DIY Dipole антеннасы менен өркүндөтүлгөн NRF24L01 Радиосу: 5 кадам (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Мен стандарттык nRF24L01+ модулдарын колдонуп, болжол менен 50 фут аралыкта 2 же 3 дубал аркылуу өткөрүп, кабыл ала алгам. Бул менин максаттуу колдонуу үчүн жетишсиз болгон.

Мен мурда сунушталган конденсаторлорду кошууга аракет кылган болчумун, бирок мен үчүн жана жабдыктарым анча жакшырган жок. Андыктан, суроттордо аларды тоготпогула.

Алыскы сенсорлор үчүн мен nRF24L01+PA+LNA сыяктуу бирдиктин негизги бөлүгүн SMA тоосуна жана тышкы антеннасына ээ болгум келген жок. Ошентип, мен бул өзгөртүлгөн модулду жараттым.

Бул өзгөртүлгөн RF24 модулунун жардамы менен мен 100 футтун аралыгы бар төрт дубалды аралай алчумун.

Бул модуль ошондой эле стандарттык nRF24 модулунун ортосундагы аралыкты эки эсеге жакын колдонушу керек; RF учактары, квадраттар, машиналар жана кайыктар сыяктуу (100 метр). Мен эч кандай так тестирлөөнү жасаган жокмун. Менин тесттеримде ашкана шаймандары жана шкафтар жана шкафтар трансиверлердин ортосунда толтура болчу.

Бул жерде антенналарды изилдөө үчүн https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna дипол антеннасы боюнча тереңирээк маалымат бар: https://www.arrl.org же

Мен кээ бир антеннанын дизайнын үйрөндүм, бирок антеннанын конструкцияларынын (өзгөчө жогорку жыштыктагы чакан антенналар үчүн) конструктивдүү маалыматы жана теориясы ушунчалык көп болгондуктан, токойдо бир аз жоголуп кеткенин сезүү оңой. Ошентип, эксперимент негизги ролду ойнойт.

Эми мунун бардыгын басып өткөндөн кийин, мен бул жерде менин дизайндык модификациямды ишке ашырууну берем.

1 -кадам: Сизге керектүү нерселер

Жакшыртылган (Dipole) антенна менен өзүңүздүн өркүндөтүлгөн NRF24L01+ өндүрүү үчүн сизге керек болот:

• NRF24L01+ модулу https://www.ebay.com/itm/191351948163 же www.ebay.com/itm/371215258056
• Паяльник жана ага байланыштуу нерселер.
• Так бычак (же коргоочу жабууларды сыйрып алуу үчүн башка каражаттар)
• 24ga. Катуу зым (милдеттүү түрдө 30га чейин.)

2 -кадам: Радио модулун өзгөртүү

Мен диполдук антеннанын негизги конструкцияларынан баштадым жана аларды эксперименталдык түрдө жөнгө салдым.

Толкун узундугу элементин талап кылган кээ бир конструкциялар сыйымдуулук, импеданс, индуктивдүүлүк жана резонанстарга байланыштуу жакшы өзгөртүүлөрдү талап кылат. Бул мүнөздөмөлөрдү активдүү 2.4 ГГц схемасында өлчөөгө мүмкүнчүлүгүм жок, ошондуктан эмпирикалык тестирлөө аркылуу керек болгон тууралоону жасадым.

Сүрөттө менин сыноо бөлүмдөрүнүн бир нечеси. Кээ бир издер жулунуп кетти, анткени мен антенналарды ширетип, легирлебей, бүгүп, кайра ийип жаттым. Мындан эки жакшы нерсе чыкты. 1) Мен бир бутумду жерге бекитүү үчүн өйдө жагынан ылдый жагына өтөм, бул жакшыраак механикалык жана аткаруучулук акылдуу болуп чыкты. 2) Штаммды басаңдатуу үчүн зымды супер-клей же ысык клей менен жабыштырууну туура деп таптым (антеннаны бардык сыноо учурунда кокусунан ийип койгом.) Биринчиден, бул аларды ширетүү үчүн кармап турушу мүмкүн.

