Albapipe-Meshtastic-Node

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Albapipe-Meshtastic-Node

(★ 20)

Nodo para tecnología Meshtastic de alta potencia preparado para introducir en un tubo.

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# 🌞 ALbaPipe. Nodo Meshtastic Solar Autónomo y Robusto

**Control de versiones:**
| VERSIÓN | ESTADO | FECHA | Cambios |
|---------|--------|-------|---------|
| V1      | TESTADA ✅  | Enero 2026 |  |
| V2      | TESTADA ✅  | Abril 2026 |  - Se mejora el circuito de alimentación al E22.  - Se añade puerto I2C. - Se modifica el interruptor "NODE SWITCH" para cortar toda la alimentación en lugar de únicamente la corriente de la MCU. |
| V3      | 🚧 EN PRUEBA 🚧  | Abril 2026 |  - Modificación del footprint de un boost que implicaban tener que forzar su entrada.- Modificación de la PCB para no tener que seccionar dos pines al TLV.

Este proyecto describe el diseño de un **nodo solar Meshtastic completamente autónomo**, concebido para **despliegues reales en campo**, con especial énfasis en **fiabilidad eléctrica**, **tolerancia a fallos** y **estabilidad a largo plazo**.

El diseño integra **gestión energética avanzada**, **separación de cargas**, **supervisión de tensión**, **monitorización de consumos** y un **watchdog hardware independiente**.

---

## 🧠 Enfoque y filosofía del diseño

Este no es un nodo experimental. Está pensado para funcionar **meses o años sin intervención**, incluso en condiciones desfavorables.

Principios clave:

- ✅ **Firmware Meshtastic sin modificar** (firmware oficial)
- ✅ Recuperación automática ante cuelgues mediante **hardware externo**
- ✅ Aislamiento eléctrico entre bloques críticos
- ✅ Gestión eficiente de energía solar + baterías
- ✅ Arquitectura clara, modular y mantenible

---

## 🧩 Bloques funcionales del sistema

### 🔋 Gestión energética
- **Panel solar**
- **Cargador MPPT CN3791**
- **BMS 1S**
- **Baterías Li‑ion 3,7 V en paralelo (1S3P)**
- **Selector de fuentes / conectores de alimentación**

### ⚡ Regulación de tensión
- **Salida regulada desde el NRF a 3.3 V** para lógica y sensores
- **Boost 5 V independiente #1 (HW‑085)** → Para el módulo de radio LoRa E22 / E22P
- **Boost 5 V independiente #2 (HW‑085)** → GPS. Con "enable" por GPIO para reducción de consumo

### 📡 Comunicaciones
- **Radio LoRa E22 / E22P** con salida a conectores IPEX o SMA.
- **GPS NEO** u otros compatibles.

### 🧠 Control y supervisión
- **nRF52840** ejecutando Meshtastic
- **ATtiny13A** como watchdog externo, con reset automático preconfigurable
- **Supervisor TLV840 (~3.0 V)** para protección por batería baja

### 📊 Monitorización
- **INA3221 (I²C, 3 canales)** para:
  - Corriente del panel solar
  - Corriente de carga
  - Consumo del sistema
- **BME/BMP 680** para:
  - Temperatura
  - Humedad
  - Presión barométrica
---

## 🔋 Arquitectura de alimentación

Componentes principales

- Panel Solar → Entrada fotovoltaica primaria.
- MPPT CN3791 → Control de carga optimizada para baterías Li‑ion 1S.
- Batería Li‑ion 1S3P (3.0–4.2 V) + BMS 1S → Almacenamiento y protección.
- Rail 3.3 V (Lógica) → MCU/sensores de bajo consumo.
- Boost 5 V HW‑085 #1 → Alimenta LoRa E22 / E22P
- Boost 5 V HW‑085 #2 → Alimenta GPS NEO.

