得的是,T114 在实际使用中鲜少出现问题,可谓是一款让人省心的经典之作。

然而,一个制约它更大规模流行的原因在于价格。完整的一套方案,如果包含屏幕和 GPS/GNSS 模块,售价就要 269 块了,逼近 300 元的门槛。而如果再加上官方外壳,整套价格刚好达到 300 块。这对于很多人,特别是预算有限的用户来说,的确是一个不小的负担。

今天的文章虽然是在探讨如何通过 DIY 降低 T114 配套 GPS 模块的成本,但实质上是为更多预算有限的用户打开了一扇门。通过这套 DIY 方法,用户可以选择更低门槛的 T114 套餐,再自行添加 GPS 模块,从而以更亲民的价格体验到 T114 的优秀性能。这种方式不仅没有削弱 T114 的吸引力,反而让它变得更容易入手。

编者按

这次的 DIY 文章再一次刷新了我们的认知!本以为上一篇 DIY Meshtastic 节点,用 nRF52 开发板和现成 LoRa 模块飞线平替 Heltec T114 已经够硬核了,没想到这次群友更进一步,直接自己做了 T114 的配套 GPS 模块,连天线都 DIY 了。

不得不说,这位 Meshtastic 中国群 群友的 DIY 热情和动手能力简直炸裂!

标题里写的「定位模块也能 DIY?生死看淡,价格砍半」,其实是为了押韵,准确性难免有所妥协。说实话,这砍的可不是一半。原本 Heltec T114 套餐里配个 GPS 模块,得多花六七十块钱,如今群友大手一挥,20 块钱就整出了个一模一样的,还保留了原版的性能。这哪是砍半,这分明是手起刀落,价格直接腰斩还多!

无论如何,DIY 的乐趣和性价比永远让人心动。感谢群友为 MeshCN 社区带来的分享,让更多人受益!

另外,为了让更多对技术不是很熟悉的读者也能轻松理解这篇文章,我在原文基础上加入了大量的解释和描述。同时,对章节的顺序进行了调整,使内容更符合实际操作的流程,方便大家一步步跟着做,不迷路!

Heltec T114 的定位模块

Heltec T114 是社区里颇为流行的 Meshtastic 方案。在社区博客右上角点击放大镜图标 🔍 搜索 T114,你能发现大量文章。

而在购买 T114 时,往往有不同规格组合可供选择。每个组合覆盖了不同用户的需求,从最低功耗的基础版本到全功能的顶配版本,可谓选择丰富。

原装自带的 Heltec T114 和移远 L76K GNSS/GPS 模块

但仔细分析后你会发现,加装 GNSS 模块的版本普遍贵了不少,这也是为什么要 DIY 的原因,除了享受动手的乐趣,更重要的是可以省下不少钱呢。

「等等,GNSS 模块是什么东西?我只听过 GPS 呢。」是的,很多人都听过 GPS,但对 GNSS 可能感到陌生。其实,GPS 是 GNSS(全球导航卫星系统)的一部分,属于美国的卫星定位系统,而 GNSS 是一个更大的概念,包含了全球多个国家和地区的导航系统,比如中国的北斗(BDS)、欧洲的伽利略(Galileo)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)等。

简单来说,GPS 是 GNSS 的一个「分支」,而 GNSS 则是所有导航系统的「大家庭」。使用 GNSS 模块的好处在于,它能结合多个系统进行定位,提供更高的精度和更广的覆盖范围。

在 Meshtastic 领域里,一个 GNSS 模块除了提供精确定位外,也有另外一个重要作用——提供精确时间。后续 MeshCN 社区会推出文章针对这部分详细解释。

为什么要 DIY GNSS 模块?

这是来自 Heltec 官方店的 T114 价格表。他们提供多种不同规格的套餐。

套餐组合名称 屏幕 外壳 GNSS模块 价格 (¥) 备注
极限待机 189 最基础版本,适合低功耗需求
极限待机 259 加装GNSS模块,定位功能齐全
官方标配 209 默认配置,方便查看屏幕信息
官方标配 269 GNSS模块加持,屏幕显示定位
极限通信 236 带外壳的高级版本,无GNSS
极限通信 299 带屏幕和外壳的顶配版本

我们先来看各个套餐的差价:

  1. 极限待机版:基础款(无 GNSS 模块)售价 ¥189,而带 GNSS 模块的版本要 ¥259,多了 ¥70。
  2. 官方标配版:无 GNSS 的售价 ¥209,带 GNSS 的则要 ¥269,差价 ¥60。
  3. 极限通信版:包含屏幕和外壳的版本,无 GNSS 售价 ¥236,而有 GNSS 的售价 ¥299,整整贵了 ¥63。

可以看出,几乎所有套餐中,只要加装 GNSS 模块,价格都会提升 60 到 70 块。这一差价远高于我们自己 DIY 的成本(仅需 ¥20.5),而且 DIY 的模块在性能上毫不逊色甚至更优。通过动手制作,不仅能体验 DIY 的乐趣,还能有效降低成本。

对于追求性价比和喜欢动手的小伙伴来说,DIY GNSS 模块是一个非常划算的选择!

值得一提的是,官方 T114 套餐中配备的 GNSS 模块正是本文 DIY 的核心部件——移远 L76K。这是一款性能可靠的双模定位模块,DIY 使用的模块与官方模块完全相同,因此在兼容性上无需担心,完全无缝对接!通过 DIY,我们可以用更低的成本复刻官方配置。

事不宜迟,我们开始 DIY 的旅程!撸起袖子,开始动手。

原本 Heltec T114 的设计

首先,我们要研究下原本 Heltec T114 是怎么设计的。

Heltec T114 GPS/GNSS 部分接线端子图

Heltec T114 的 GNSS 接线端子是其设计的重要部分,它的布局和接口方式决定了其与 GNSS 模块的兼容性。在设计上,T114 直接为移远 L76KB-A58 模块预留了标准的连接接口。通过这样的设计,移远 L76KB-A58 模块可以直接插入并使用(Plug and Play),无需额外调整接线或接口逻辑。

我们在 DIY 时需要参考 Heltec T114 的接线方式,确保制作出的模块能够与其完全兼容。这样不仅简化了操作,也避免了因接口不匹配而导致的调试问题,真正实现了即插即用。

从以下原理图中,能看到 Heltec T114 GNSS 端子每个引脚的定义。

GNSS 定位模块——移远 L76KB-A58

我们看完 Heltec T114 后,接下来,则要研究下 GNSS 模块本身是怎么个通讯法。

移远 L76K GNSS 模块接线原理图,展示电源、信号接口及天线连接的完整设计

这张电路图展示了移远 L76K GNSS 模块的连接设计,包括电源、信号接口和天线部分。

电源由 VDD_3V3 引脚提供 3.3V 主供电,Ve_3V3 引脚则用于备份电源,支持 RTC 和数据保存,即使断电也能保留定位信息。

信号接口通过 TX GPS 和 RX GPS 实现模块与外部设备的 UART 通信,PPS 引脚输出每秒同步脉冲信号用于时间同步,WAKE UP 引脚用于唤醒模块,RESET_N 引脚实现模块复位。天线部分通过 RF_IN 引脚连接到外部陶瓷天线,确保信号接收,并由 ANT ON 引脚控制有源天线的供电。

开始设计

既然搞懂了原本是怎么设计,接下来我们就可以开始动手设计了。

按照正常的 PCB 工业设计流程,我们会先画原理图,后根据原理图布线,最终画出 PCB 图。有了 PCB 图,我们就可以导出成生产文件 Gerbers,这个格式发给 PCB 制作商就能在几天内收到自己亲手设计的 GNSS 模块板子啦。

原理图

没错,这就是我们设计的原理图。

移远 L76KB-A58 GNSS 模块接线原理图,展示电源、信号接口与天线连接方式

左侧是要与 T114 自带 GNSS 接口兼容的 8 个引脚端子,右侧则是我们的主角——移远 L76KB-A58 GNSS 模块。除此以外,还有接地、和天线部分。

电源方面,VCC 引脚为模块提供主电源(3.3V),V_BCKP 引脚用于维持 RTC 和备份存储器供电,VDD_RF 引脚为射频电路供电,多个 GND 引脚确保电气参考点的稳定性。

信号接口通过 UART 串口实现通信,TXD 引脚输出 GNSS 数据,RXD 引脚接收外部命令,1PPS 引脚提供每秒同步脉冲信号,WAKE_UP 引脚唤醒模块,RESET_N 引脚复位模块。

天线部分通过 RF_IN 引脚接收 GNSS 信号,外部天线连接到 ANT 接口以增强定位性能。实物中,我们天线使用了陶瓷天线,直接焊接在电路板上。

PCB 图

原理图完工后,就要设计 PCB。基本上,按照前文设计的原理图去做就好了。

搞定,这就是我们设计的 PCB。👇

DIY Meshtastic GPS 模块 PCB 图

在让 PCB 制造商生产的时候,建议设置电路板厚度为 1.6mm,天线的引脚与电路板的厚度刚好匹配,做到无缝嵌合。

组装

材料选购(BoM)

材料名称 规格/类型 价格(元) 备注
L76KB-A58 移远双模模块 - 16.00 旗舰店参考售价
GPS 陶瓷天线 20x20 3.00 抓星速度快,推荐规格
接插件 8P 1.25 卧式贴片插座 0.18 -
GPS 连接线 8P 1.25 双头反向 0.83 -
自制电路板 PCB - 0.50 建议电路板厚度 1.6mm
合计成本 - ¥20.51 每枚总成本

L76KB-A58 移远双模模块订单截图
陶瓷天线订单截图

插座8P订单截图
GPS双头线订单截图

上述截图仅供参考,目的是让大家更方便地找到这些材料,并不是说必须选择我购买的那家店。

强烈建议大家货比三家,根据实际需求和预算,选择性价比最高、最适合自己的商家。

DIY 的魅力就在于灵活与个性化,希望大家都能找到满意的材料!

把元器件焊到 PCB 上

PCB 到手后,我们就可以把元器件组装到 PCB 上了。

要注意的是,陶瓷天线的引脚需直接焊接在电路板上。

实物组装起来就是这样啦 👇!

DIY Meshtastic GPS 模块 PCB 图

左图能看到陶瓷天线完美嵌合在 PCB 上;右侧则能看到 GNSS 模块以及和 T114 完美兼容即插即用的 8P 端子。

温馨提醒 💡

Meshtastic 终端元器件中 GPS 定位模块是重要的功耗大户。尤其是终端长期在室内使用时,系统接收不到定位信息会「很焦虑」,频繁通信,导致电池待机时间大幅减少。因此,建议开机时在室外使用。

另外,陶瓷天线建议选择 20x20 规格,抓星会更快,实测效果良好。

本文作者: 西安-QinlingMesh

本文链接: https://meshcn.net/self-made-mesh-node-t114-gps-module/