Өзгөртүүлөрдү киргизүү кадамдары:

1. Жогорудагы биринчи сүрөттө сүрөттө көрүнүп тургандай, PCB антеннасынын базасынын жанындагы издерди туурасы 1-2 мм болгон эки жолу кесип алыңыз. Бул учурдагы антеннаны натыйжалуу түрдө схемадан чыгарат.
2. Экинчи тарапта, так бычакты колдонуп, жогорудагы экинчи сүрөттө көрсөтүлгөндөй, коргоочу капкакты жердин тегиздигинин кырынан кырып алыңыз.
3. Эки 24га кесип. Зымдар болжол менен. 50мм
4. Ар бир зымдын бир четинен бир нече миллиметр жылуулоону алып салыңыз.
5. Жерге бекитилүүчү зымдын жылаңач бөлүгүн туура бурчта бүгүңүз.
6. Ар бир зымды ылдый чаптаңыз (сунуштаңыз: кечки желим же ысык клей), жылаңач учу ширетүүгө даяр болушу үчүн; бири кесилген издердин астында, экинчиси арткы бетиндеги учактын четинде. Эки зым параллель жана 6мм аралыкта болушу керек.
7. Клей орнотулгандан кийин, сиз каалаган жерге ширетүүчү флюс пастасын коюп, анан аларды эриңиз. Мен флюсту колдонууну сунуштайм, ошондо сиздин ширетүүңүз тез өтөт жана тактайды ашыкча ысытпайсыз.
8. Жердин учагы бүткөн жерден ~ 6мм өйдө, ПКБнын четине чейин, зымдардын так бурчтуу ийилишин жасаңыз. Жогорудагы акыркы эки сүрөттү караңыз. Эгерде сиз зымдарыңызды жабыштыра элек болсоңуз, анда өтө этият болуңуз, ширетүүчү жерлерге ашыкча басым жасабаңыз.
9. Тактайдын четинде өтүүчү ар бир зымды сегменттин 90 градус ийилишинен 30ммге чейин ченеп, ошол жерден кесип салыңыз. Мен так өлчөп, кесе албастыгымды аныктадым, ошондуктан кайда кесүү керек экенин була учу бар жакшы маркер менен ченеп, белгилеп койдум.
10. Эски антеннадагы PCB издеринин жанындагы зым #1 -кадамда жасалган үзүлүштөрдүн биринде да үзгүлтүккө ээ эместигин текшерүү үчүн ом метрдик текшерүү менен.

3 -кадам: Даяр продукт

Сиздин NRF24L01+ модулуңуз сиз колдонгон долбоордо алда канча жакшыраак иштейт. Сиз чоң диапазондогу же радио кубаттуулугунун жөндөөлөрү жакшыртылган ишенимдүүлүккө ээ боло аласыз. Сиз муну табышыңыз керек, ал тургай, бир гана радиону өзгөртүү менен (өткөргүч же кабыл алуучу); жана эки четинен өзгөртүлгөн бирдикти колдонууда эки эсе көп пайда. Антенналарды бири -бирине параллель багыттоону унутпаңыз. Мен бул модернизацияланган радиолорду колдонгон алыскы сенсордук бирдиктер менен долбоорду ишке ашырып жатам (вертикалдуу түрдө алардын буттары ылдый каратылган), алар NRF24L01+PA+LNA жана тышкы антеннаны колдонуп борбордук базалык станция менен сүйлөшөт.

Сиздин проектиңиздеги өткөргүч жана алуучу антенналар горизонталдык же вертикалдуу окшош багытталышы керек жана эң жакшысы бири -бирине параллель болушу керек. Кошумча катары, балким, эгерде алар багыттуу артыкчылыкка ээ экенин билсеңиз, анда бул бекер багытта (бул жалпысынан бул жерде көрсөтүлгөн эмес). Эгерде сиздин антенналарыңыз физикалык жактан башкача болбосо, мисалы, сиз бир четинде жогорку кирешелүү тышкы антеннаны колдонбогондой эле, антенналар бирдей жана багыттуу болгону жакшы. Бул максималдуу ишенимдүүлүккө жана диапазонго жетүү үчүн жана антенналар стационардык түрдө орнотулган.

Акырында жакшыртуунун көлөмүн саноо бир аз кыйын; бирок менин арызымда, мен аны өзгөртүлбөгөн версиялар боюнча 50дөн 100% га чейин койгом. Менимче, бул жок дегенде 2.5dB тышкы антеннасы бар бирдик сыяктуу жакшы; бирок NRF24L01+PA+LNA бирдиги сыяктуу эффективдүү эмес.

Бул Нускаманын негизги максаты жөнөкөйлөтүлгөн NRF24L01+ кантип иштеп чыгуу керектигин үйрөтүү болуп саналат, андыктан ал көбүрөөк өткөрүүгө жана жөндөмдүүлүккө жана долбоорлордо жакшыраак колдонууга жетишет.

Бул, балким, көпчүлүктүн кызыгуусун жаратат. "Бул бирдиктердин кеңири колдонулушу үчүн мен эмне кылам?" Деген ой менен.

Ошентип, бул учурда… бар; жана өзүңүздүн ыңгайлаштырылган радиолоруңузду колдонуп, долбоорлоруңуз менен ийгиликтериңизди мага кабарлаңыз.

Эгерде сиз өзгөртүлгөн радио (лорду) алдын ала текшерүүнү кааласаңыз, мен тестирлөө үчүн жараткан программаны кийинки кадамга коштум.

4 -кадам: Бул дизайнды кантип оптималдаштырдым

Эми кызыккандар үчүн, мен кантип жакшыртканымды жана тестирлегенимди айтып берейин. Бирок, көңүл буруңуз, тестирлөөнү кантип ишке ашыруу бул үйрөткүчтүн көңүл борборунда эмес.

Ар кандай Arduino же окшош такталарды тестирлөө үчүн NRF24L01+ модулдары менен бирге колдонсо болот. 01+ версиялары тесттик программалык камсыздоодо жазылгандай керек, анткени ал 250KHz өткөрүү ылдамдыгын колдонот. 1.9-3.6v чыңалуудагы радиолорду гана кубаттаңыз.

Ишенимдүүлүк диапазону үчүн мен алыскы пульт катары про-мини Arduino жана өзгөртүлбөгөн NRF24L01+ колдондум. Бул жөн эле маалымат пакетин алат жана аны кайра ырастоо катары чагылдырат. Булар 3.3V жөнгө салынган.

Мен бул жыйынды кичинекей кутуга чаптап койгом, аны оңой эле, кайра -кайра ар кандай сыноо жерлерине жайгаштыра алчумун.

Мен негизги transceiver катары өзгөртүлгөн NRF24L01+ менен Nano3.0 MCU колдондум. Бул чекит стационардык болгон жана тесттин жыйынтыгын берген (16x02 ЖК дисплейи же сериялык монитор аркылуу). Мен эрте эле жакшыртылган антенна жакшыраак берүү жана кабыл алуу жөндөмүнө алып келерин аныктадым. Андан тышкары, мен ошол эле тесттин жыйынтыгын эки четинде колдонулган өзгөртүлгөн радио менен алмакмын. Белгилей кетчү нерсе, сыноодо эки тарап тең өткөрүп жиберет жана алат, себеби ийгиликтүү байланыш катары эсептелиши үчүн, кабыл алгандан кийин кабыл алынышы керек.

Тестирлөөнүн жыйынтыгына таасир эте турган көптөгөн нерселер бар экенин эске алыңыз:

• Тийип, же дээрлик, RF24 модулу же ага зымдар.
• Бир адамдын денеси электр берүү линиясы менен коштолгон.
• Жогорудагы экөө оң таасирин тийгизет.
• Жеткирүү чыңалуусунун мүнөздөмөсү
• Баарынан маанилүүсү, берүүчү жана кабыл алуучу антенналар.
• Бул аймакта башка WiFi трафиги. Бул "жакшы аба ырайы" сыяктуу "бороон шарттарына" окшош айырмачылыктарды жаратышы мүмкүн. Ошентип, мен негизинен ыңгайлуу шарттарда сыноого аракет кылдым. Мен тестирлөөдөгү бир бирдик үчүн эң жакшы натыйжаларды алуу үчүн тестти кайталап, кийинчерээк ошол жыйынтыктарды башка тест бирдиктеринде алынган салыштырмалуу жыйынтыктар менен салыштырмакмын.

Сырткы көрүнүшкө караганда, имараттын ичинде ишенимдүү тест жыйынтыгын алуу кыйыныраак. Мен бирдиктердин биринин абалын бир нече дюймга жылдыруу менен жыйынтыктар боюнча кескин айырмачылыктарды ала алам. Бул тыгыздыктан жана тоскоолдуктардан жана чагылдыруучу сигнал жолдорунан турат. Дагы бир фактор антенна сигналынын күчтүүлүгү болушу мүмкүн, бирок мен бул бир нече дюймдук кыймылдын кескин айырмачылыгына алып келерине күмөнүм бар.

Мен кээ бир керектүү статистика менен камсыз кылуу үчүн кээ бир программалык камсыздоону ойлоп таптым.

Мындан тышкары, мен сыноо шарттарын мүмкүн болушунча тактадым. Белгиленген жерге чейин чаптоо сыяктуу, антенналар (Tx & Rx) ар бир батареянын иштөө тесттерине багытталган. Төмөндөгү тест жыйынтыгы бир нече жерден бир нече тесттердин бириккен орточо көрсөткүчү. Колдонулган тест шарттарында өзгөртүлбөгөн радио аркылуу ийгиликтүү билдирүүлөрдү ала алган жок.

Мен 24ga менен эң жакшы натыйжаларга жетиштим. 30дан жогору. зым Жыйынтыктар бир аз жакшыраак эле; 10 пайыз деп. Ырас, мен эки гана окшош зымдуу инстанцияны сынап көрдүм жана антеннанын жалпы топологиясында 1 мм айырмачылыктар болушу мүмкүн (сегменттердеги айырмачылыктардын суммасы). Андан тышкары, мен 30ga колдонуп биринчи кайталоону өзгөрттүм.; бир нече 1 мм тууралоолорду жасоо. Андан кийин ошол зымдардын узундугу 24ga менен кайталанат. 24 га менен узундугу боюнча мындан ары окшош эксперименттер жок. Зым.

[1 -таблицанын жыйынтыгын жогорудагы сүрөттөн караңыз]

Мен өзүмдүн бирдиктеримди кичинекей корпуска ылайыкташтыргым келгендиктен, антенна өткөргүчтөрүнүн аралыгы 10 мм, узундугу 10 мм гана 6мм менен 6ммге чейин өзгөрүп, антеннанын оптималдуу узундугу текшерилген. Бул жерде менин ар кандай тесттеримдин жыйынтыктарынын кыскача мазмуну келтирилген:

[2 -таблицанын жыйынтыгын жогорудагы сүрөттө караңыз]

Кийинки тестирлөө, жакшыраак лабораториялык өлчөө жабдуулары менен, nRF24 радиолору үчүн бул диполдук антеннанын реалдуу оптималдуу иштеши үчүн сегменттин жакшыртылган узундугун (зымдын өлчөмү жана, балким, тиркөө же багыттоо пункттары) ойлоп таап, текшере алат.

Эгер текшериле турган жакшыртууну алсаңыз, бизге кабарлаңыз (24ga. 6X6mm x 30mm конфигурациясы). Көбүбүз бул радиолордон (көлөмдүү антеннаны кошпостон) көбүрөөк пайда көргүбүз келет.

Протектор жана кабыл алуучу антенналар сиздин долбоордо горизонталдык же вертикалдуу окшош багытталышы керек жана эң жакшысы бири -бирине параллель болушу керек. Кошумча катары, балким, эгерде алар багыттуу артыкчылыкка ээ экенин билсеңиз, анда бул бекер багытта (бул жалпысынан бул жерде көрсөтүлгөн эмес). Эгерде сиздин антенналарыңыз физикалык жактан башкача болбосо, мисалы, сиз бир четинде жогорку кирешелүү тышкы антеннаны колдонбогондой эле, антенналар бирдей жана багыттуу болгону жакшы. Бул максималдуу ишенимдүүлүккө жана диапазонго жетүү үчүн жана антенналар стационардык түрдө орнотулган.

5 -кадам: Мен тестирлөөдө колдонгон аппараттык жана программалык камсыздоо

Мен тестирлөө үчүн колдонгон аппараттык Arduino 2 MCUs

2 NRF24L01+

Кээде мен a16x02 ЖК дисплейин колдонгонмун (реалдуу убакытта ыңгайлуу көрүү үчүн. Сериялык консол дагы тесттин жыйынтыгын алуу үчүн колдонулушу мүмкүн) баскычын (тесттердин жаңы топтомун баштоо үчүн, башка жол менен өтүү керек) кайра жүргүзүү)

Мен сунуштаган жана колдонгон аппараттык шилтемелер:

MCUs: eBay же Pro-Mini боюнча Nano V3.0 Atmega328P:

NRF24L01+ модулдары https://ebay.com/itm/191351948163 жана

16x02 LCD IC2 дисплей модулу

Почта кодунун файлдарын бул жерден жүктөп алыңыз: