DIY Dipol Anten Modifikasiyası ilə Gücləndirilmiş NRF24L01 Radio: 5 Addım (Şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:48

Vəziyyət, standart nRF24L01+ modullarından istifadə edərək, təxminən 50 fut məsafədə olan 2 və ya 3 divardan ötürə və qəbul edə bildiyim idi. Bu məqsədli istifadə üçün kifayət etmədi.

Əvvəllər tövsiyə olunan kondansatörləri əlavə etməyə çalışmışdım, amma mənim üçün və aparatımda heç bir yaxşılaşma olmadı. Odur ki, fotoşəkillərdə onlara fikir verməyin.

Uzaqdan idarə olunan sensorlar üçün, SMA montajı və xarici antenası olan nRF24L01+PA+LNA kimi bir hissənin böyük hissəsini istəmirdim. Beləliklə, bu dəyişdirilmiş modulu yaratdım.

Bu dəyişdirilmiş RF24 modulu ilə təxminən 100 fut məsafədə olan dörd divardan keçə bildim.

Bu modul həm də görmə xətti tətbiqləri ilə istifadə edildikdə standart bir nRF24 modulu üzərindəki məsafəni təxminən iki qat artırmalıdır; RF təyyarələri, dörd mislər, avtomobillər və qayıqlar (100 metr) kimi. Heç bir aydın görmə testi etməmişəm. Testlərimdə qəbuledicilər arasında mətbəx texnikası və şkaflar və dolablar var idi.

Antenləri daha ətraflı öyrənmək üçün https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna haqqında bir dipol antenna haqqında bəzi ətraflı məlumatlar var: https://www.arrl.org və ya

Anten dizaynını öyrənmişəm, amma çox sayda anten dizaynının (xüsusilə yüksək tezlikli kompakt antenalar üçün) ətrafında o qədər xüsusi dizayn məlumatları və nəzəriyyəsi var ki, meşədə bir az itirilmiş hiss etmək asandır. Buna görə sınaq əsas rol oynayır.

İndi bütün bunları keçdikdən sonra ortaya çıxan dizayn modifikasiyamın tətbiqini sizə təqdim edirəm.

Addım 1: Ehtiyac duyacağınız əşyalar

Təkmilləşdirilmiş (Dipole) anten ilə öz inkişaf etmiş NRF24L01+ istehsal etmək üçün sizə lazım olacaq:

• bir NRF24L01+ modulu https://www.ebay.com/itm/191351948163 və ya www.ebay.com/itm/371215258056
• Lehimləmə dəmiri və əlaqədar əşyalar.
• Tam bıçaq (və ya qoruyucu örtükləri cızmaq üçün başqa vasitələr)
• 24ga. Qatı tel (isteğe bağlı olaraq 30 qata qədər.)

Addım 2: Radio Modulunun dəyişdirilməsi

Əsas dipol anten dizaynları ilə başladım və eksperimental olaraq ayarladım.

Dalğa uzunluğunda bir element tələb edən bəzi dizaynlar, kapasitans, empedans, endüktans və rezonanslar səbəbiylə gözəl tənzimləmələrə ehtiyac duyur. 2.4 GHz aktiv bir dövrədə bu xüsusiyyətləri ölçmək üçün vasitələrim yoxdur, buna görə empirik testlər vasitəsilə lazım olan düzəliş etdim.

Şəkildə test bölmələrimdən bir neçəsi var. Antenləri lehimlə, lehimsiz, əyilmiş və yenidən əyilmiş kimi bəzi izlər çıxarıldı. Bundan iki yaxşı şey çıxdı. 1) Mexaniki və performans baxımından daha yaxşı olduğu ortaya çıxan bir ayağı yerə bağlamaq üçün yuxarıdan aşağıya keçirəm. 2) Gərginliyi aradan qaldırmaq üçün teli super yapışqan və ya isti yapışqan ilə bağlamağın yaxşı bir fikir olduğunu gördüm (bütün sınaqlar zamanı təsadüfən antenanı əyərək saxladım.) Əvvəlcə bitdi, bu onları lehim üçün saxlaya bilər.

