户外远距离 LoRa 自组网低功耗太阳能节点硬件底板

SolarMeshtasticNode 是一套开源太阳能供电 Meshtastic 节点硬件方案，基于 Heltec HT-CT62（ESP32-C3 LoRa 模组）打造。搭载 TI BQ25185 实现光伏充电与电源路径管理，集成硬件锂电过放保护、光伏 / 电池电压采集，适配野外长期无人值守部署。

户外远距离 LoRa 自组网低功耗太阳能节点硬件底板封面
oshw_hqzl2026-07-30 16:50:14CERN-OHL-S v2
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PCBA

设计文件

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详细介绍

一、项目概述

SolarMeshtasticNode 是一套开源太阳能供电 Meshtastic 节点硬件方案，基于 Heltec HT-CT62（ESP32-C3 LoRa 模组）打造。搭载 TI BQ25185 实现光伏充电与电源路径管理，集成硬件锂电过放保护、光伏 / 电池电压采集，适配野外长期无人值守部署。

二、核心硬件方案

主控模组

Heltec HT-CT62

  • 主控：ESP32-C3（RISC-V）

  • 射频：SX1262 LoRa 收发器，兼容 Meshtastic / LoRaWAN

  • 通信频段：433MHz/470-510MHz/868MHz/915MHz

  • 板载 WiFi/BLE（户外部署必须关闭，降低功耗）

电源管理核心器件

表格

芯片型号

功能

关键特性

TI BQ25185

线性太阳能锂电池充电器

集成VINDPM 伪 MPPT、电源路径管理；最大充电电流 1A，单节 4.2V 锂电

TI TPS22917DBV

超低漏电负载开关

3.0V 硬件切断输出，防止锂电池深度过放损坏

AP8803-3.3V

LDO 稳压芯片

提供 3.3V 稳定系统电压，欠压前有序切断 MCU 供电

PCB 电气规格

  1. 太阳能输入电压：最高18V，短时耐受 24V

  2. 最大系统负载电流：3A；最大充电电流：1A

  3. 两路 ADC 电压采集分压电路

    • VBAT：锂电池电压监测

    • V_SOLAR：太阳能板电压监测

  4. 物理尺寸：66.85 mm × 87 mm，适配 120×90 标准户外防水外壳

  5. KiCad 开源工程：可直接导出 Gerber 文件交由 PCB 工厂生产

电源路径工作逻辑（核心亮点）

BQ25185 Power Path 电源通路

  1. 光照充足：太阳能板功率足够 → 系统直接由光伏板供电，电池静置不放电；

  2. 光照不足 / 夜间：自动切换锂电池对外供电；

  3. 混合供电：太阳能功率不足以负载时，光伏 + 电池同时并联供电；

  4. 低压保护：电池电压跌落至 3.0V，TPS22917 硬件切断所有负载，杜绝过放。

⚠️ 重点说明：VINDPM 属于伪 MPPT，并非高效率开关型 MPPT。太阳能电压与电池压差越大，发热损耗越高。

HT-CT62 引脚完整引出

底板完整引出模组关键外设：

  • I2C 总线（可外接 GPS、传感器）

  • UART 串口（JST PH2.0 接口）

  • 启动配置 GPIO、BOOT 引脚

  • ADC 采集引脚（电压采样）

  • 硬件复位电路

三、Meshtastic 固件低功耗配置方案

ESP32-C3 持续接收 LoRa 信号静态功耗约 7~8mA，是整机功耗瓶颈，项目文档提供两套角色最优参数：

1）路由器模式（Router，中继节点）

  • 默认启用省电模式（Power Saving）

  • 最小唤醒间隔：建议修改为 1 秒（默认 10s）

  • 强制关闭蓝牙、WiFi，二者待机功耗极高

2）客户端节点（Client，终端）

  • 默认不会自动进入轻睡眠，需要手动修改参数

  • Wait Bluetooth Seconds、Screen Seconds 全部设置为 1 秒

  • 参数配置逻辑与路由器保持一致

⚠️ 省电模式的硬性限制

  1. 开启省电模式后，无法持续自动上报电池遥测；电压仅能通过配套 Python 脚本手动轮询读取；

  2. 上电后仅有短暂窗口支持串口配置；长时间运行无法通过串口修改参数，必须使用 Meshtastic Python 脚本远程配置。

四、设计取舍、优势与现存短板

✅ 项目优势

  1. 一体化完整电源方案：充电、防过放、电压采集全部集成，不需要额外外挂电源板；

  2. 独立硬件低压切断，不依赖 MCU 软件保护，可靠性更高；

  3. 全部硬件开源，支持自由修改、改版（Mini 小型化版本已经验证）；

  4. 电源路径实现太阳能优先供电，大幅减少白天锂电池充放电循环，延长电池寿命；

  5. 接口标准化，适配常见户外防水外壳，适合野外、山林、偏远区域部署 Mesh 中继网络。

⚠️ 固有短板（FAQ 重点）

  1. 充电方案为线性充电机

    太阳能板电压＞6V 时压差产生发热、能量损耗；推荐搭配 6V 光伏板。12V 光伏板仅适合冬季光照极弱地区，长期高温环境会加剧发热。下一代 LoRaPowerBox 计划更换为开关充电芯片 BQ25650，实现高效率真正 MPPT。

  2. ESP32-C3 平台功耗劣势

    对比 nRF52/nRF53、STM32 平台，持续 LoRa 接收功耗更高；纯定时上报传感器场景，续航弱于 Nordic 主控方案。

  3. 当前硬件未完善验证项

    BQ25185 状态引脚电平仅 1.8V，无法直接驱动 3.3V LED；当前版本 LED 电路没有测试，使用时需要额外增加三极管电平转换。

  4. 3.0V 关断电压取舍

    选用 3.0V 阈值而非 3.3V，目的是最大化锂电池可用容量；代价是系统可用电压窗口更小，低温环境锂电池压降需要重点评估。

五、太阳能板选型建议

  1. 温带 / 夏季光照充足区域（中欧、中国南方）：推荐 6V 光伏板；发热最低，综合效率最优；

  2. 高纬度、冬季长期弱光区域：选用 12V 光伏板，弥补冬季光照不足，接受夏季发热代价；

  3. 单节点推荐光伏功率：2~5W，根据锂电池容量、目标续航调整。

六、适用场景

  1. 野外山地、森林、景区 Meshtastic LoRa 中继路由节点；

  2. 无公网区域应急通信网状网络基站；

  3. 野外环境监测（搭配 I2C 传感器采集气象数据，通过 Mesh 网络转发）；

  4. 野外徒步、越野车队远距离离线通信基站。

七、License

CERN-OHL-S-2.0 license

八、项目地址

https://github.com/h0lad/SolarMeshtasticNode