### Motivación técnica

- El **E22** presenta picos importantes en transmisión
- El **GPS** es sensible a ruido y caídas de tensión
- La separación de boosts evita interferencias mutuas
- La lógica a 3.3 V queda aislada de transitorios de potencia
- De este modo se separan los railes de 5 V para aislar picos de corriente del GPS y la radio.
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## 📡 Radio LoRa (E22‑868M30S)

- Banda **868 / 915** 
- Alimentación dedicada a **5 V**
- Antena externa SMA

---

## 🛰️ GPS

- Módulo **NEO**
- Alimentación dedicada a **5 V**
- Encendido controlado por GPIO
- Totalmente separado eléctricamente del LoRa

Permite posicionamiento y telemetría sin comprometer la estabilidad del sistema.

---

## 🔁 Watchdog hardware independiente (ATtiny13A)

El nodo integra un **watchdog físico externo**, completamente independiente del nRF52840.

### ¿Por qué es necesario?
- Un MCU no puede auto‑recuperarse si queda bloqueado
- Meshtastic es estable, pero ningún firmware es inmune
- La fiabilidad real exige **supervisión fuera del firmware**

### Funcionamiento
- El **ATtiny13A** permanece en *sleep* profundo
- Se despierta periódicamente mediante temporizador interno
- Genera un **pulso directo sobre RESET del nRF52840**

### ⏱️ Periodos seleccionables por jumpers

| PB2 | PB1 | Reset cada |
|----:|----:|-----------|
| 0 | 0 | **1 minuto** |
| 0 | 1 | **6 horas** |
| 1 | 0 | **12 horas** |
| 1 | 1 | **24 horas** |

- Pulso de reset: **200 ms (LOW)**
- Consumo ultra bajo
- Envía la señal de reset siempre que cuente con una mínima tensión de alimentación.
  
<img width="224" height="203" alt="image" src="https://github.com/user-attachments/assets/a1405204-e1c1-43c1-8cbd-a2a800cf0ded" />

---

## 🛡️ Supervisor de tensión (TLV840)

- Monitoriza la tensión de batería
- Fuerza la desconexión por debajo de ~**3.0 V**, remitiendo una señal de reset al MCU.
- Evita estados inestables al descargar la batería
- Complementa al watchdog periódico

Este dispositivo dispone de un umbral fijo de fábrica de 3,0 V, determinado por la referencia del componente (sufijo “30”), y no configurable en la aplicación.
Cuando la tensión de la batería desciende por debajo de este valor, el TLV840 fuerza la señal RESET activa en bajo, manteniendo el microcontrolador en estado de reset.
El TLV840 incorpora una histéresis interna típica del 5 %, lo que evita oscilaciones del reset ante pequeñas variaciones de tensión.
Debido a esta histéresis, una vez activado el reset, el microcontrolador permanece bloqueado incluso aunque la tensión vuelva a superar los 3,0 V.
La liberación del reset solo se produce cuando la alimentación alcanza aproximadamente 3,15 V (3,0 V + 5 %).
Este comportamiento garantiza que el microcontrolador solo arranque cuando la tensión de alimentación es suficientemente estable, evitando brownouts, ejecuciones erráticas o corrupción de memoria, y mejorando la fiabilidad general del sistema.

## 🛡️ Circuito divisor de tensión

- Monitoriza la tensión de batería para que el NRF pueda interpretarla en tanto por ciento.

---

## 📊 Monitor de corriente (INA3221)

- Bus **I²C**
- Tres canales independientes
- Permite instrumentar:
  - Rendimiento del panel
  - Eficiencia de carga
  - Consumo del MCU.

Base ideal para **telemetría energética** y optimización.

---

## 🧩 Resumen de módulos utilizados

| Bloque | Componente |
|------|-----------|
| MCU principal | nRF52840 | Obligatorio |
| Watchdog | ATtiny13A | Opcional |
| LoRa | E22‑868M30S - E22P‑868M30S | Obligatorio |
| GPS | NEO | Opcional |
| MPPT | CN3791 | Obligatorio |
| Boost 5 V | HW‑085 (×2) | Obligatorio |
| Supervisor | TLV840 | Opcional |
| Monitor | INA3221 | Opcional |
| Baterías | Li‑ion 1S3P | Obligatorio (una al menos) |
| Protección | BMS 1S | Opcional |
| RF | SMA + antena | Opcional |
| Divisor de tensión | 1MOhm (x2) | Opcional |
---

## 📦 Bill of Materials (BOM) — Nodo Meshtastic Solar

| ID | Nombre | Modelo | Cantidad |
|----|----------------------------------------------|----------------------------------------------|----------|
| 0  | PCB ALBAPIPE V1 | ENCARGAR EN NEXTPCB o JLCPB | 1 |
| 1  | SOPORTES BATTERY2, BATTERY3, BATTERY1 | BH-18650 | 3 |
| 2  | SUPERVISOR CORRIENTE | INA3221 | 1 |
| 3  | E22_BOOST | DC_DC_BOOST1 | 1 |
| 4  | GPS_BOOST | DC_DC_BOOST2 | 1 |
| 5  | BMS IC3, IC2, IC1 | BMS 1S 3.7V | 3 |
| 6  | CONECTORES BATERÍA Y SOLAR | PA001-2P | 2 |
| 7  | BOTONES USER Y RESET | TC-1101T-C-B-B | 2 |
| 8  | GPS ENABLE / ATTINY RESET R3, R2 | 10K | 2 |
| 9  | WATCHDOG TIMER U1 | ATTINY13A-PU | 1 |
| 10 | ATTINY RESET U2 | 100 nF | 1 |
| 11 | GPS ENABLE Q1 | SI2312 | 1 |
| 12 | GPS U6 | GPS NEO6MV2 | 1 |
| 13 | SUPERVISOR DE TENSIÓN U5 | TLV840 | 1 |
| 14 | INTERRUPTORES MCU Y SOLAR | SS12D10-ZG5 SWITCH | 2 |
| 15 | MÓDULO BOOST C1, C2 | 1000uF | 2 |
| 16 | CONECTOR ANTENA | KH-SMA-P-8496-T | 1 |
| 17 | B+, B- | 1M | 2 |
| 18 | TELEMETRÍA AMBIENTAL | BME280 | 1 |
| 19 | CARGADOR DE BATERÍAS | CN3791 MPPT Solar Charger Module | 1 |
| 20 | TRANSMISOR LORA E22 / E22P | E22P-868M30S (UE) | 1 |
| 21 | MCU | PRO_MICRO_NRF52840 | 1 |

Todas las resistencias y condensadores SMD son de tipo 1206..

---

### 🧱 Mecánica
| Ref | Componente | Modelo / Valor | Qty |
|---|---|---|---:|
| — | PCB | FR‑4 | 1 |
| — | Encapsulado | Tubo PVC Ø50 mm, tapones fijos y enroscables | 1 |

## 🧱 Diseño preparado para encapsulado en tubo de PVC Ø50 mm

El nodo ha sido concebido desde el inicio para poder **introducirse en un tubo de PVC de fontanería de 50 mm de diámetro**, un formato muy utilizado en instalaciones de campo por su **robustez, disponibilidad y bajo coste**.

### Justificación técnica

- La **disposición lineal de los módulos** (baterías 1S3P, electrónica y radio) permite un **form factor alargado**, compatible con tubos estándar de Ø50 mm.
- El uso de **módulos compactos** (E22, HW‑085, ATtiny13A, INA3221) y la ausencia de elementos voluminosos facilita el encapsulado cilíndrico.
- La **antena externa SMA** puede sacarse axialmente por uno de los extremos sin comprometer la estanqueidad.
- El diseño no depende de ventilación activa, lo que favorece un **encapsulado completamente sellado**, aunque se recomienda instalar un tapón de ventilación para evitar sobrepresión o vacío.

### Ventajas del encapsulado en tubo de PVC

- ✅ **Alta resistencia mecánica** frente a golpes, vibraciones y fauna
- ✅ **Excelente comportamiento frente a humedad, polvo y lluvia**
- ✅ Fácil **sellado con tapones estándar** o racores
- ✅ Integración sencilla en **postes, mástiles o enterrado parcial**
- ✅ Coste muy bajo y materiales disponibles en cualquier ferretería
- ✅ Discreción visual en entornos naturales o rurales

---

##  FABRICACIÓN

##  IMPORTANTE ANTES DE COMENZAR.

- El sistema no está protegido ante inversión de polaridad de baterías. Tener la máxima precaución para respetar la polaridad impresa en la placa y los soportes.
- NO alimentar la PCB sin instalar una antena en el módulo PCB.
- Ajustar la temperatura del soldador en función del componente. Por ejemplo, las conexiones a los soportes de batería requerirán mucha más temperatura que los componentes SMD o los pad de pequeño tamaño.

##  Proceso de fabricación de la PCB.

- Soldar en este orden:
- Componentes SMD.
- Componentes de menor tamaño.
- Resto de módulos.
- Conectores.
- Soportes de baterías.
- Se recomienda instalar cinta aislante entre el E22 / E22P y la placa, para evitar contactos involuntarios con las conexiones a la placa de la otra cara de la misma.
  
<img width="322" height="220" alt="image" src="https://github.com/user-attachments/assets/7bee67bf-2da5-4c15-8cde-9b2e18ca3c4e" />

- Programar el MCU según las instrucciones de la web oficial:

- Programar el ATtiny según las instrucciones de este video:

https://youtu.be/Kr1L7YaRC0k?si=hs1bqmgaVvlqTXzZ

- El código es original del ATTiny incre777 y se encuentra en la siguiente página:

https://github.com/incre77/attiny-reset

- Se recomienda instalar el MCU sobre un zócalo. Esto permite su reemplazo (por avería, actualización, ...) de manera más sencilla:

- El modelo en 2D es el siguiente:
  
<img width="65" height="580" alt="image" src="https://github.com/user-attachments/assets/4cd5cd09-830d-455e-9147-86bbe93bbcb5" />   <img width="65" height="579" alt="image" src="https://github.com/user-attachments/assets/59884425-bf67-4e40-90b8-ab8811a152a3" />

- El modelo en 3D quedaría como a continuación:
  
<img width="82" height="738" alt="image" src="https://github.com/user-attachments/assets/2c3a412f-103b-4c14-880a-8786cc1ae130" />                        <img width="82" height="728" alt="image" src="https://github.com/user-attachments/assets/a19dd270-b4d8-4887-952f-0f1ea349bbff" />

##  Errores de diseño NO CRÍTICOS. La versión V3 (en pruebas) no tendrá estos problemas.

- 1 Error en footprint de los Boost: Hay que forzar los pines:
<img width="227" height="185" alt="image" src="https://github.com/user-attachments/assets/83b7fcc4-5762-43ad-b387-3450cd85b1cb" />

- 2 TLV 840. NO CONECTAR (pueden cortarse directamente) los pines 4 y 5. Pueden quedar flotantes sin problema.

- Primer modelo fabricado de AlbaPipe v1. El acabado no es el mejor al realizarle mcuhas pruebas:

- Primer modelo fabricado de AlbaPipe v2.

##  Ejemplo de instalación en tubo de 50 mm., con antena exterior.

##  Ejemplo de instalación en tubo de 50 mm., con la antena en el interior. ES NECESARIO comprobar SWR (<2) e impedancia (50ohm +- 8 ohm aprox) de la antena dentro del tubo a utilizar. NOTA: Puede comprarse tubo de presión y de evacuación. Este último es más dieléctrico y presenta menos problemas de reflexión.

##  Comprobación de la calidad de los enlaces.

Nunca deben tomarse los "traces" como referencias precisas de conexión y solo como de aproximación.

AlbaPipe V2.
Enlace de 30 Km, con LOS directa.

AlbaPipe V2.
Enlace de 55 Km, con LOS directa.

## 📜 Licencia
Ver archivo "License" adjunto.

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