Dəyişiklik etmək üçün addımlar:

1. Yuxarıdakı ilk görüntüdə göründüyü kimi, PCB anteninin əsasına yaxın olan izləri 1-2 mm genişlikdə kəsin. Bu, mövcud antenanı dövrədən effektiv şəkildə çıxarır.
2. Digər tərəfdən, dəqiq bir bıçaq istifadə edərək, yuxarıdakı ikinci şəkildə göstərildiyi kimi, yer səthinin kənarındakı qoruyucu örtüyü çıxarın.
3. İki 24ga kəsin. Təxminən tellər. 50 mm
4. Hər bir telin bir ucundan bir neçə millimetr izolyasiya çıxarın.
5. Çılpaq hissəni yerə bərkidiləcək tel üzərində dik bir açı ilə bükün.
6. Çılpaq ucun lehimləməyə hazır olması üçün hər teli yapışdırın (tövsiyə edin: şam yeməyi və ya isti yapışqan); biri kəsilmiş izlərin altında, digəri arxa tərəfdəki torpaq təyyarəsinin kənarında. İki tel paralel və bir -birindən 6 mm aralıda olmalıdır.
7. Yapışqan qurulduqdan sonra, lehim edəcəyiniz yerə lehim axını pastası qoyun və sonra lehimləyin. Lehiminizin tez bir zamanda alması və lövhəni çox qızdırmaması üçün flux istifadə etməyi məsləhət görürəm.
8. PCB -nin kənarında, yer səthinin bitdiyi yerdən ~ 6 mm yuxarıda, tellərdə bir -birindən uzaqda, düz dik açılar bükün. Yuxarıdakı son iki şəkilə baxın. Tellərinizi yapışdırmadınızsa, lehim nöqtələrinə çox yük verməyin.
9. Lövhənin kənarında uzanan hər bir tel seqmentini 90 dərəcə əyilmədən 30 mm -ə qədər ölçün və orada kəsin. Dəqiq ölçə və kəsə bilməyəcəyimi kəşf etdim, buna görə də harada kəsəcəyimi incə lifli uclu bir markerlə ölçdüm və qeyd etdim.
10. Köhnə anten PCB izlərinin yaxınlığındakı telin 1 -ci addımda edilən kəsiklərin heç birində davamlılıq olmadığından əmin olmaq üçün bir ohm ölçmə cihazı ilə yoxlayın.

Addım 3: Hazır məhsul

NRF24L01+ modulunuz artıq istifadə etdiyiniz layihələrdə daha üstün performans göstərəcək. Ya daha geniş diapazonla, ya da aşağı radio gücü parametrləri ilə daha yüksək etibarlılıqdan istifadə edə bilərsiniz. Bunu yalnız bir radionu (ötürücü və ya alıcı) dəyişdirməklə belə tapmaq lazımdır; və hər iki ucunda dəyişdirilmiş bir vahid istifadə edərkən iki qat fayda əldə edin. Antenləri bir -birinə paralel istiqamətləndirdiyinizə əmin olun. NRF24L01+PA+LNA və xarici bir anten istifadə edərək mərkəzi bir baza stansiyası ilə danışacaq bu dəyişdirilmiş radiolardan (şaquli olaraq yer ayaqları aşağıya baxaraq) istifadə edən birdən çox uzaqdan sensor qurğusu olan bir layihə həyata keçirirəm.

Layihənizdə ötürücü və qəbuledici antenalar eyni şəkildə həm üfüqi, həm də şaquli istiqamətdə və tercihen bir -birinə paralel olmalıdır. Əlavə olaraq, bir istiqamətə üstünlük verdiklərini bilirsinizsə, bəlkə də pulsuz bir istiqamətdə (bu ümumiyyətlə burada göstərilmir). Antenləriniz fiziki cəhətdən fərqli deyilsə, bir tərəfdən yüksək qazanclı xarici anten istifadə etmədiyiniz kimi, antenlərin eyni və eyni istiqamətdə olması ən yaxşısıdır. Bu, maksimum etibarlılıq və diapazon əldə etmək üçündür və antenaların stasionar şəkildə quraşdırıldığını nəzərə alsaq.

Nəticədə inkişafın miqdarını ölçmək bir az çətindir; amma tətbiqimdə, dəyişdirilməmiş versiyalar üzərində 50 ilə 100% arasında qoydum. Düşünürəm ki, ən azı 2.5db xarici antenaya malik bir vahid qədər yaxşıdır; lakin NRF24L01+PA+LNA vahidi qədər təsirli deyil.

Bu Təlimatın əsas məqsədi, daha yaxşı ötürmə və qəbuletmə qabiliyyətinə və layihələrdə daha yaxşı istifadəyə nail olmaq üçün üstün bir dipol antenası ilə dəyişdirilmiş NRF24L01+ -ın necə hazırlanacağını öyrətməkdir.

Yəqin ki, əksər insanların maraqlanacağı budur. "Bu vahidlərdən daha geniş istifadə dairəsi əldə etmək üçün nə etməliyəm?"

Belə ki, bu nöqtədə… var; və öz xüsusi radiolarınızdan istifadə edərək layihələrinizlə bağlı uğurlarınızı mənə bildirin.

Dəyişdirdiyiniz radio (lar) ı əvvəlcədən yoxlamaq istəyirsinizsə, test üçün yaratdığım proqramı sonrakı mərhələyə daxil etmişəm.

Addım 4: Bu Dizaynı Necə Optimallaşdırdım

İndi maraqlananlar üçün təkmilləşdirmələri necə sınadığımı və necə uyğunlaşdırdığımı bir az da bölüşəcəyəm. Ancaq unutmayın ki, testin necə həyata keçiriləcəyi bu təlimatın mövzusu deyil.

NRF24L01+ modulları ilə birlikdə hər hansı bir Arduino və ya müqayisə edilə bilən lövhələrdən istifadə etmək üçün istifadə edilə bilər. 01+ versiyaları, 250KHz ötürmə sürətindən istifadə etdiyi üçün yazılı şəkildə test proqramı ilə lazımdır. Yalnız 1,9-3,6v gərginlikli radioları gücləndirdiyinizə əmin olun.

Aralıq etibarlılığını yoxlamaq üçün uzaqdan idarəetmə vasitəsi olaraq pro-mini Arduino və dəyişdirilməmiş NRF24L01+ istifadə etdim. Hansı ki, sadəcə məlumat paketini alır və onu təsdiq kimi geri qaytarır. Bunlar 3.3V tənzimlənən tükəndi.

Bu montajı müxtəlif test yerlərində asanlıqla və dəfələrlə yerləşdirə biləcəyim kiçik bir qutuya bantladım.

Əsas ötürücü olaraq dəyişdirilmiş NRF24L01+ ilə Nano3.0 MCU istifadə etdim. Bu son sabit idi və test nəticələrini təmin etdi (ya 16x02 LCD displey və ya serial monitor vasitəsilə). Erkən başladım ki, təkmilləşdirilmiş antenanın daha yaxşı ötürmə və qəbul qabiliyyəti ilə nəticələnəcək. Əlavə olaraq, hər iki ucunda istifadə olunan dəyişdirilmiş bir radio ilə eyni test nəticələrini əldə edərdim. Diqqət yetirin ki, testdə hər iki tərəf həm ötürür, həm də alır, çünki ötürmədən sonra onun uğurlu ünsiyyət sayılması üçün qəbul edilməli olan bir təsdiq var.

Test nəticələrinə təsir edə biləcək bir çox şey olduğunu unutmayın:

• Toxunmaqla və ya demək olar ki, RF24 moduluna və ya tellərə.
• Bir insanın cəsədi elektrik xətti ilə üst -üstə düşür.
• Yuxarıdakı ikisi müsbət təsir göstərir.
• Təchizat gərginliyinin xüsusiyyətləri
• Ən çox ötürücü və qəbuledici antenaların istiqamətləndirilməsi.
• Bölgədəki digər WiFi trafiki. Bunlar 'yaxşı hava' ilə 'fırtınalı şərtlər' kimi hiss edə biləcək fərqlərə səbəb ola bilər. Mən əlverişli şəraitdə əsasən test etməyə çalışdım. Test edilən müəyyən bir vahid üçün ən yaxşı nəticələr əldə etmək üçün testi təkrar edərdim və sonra bu nəticələri digər test vahidlərində əldə edilən müqayisə olunan nəticələrlə müqayisə edərdim.

İçəridə etibarlı bir test nəticəsi əldə etmək, açıq havada görmə xətti ilə müqayisədə daha çətindir. Vahidlərdən birinin mövqeyini cəmi bir neçə düym qaldıraraq nəticələrdə ciddi fərqlər əldə edə bilərdim. Bu, sıxlıqlardan və maneələrdən və əks etdirən siqnal yollarından ibarətdir. Başqa bir amil anten siqnal gücü nümunələri ola bilər, amma yan -yana bir neçə düym hərəkətdə kəskin fərqlərə səbəb ola biləcəyinə şübhə edirəm.

Mənə lazım olan performans statistikasını təmin etmək üçün bir proqram hazırladım.

Üstəlik, mümkün olduğu qədər sınaq şərtlərini təyin etdim. İşarələmə testlərinin hər bir batareyası üçün eyni oriyentasiya ilə yerləşdirilmiş antenləri (Tx və Rx) işarələnmiş yerə yapışdırmaq kimi. Aşağıdakı test nəticələri, birdən çox yerdən birdən çox testin ortalamasıdır. İstifadə olunan test şərtləri altında, dəyişdirilməmiş bir radio, uğurlu bir mesaj ala bilmədi.

24ga ilə ən yaxşı nəticələr əldə etdim. 30qdan yuxarı. tel Nəticələr yalnız bir az daha yaxşı idi; 10 faiz deyin. Etiraf edim ki, yalnız eyni şəkildə bağlı iki nümunəni sınadım və ümumi anten topologiyasında (seqmentlər arasındakı fərqlərin cəmi) 1 mm fərq ola bilər. Bundan əlavə, 30ga istifadə edərək ilk iterasiyanı düzəltdim.; 1 mm -lik bir neçə düzəliş etmək. Sonra bu tel uzunluqlarını 24ga ilə təkrarladı. 24 ga ilə uzunluqlarda başqa müqayisə edilə bilən təcrübələr olmadan. Tel.

[Yuxarıdakı şəkildəki Cədvəl 1 nəticələrinə baxın]

Vahidlərimin kiçik bir korpusa sığmasını istədiyim üçün, anten ötürücüsünün bir -birindən 10 mm və 10 mm uzunluğundan yalnız 6 mm və 6 mm -ə qədər dəyişdim, sonra bu konfiqurasiya üçün optimal tənzimlənmiş anten uzunluqları üçün sınaqdan keçirildim. Müxtəlif testlərimin nəticələrinin qısa bir xülasəsi:

[Yuxarıdakı şəkildəki Cədvəl 2 nəticələrinə baxın]

Əlavə testlər, daha yaxşı laboratoriya ölçmə cihazları ilə, şübhəsiz ki, nRF24 radioları üçün bu dipol anten modifikasiyasının əsl optimal performansı üçün təkmilləşdirilmiş seqment uzunluqlarını (tel ölçüsü və ehtimal ki, qoşma və ya oriyentasiya nöqtələri) hazırlaya və təsdiq edə bilər.

Doğrulanabilir bir inkişaf əldə etsəniz bizə bildirin (24ga. 6X6mm x 30mm konfiqurasiya üzərində). Bir çoxumuz bu radiolardan maksimum istifadə etmək istəyirik (həcmli anten əlavə etmədən).

Layihənizdə ötürücü və qəbuledici antenalar eyni şəkildə həm üfüqi, həm də şaquli istiqamətdə və tercihen bir -birinə paralel olmalıdır. Əlavə olaraq, bir istiqamətə üstünlük verdiklərini bilirsinizsə, bəlkə də pulsuz bir istiqamətdə (ümumiyyətlə burada göstərilmir). Antenləriniz fiziki cəhətdən fərqli deyilsə, bir tərəfdən yüksək qazanclı xarici anten istifadə etmədiyiniz kimi, antenlərin eyni və eyni istiqamətdə olması ən yaxşısıdır. Bu, maksimum etibarlılıq və diapazon əldə etmək üçündür və antenaların stasionar şəkildə quraşdırıldığını nəzərə alsaq.

Addım 5: Testlərimdə istifadə etdiyim avadanlıq və proqram təminatı

Arduino ilə uyğun olan 2 MCU test etmək üçün istifadə etdiyim avadanlıq

2 NRF24L01+

Bəzən a16x02 LCD displeydən də istifadə edirdim (real vaxt rejimində rahat baxmaq üçün. Serial konsolu test nəticələrini əldə etmək üçün də istifadə edilə bilər) bir düyməni basaraq (yeni testlər dəstini işə salmaq üçün başqa bir cihazdan keçməlisiniz. yenidən başlamaq)

Tövsiyə edəcəyim və istifadə etdiyim aparat bağlantıları:

MCU'lar: eBay və ya Pro-Mini-də Nano V3.0 Atmega328P:

NRF24L01+ modulları https://ebay.com/itm/191351948163 və

16x02 LCD IC2 ekran modulu

Poçt kodlu faylları buradan yükləyin: