Ыңгайлаштырылган PCB антеннасы менен Raspberry Pi Zero Wifi кирүү чекити: 6 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:41

Биз эмне кылып жатабыз?

Бул окуу куралынын аталышында көптөгөн техникалык терминдер бар. Келгиле, аны талкалайбыз.

Raspberry Pi Zero (Rπ0) деген эмне? Raspberry Pi Zero - бул кичинекей компьютер. Бул Raspberry Pi бир тактайлуу компьютердин кичирээк версиясы, ал 30мм 65мм 5мм кутуга батат. Чакан өлчөмүнөн тышкары, абдан арзан жана кубаты өтө аз. Ал ошондой эле Linuxка негизделген Raspbian операциялык тутумун иштетүү үчүн жетиштүү күчтүү. Башка компьютерлердей эле, сиз Rπ0 аркылуу интернетти карап, оюндарды ойной аласыз, кеңсе куралдарын колдоно аласыз, программалык камсыздоону жаза аласыз ж.б. Бул окуу куралы Wi -Fi адаптерине ээ болгон Raspberry Pi Zero Model W колдонот.

Wifi адаптер деген эмне? Эгер сиз уюлдук телефонуңузду, планшетиңизди же ноутбугуңузду интернетке туташтыруу үчүн wifi колдонууну кааласаңыз, анда сиздин түзмөгүңүзгө wifi адаптери керек. Wi -Fi адаптеринде схема жана антенна бар. Бул маалымат сигналдарын электромагниттик толкундарга жана жыштыгы менен, мисалы, 2,4 ГГцке жакын айлантат. Көпчүлүк уюлдук телефондордо, планшеттерде жана ноутбуктарда wifi адаптери камтылган. Бирок, сиз ошондой эле USB аркылуу компьютерге туташкан тышкы WiFi адаптерин сатып алсаңыз болот. Бул долбоордо биз Rπ0 ички wifi адаптерин да, тышкы wifi адаптерин да колдонобуз.

WiFi кирүү түйүнү деген эмне? Бир нече уюлдук телефондор, планшеттер же компьютерлер бир Wi -Fi кирүү түйүнү менен зымсыз байланыша алышат жана бул түзмөктөрдөгү маалыматтар интернетке кирүү түйүнү аркылуу өткөрүлөт. Бул долбоордо Rπ0 wifi кирүү чекити болуп саналат. Эмне үчүн өзүңүздүн Wi -Fi кирүү түйүнүн каалайсыз? Байланыш үчүн түзмөктөр кирүү чекитинен 100 метрдей аралыкта болушу керек. Китепкананын борборунда коомдук Wi -Fi кирүү түйүнү бар дейли. Ошол аралыкта ноутбугу бар ар бир адам Интернетке зымсыз кирүү үчүн кирүү түйүнүн колдоно алат. Китепкананын жанындагы паркка кирүүнү кааласаңыз, 200 метр? Китепкананын мүлкүнүн четине жаңы кирүү чекитин койсоңуз болот, биринчи кирүү чекитинен 100 м. Андан кийин, ноутбуку бар жаңы кирүү чекитинен 100 м жакын аралыкта онлайнга кире алат. Жеткиликтүү өткөрүү жөндөмдүүлүгүнүн чегинде, бул кирүү чекиттери Интернетке кирүүнү кеңири аймакка жайылтуу үчүн чынжырланышы мүмкүн.

Ыңгайлаштырылган Басма схема (ПКБ) деген эмне? ПХБ - бул материалдардын катмарын изоляциялоочу тактага салуу менен курулган схема. Жез зымдарды түзүү үчүн керектүү жерлерге өрнөк салынат жана тетиктер коюла турган жерде тешиктер бурулат. Ыңгайлаштырылган ПКБлар атайын программалык камсыздоону колдонуу менен иштелип чыккан. Бул долбоор үчүн атайын ПКБ ачык булак KiCad программасын колдонуу менен иштелип чыккан. Андан кийин дизайн өндүрүүчүгө жөнөтүлгөн. Ыңгайлаштырылган ПХБны иштеп чыгуу жана заказ кылуу кымбат да, көп убакытты талап кылбайт. Кадамдар төмөндө деталдуу түрдө көрсөтүлгөн. Эгерде сиз ПКБны программалык камсыздоону колдонуп, аны өндүрсөңүз, анда сиз бышык, так өндүрүлгөн жана сиздин так мүнөздөмөлөрүңүзгө ылайыкталган схеманы аласыз. Бул долбоордо биз wifi антеннасын жасоо үчүн жеке ПКБны колдонобуз.

Антенна деген эмне? Антенна - бул сигналдарды электромагниттик нурланууга айландыруучу WiFi кирүү түйүнүнүн аппараттык бөлүгү. Көптөгөн антенналар сигналдарды бардык жактан бирдей жакшы өткөрүп жана кабыл ала алышат. Башка антенналар багыттуу, белгилүү бир багытта алда канча жакшы иштейт. Бул долбоордо биз багыттоочу антеннаны колдонууну чечтик. Качан багыттоочу антенна сигналды берсе, ал энергияны белгилүү бир багытка багыттайт, андыктан баары тең, жакшы тегизделген багыттуу антенна багытталбаганга караганда узак аралыкта байланышта болот. Бул Нускоочу башка инструкциядан шыктандырылган, ал багытталган Wi -Fi антеннасын (сөзмө -сөз) кыстыргычтардан жана попсикл таякчаларынан жасаган. Бул Нускамада wifi Yagi антеннасынын үлгүсү камтылган жана биздин антенна анча -мынча өзгөртүүлөр менен жасалган. Yagi антеннасы, ошондой эле Yagi-Uda антеннасы деп аталат, бул 1926-жылы иштелип чыккан багыттуу антеннанын бир түрү. Антеннанын дизайнынын дагы бир чоң булагы, антенналар жөнүндө башка маалымат бул ARRL антенна китеби.

Кээ бир адамдар бир күндө бир нече жолу интернетке кирсе, башка көптөгөн адамдарда ишенимдүү интернет байланышы жок. Интернетке кирүүнүн жоктугу айылда да, шаарда да көйгөй, ал өнүккөн жана өнүгүп келе жаткан өлкөлөрдө көйгөй болуп саналат. Мисалы, Детройт камтыган Уэйн Каунти Мичиган штатындагы үй чарбаларынын 23%, 2017 -жылы интернетке кирүү мүмкүнчүлүгүнө ээ болгон эмес. Бул көйгөйдү чечүү арзан болушу керек, анткени компьютери жок адамдардын көбүнүн ресурстары чектелүү. Андан тышкары, чечимдер жез зым же оптикалык кабелдерди салуу сыяктуу инфраструктураны талап кылбастан иштеши керек. Бул нускамада биз интернетти өзүңүз кеңейтүү үчүн, өзүңүздүн Wi -Fi кирүү түйүнүн кантип курууну көрсөтөбүз.

Бул үйрөткүч жөнүндө

Бул көрсөтмөлөр модулдук болуп саналат. Сиз бул көрсөтмөлөрдүн бөлүктөрүн сөзсүз түрдө чейин же андан кийин бөлүктөрдү аткарбай эле аткарсаңыз болот. Мисалы, эгер сиз кирүү чекити катары Rπ0 колдонууну кааласаңыз, бирок антенналарга анча кызыкпасаңыз, анда каалаган wifi адаптерин колдонуп, антеннаны жасоого байланышкан кадамдарды этибарга албаңыз. Эгерде сиз жеке Yagi антеннасын жасоого кызыкдар болсоңуз, анда үйрөткүчтүн ошол бөлүгүнө өтүңүз. Антенна үчүн PCB макети файлдары камтылган.

WiFi адаптерин орнотуу кадамы жана Rπ0 кирүү чекити катары орнотуу кадамы Raspbian Stretch 4.14.52 жана 4.14.79 аркылуу текшерилген. Алар келечектеги версиялар менен иштөөнү улантат деп үмүттөнөбүз. Бирок, Wi -Fiга кирүү үчүн конфигурация файлдары операциялык тутумдун жаңы версияларында өзгөрсө, бул кадамдарды өзгөртүү керек болушу мүмкүн.

1 -кадам: Берилиштерди чогултуу

Raspberry Pi Zero Setup үчүн керектүү жабдыктар

• Raspberry Pi Zero W Wi -Fiга орнотулган W моделин алууну унутпаңыз.

  

• Micro SD картасы жок дегенде 16 ГБ алыңыз.
• MicroSD Card Reader
• MicroUSB туташтыргычы бар USB борбору
• USB клавиатурасы жана чычкан
• Mini-HDMI HDMI кабелине Мини-HDMI эмес, Micro-HDMI өлчөмүн алууну унутпаңыз.
• HDMI менен шайкеш келген монитор
• Электр энергиясы менен камсыздоо Анын ордуна USB батарейка пакетин колдонсоңуз болот.

Wifi кирүү чекитин орнотуу үчүн кошумча жабдуулар керек

Amazon Basics USB Wifi адаптери ажыратылуучу антенна менен

Ыңгайлаштырылган PCB антеннасы үчүн кошумча жабдуулар керек

• RG-58 Solderable Cable ConnectorDigikey бөлүгүнүн номери CONSMA007-R58-ND
• Ыңгайлаштырылган Басма схемасы
• Лампанын темири жана анча чоң эмес сумма

2 -кадам: Raspberry Pi Zero орнотуу

Raspbian NOOBs Lite zip файлын https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs сайтынан жүктөп алып, ачыңыз.

MicroSD картты компьютерге MicroSD карта окурманы аркылуу туташтырыңыз. MicroSD картасы жаңы же жаңы форматта болушу керек. Файлдарды MicroSD картасына көчүрүңүз.

Кийинки кадам - Rπ0 жабдууларын туташтыруу. MicroSD картасын R0го салыңыз. USB хабын Rπ0ге туташтырыңыз жана клавиатура менен чычканды USB хабына туташтырыңыз. Rπ0ну кубат булагына туташтырып, туташтырыңыз. Amazon Basics wifi адаптери бул кадамда колдонулбайт, андыктан аны туташпай калтырыңыз.

Raspian операциялык системасын Rπ0го орнотуу үчүн устадагы көрсөтмөлөрдү аткарыңыз. Бул кадам төмөнкүлөрдү камтыйт:

• Wi -Fi тармагына кирүү
• Raspbian Full орнотуу (Сабырдуу болуңуз, бул бир аз убакытты алат.)
• Өлкөнү, убакыт алкагын жана тилди орнотуу
• Колдонуучу pi үчүн сырсөздү коюу
• Wi -Fi тармагына туташуу
• Жаңыртуу (Сабырдуу болуңуз, бул бир аз убакытты алат.)
• Кайра жүктөө

Бул жерде бизде Raspian операциялык системасы менен иштеген Rπ0 компьютери бар. Экрандын жогорку оң бурчундагы wifi сөлөкөтүн чыкылдатыңыз. Ал wlan0 сиздин Wi -Fi тармагыңызга туташканын көрсөтүшү керек.

3 -кадам: Wifi адаптер драйверин орнотуңуз

Amazon Basics брендинин wifi адаптери антенна долбоорлору үчүн эң сонун, анткени антеннаны бурап, антеннабызды бурап кетсе болот. Тилекке каршы, Raspbian бул wifi адаптерин тааныбайт. Бул 70F11C0531F8 сериялык номери бар Realtek 818b адаптери. Https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?… ылайык, андагы чип RTL8192EU драйверин талап кылат. Керектүү драйвер MrEngmanден онлайн режиминде жеткиликтүү.

Драйверди орнотуу үчүн Amazon Basic wifi адаптерин USB хабына туташтырып, терминалды ачыңыз. Командалык сапка төмөнкү буйруктарды киргизиңиз:

sudo wget https://fars-robotics.net/install-wifi -O/usr/bin/install-wifi

sudo chmod +x/usr/bin/install-wifi sudo install-wifi -h sudo install-wifi

Экрандын жогорку оң жагындагы wifi сөлөкөтүн чыкылдатыңыз.

Ал wlan0 жана wlan1 көрсөтүшү керек жана экөө тең белгиленген wifi тармагына туташышы керек. Бул жерде сизде эки жумушчу wifi адаптери менен иштеген Rπ0 компьютери бар, ички жана тышкы Amazon Basics wifi адаптери.

4 -кадам: Rπ0 кирүү чекити катары орнотуңуз

Кийинки кадам - WiFi кирүү чекити катары Rπ0 орнотуу. Бул кадамдын аягында, тышкы Amazon Basics wifi адаптери Rπ0 тарабынан wlan1 деп аталат жана ал белгиленген wifi тармагы менен байланышат. Ички wifi адаптери Rπ0 тарабынан wlan0 деп аталат жана уюлдук телефондор, планшеттер жана ноутбуктар сыяктуу түзмөктөр жаңы wifi тармагындагы R0го туташа алышат. Бул уюлдук телефондор, планшеттер жана ноутбуктар интернетте баарлашуу үчүн ушул жаңы WiFi кирүү түйүнүн колдоно алышат.

Бул Rπ0 белгиленген wifi тармагынын диапазонун кеңейте алат. Мисалы, биз уюлдук телефонду интернетке туташтыргыбыз келет дейли, бирок уюлдук телефон Wi -Fiдын кирүү чекитинен 200 м. Уюлдук телефон алыскы Wi -Fi кирүү түйүнү менен байланыша албай калышы мүмкүн. Бирок, биз Rπ0ду жаңы кирүү чекити менен ортосуна жайгаштыра алабыз. Rπ0 анда тышкы WiFi адаптерин 100 м аралыкта жайгашкан Wi -Fi тармагы менен байланышуу үчүн колдоно алат, ал эми Rπ0 ички WiFi адаптерин колдонуп, 100 м аралыкта жайгашкан уюлдук телефон менен да байланышта болот.

Adafruitте Raspberry Pi'ди wifi кирүү түйүнү катары кантип орнотуу боюнча эң сонун окуу куралы бар. Үйрөткүчтө WiFi кирүү чекитин орнотуу, керектүү пакеттерди орнотуу, конфигурация файлдарын түзөтүү жана кызматтарды баштоо сыяктуу кадамдар деталдуу чагылдырылган. Бирок, процедуранын бир нече баскычтары бар жана көрсөтмөлөр биздин максаттарыбыз үчүн өзгөртүлүшү керек. Биз чоңураак Raspberry Pi ордуна Rπ0 колдонобуз жана зымдуу жана зымсыз кирүү чекитинин ордуна эки зымсыз кирүү чекитинин ортосунда байланыш түзүп жатабыз. Мындан тышкары, кирүү чекитин ийгиликтүү орнотуу үчүн конфигурация файлдарына дагы өзгөртүүлөр керек.

Биз орнотуу процессин жөнөкөйлөтүү үчүн программа жаздык. Тиркелген zip файлы керектүү өзгөртүлгөн конфигурация файлдарын, ошондой эле кирүү чекитин орнотууну автоматташтырган кичинекей С программасын камтыйт. Бул тыгыз Adafruit үйрөткүчүнө негизделген. Бул программа бар конфигурация файлдарынын камдык көчүрмөсүн, zip файлында камтылган жаңы конфигурация файлдарынын көчүрмөсүн жана кирүү чекитин орнотууну аяктайт.

Орнотуу скриптин колдонуудан мурун кээ бир кошумча пакеттер керек. Керектүү программаны орнотуу үчүн төмөнкү буйруктарды колдонуңуз.

sudo apt-get hostapd isc-dhcp-server орнотуу

sudo apt-get iptables-туруктуу орнотуу

Тиркелген ZIP файлын жүктөп алып, аны жаңы каталогго сактаңыз. Терминалды ачып, ошол каталогго өзгөртүңүз. Кийинки кадамдар - файлды ачуу жана орнотуу скриптин иштетүү.

tar-xzvf insatll-rpiAP.tar.gz

cd install-rpiAP sudo./install-rpiAP.o

Бул программа сизден Wi -Fi тармагынын атын жана анын сырсөзүн киргизүүнү сунуштайт. Бул Raspberry сырсөзү менен PI_AP аттуу жаңы кирүү чекитин орнотот.

Скрипт бүткөндөн кийин, Rπ0 өчүрүп күйгүзүңүз. Эми, экрандын жогорку оң жагындагы тармак сөлөкөтүн чыкылдатыңыз, анда зымсыз интерфейстер табылган жок деп айтылат. Кабатыр болбо; алар бар жана иштеп жатышат. Бул жерде баштапкы wifi тармагы бар жана бизде Pi_AP аттуу жаңы wifi тармагы бар. Уюлдук телефонду же башка түзмөктү алып, жаңы wifi кирүү чекитине туташууга аракет кылыңыз. Бул жаңы кирүү чекитин колдонуп жатканда интернет байланышын текшерүү үчүн түзмөктө веб -браузерди ачыңыз.

Төмөнкү жети конфигурация файлдары орнотуу программасы тарабынан өзгөртүлөт: /etc/dhcp/dhcpd.conf,/etc/default/isc-dhcp-server,/etc/network/interfaces, /etc/hostapd/hostapd.conf,/etc /default/hostapd, /etc/init.d/hostapd жана /etc/sysctl.conf. Сиз бул конфигурация файлдарына кошумча өзгөртүүлөрдү киргизгиңиз келиши мүмкүн. Жогоруда айтылган Adafruit үйрөткүчү кошумча маалымат берет. Мисалы, /etc/hostapd/hostapd.conf файлын өзгөртүү, эгер сиз жаңы кирүү чекитинин атын же анын сырсөзүн өзгөрткүңүз келсе. Эгерде сиз орнотулган тармакка бир нече Rπ0 кирүү чекитин туташтыргыңыз келсе, алардын ар бирине уникалдуу IP дареги керек. Орнотуу процессинде 192.168.42.1 колдонулат. /Etc/dhcp/dhcpd.conf жана/etc/network/interfaces файлдарын өзгөртүү керек. Мындан тышкары, сизге sudo ifconfig wlan0 192.168.zz.1 буйругу керек болот, мында zz башка бүтүн сан менен алмаштырылат. Ошондой эле, бул кирүү чекити IPv4 байланышы үчүн гана сыналган. Кирүү чекитиндеги IPv4 жана IPv6 байланыштары үчүн орнотуу процедурасына же конфигурация файлдарына кошумча өзгөртүүлөр талап кылынышы мүмкүн.

5 -кадам: Антеннаны долбоорлоо

Антеннаны долбоорлоо жана жасоо угулганга караганда оңой. Биздин ыкма үлгү менен башталып, аны өзгөртүп, дагы эле биздин муктаждыктарыбызды канааттандырыш үчүн аны окшоштуруп, анан аны ПХБга салуу болгон. Эгерде сиз өзүңүздүн антеннаңызды жасоону каалабасаңыз, wifi адаптери менен кошо келген антеннаны колдонуңуз. Же болбосо, эгер сиз өзүңүздүн антеннаңызды жасоону, бирок жасоону каалабасаңыз, биз ПХБнын жайгашуу файлдарын тиркеп койдук. Бирок, антеннанын дизайнына, антеннанын симуляциясына же ПХБнын жайгашуусуна кызыкдар болсоңуз, окуңуз. Биз колдонгон антенна оптималдаштырылган эмес. Бул жердеги максат идеалдуу антеннаны көрсөтүү үчүн эмес, өзүңүздүн антеннаңызды кантип жасоону көрсөтүү.

Биз wifi жыштыгында иштеген багыттуу антеннаны кааладык. Биз баштаган Нускамалыкка, Яги антеннасынын деталдуу үлгүсү камтылган жана попсикул таякчаларынан жасалышы мүмкүн. Биз бир гана өзгөртүү киргиздик. Бул антеннанын узундугу 42 см жана 15 өткөрүүчү элементтен турат. Биз төрт элементтен башкасынын баарынан кутулдук, антенна кыска болот.

Андан кийин, антеннанын элементтери азыраак болсо дагы, ал дагы эле багыттуу экенин текшерүү үчүн окшоштурдук. EZNECby Roy Lewallen антеннаны симуляциялоочу куралды колдонууга оңой. Биз EZNEC 6.0 демо версиясын колдондук. Бул программаны колдонуунун биринчи кадамы - антеннаны сүрөттөө. Wires баскычын чыкылдатып, антенна элементтеринин жайгашуусун киргизиңиз. Бул элементтердин өлчөмү жана жайгашуусу антенна үлгүсүндө деталдуу түрдө көрсөтүлгөн. Андан кийин, биз WiFi сигналдары үчүн жыштыкту 2,4 ГГцке койдук жана боштук үчүн жердин түрүн тандап алдык. Антеннаны сүрөттөгөн EZNEC файлы WifiYagi.ez тиркелет.

EZNEC симуляциясынын чыгышы төмөндө көрсөтүлгөн жана өзгөртүлгөн антенна дагы эле багыттуу экендигин текшерет. Сүрөттүн сол жагында антенна көрсөтүлгөн. Кара сызыктар өткөргүч элементтер, ал эми экинчи элементтин кызыл тегерекчеси wifi адаптери туташкан жерде. Сүрөттүн оң бөлүгү - 3D нурлануу үлгүсүнүн сюжети. Сүрөт сигналдын салыштырмалуу күчүн ар кандай бурчта өткөрүүчү антеннадан белгиленген аралыкта көрсөтөт. Сюжет башка багыттарга караганда х багытта чоңураак болгондуктан, антенна багыттуу. Антенна берген энергиянын көбү x багытында кетет. Эгерде биз бул антеннаны туура багыттасак жана башкалардын бардыгын бирдей деп ойлосок, анда бул антенна биз багытталган антеннаны колдонбогондон көрө, х багытта узак аралыкта байланышта болушу керек.

Кийинки кадам - колдонуучунун ПХБсын коюу. Биз баштаган антеннанын үлгүсүн куруу оңой болгону менен, аны так куруу кыйын. Басып чыгарылган электр такталары тагыраак өндүрүлгөн жана алар бышык. Биз KiCad ачык булак программасын колдондук. Биздин PCB жайгашуу файлдары тиркелет, wifi_pcb.tar.gz. Файлды ачуу үчүн, буйрукту колдонуңуз:

tar -zxvf wifi_pcb.tar.gz

ПХБ салуу кадамдары төмөнкүлөр:

• Жаңы KiCad долбоорун ачыңыз.
• PCB макет редакторуна өтүңүз.
• Графикалык линияларды кошуу баскычын жана Edge. Cuts катмарын тандап, ПХБнын периметрин аныктаңыз.
• Графикалык линияларды кошуу баскычын жана F. Cu катмарын тандап, антенна элементтерин алдыңкы жез катмарына тартыңыз.
• Виас кошуу баскычын тандап, wifi адаптери туташа турган эки тешикти салыңыз.
• Графикалык көп бурчтукту кошуу баскычын жана F. Mask катмарын тандап, тешиктерди жаппаш үчүн алдыңкы ширетүүчү маскасына тешик чийиңиз. B. Mask катмарын колдонуп, арткы ширетүүчү маскага тешик жасаңыз.
• Жибек экраны катмарларына каалаган кошумча белгилерди же энбелгилерди кошуңуз.
• Файлды, андан кийин Жербер файлдарын түзүү үчүн Участокту тандаңыз.

6 -кадам: Антеннаны жасаңыз

Биз макетибизден жасалган ПКБларды сатып алдык. Adafruit хоббиге ылайыктуу PCB өндүрүүчүлөрүнүн тизмесине ээ. Биз бир нече PCB өндүрүүчүлөрүн сынап көргөнүбүз менен, чынында кайсынысы мыкты экенин билбейбиз. Көрсөтүлгөн ПКБ Ошпарк тарабынан чыгарылган.

ПХБ келгенден кийин, кийинки кадам RG-58 коакс туташтыргычы менен ширетүү болуп саналат. ПХБда эки тешик бар. Коннектор менен келген пин өтө кыска, андыктан кичинекей зымды тешикчелердин бирине салыңыз. Кабыкты экинчисине тешик аркылуу туташтырган чоң чекитти коюңуз. Эми сизде ыңгайлаштырылган PCBден жасалган багыттуу Yagi wifi антеннасы бар.

Amazon Basics wifi адаптерин ажыратыңыз. Антеннаны өзү менен кошо ачып, жаңы PCB антеннасын бурап коюңуз. Wi -Fi адаптерин USB борборуна кайра сайыңыз. Долбоор азыр аягына чыкты.