רדיו NRF24L01 משופר עם שינוי אנטנת דו קוטבי DIY: 5 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

המצב היה שאני יכול לשדר ולקבל רק דרך 2 או 3 קירות במרחק של כ -50 רגל, באמצעות מודולים סטנדרטיים nRF24L01+. זה לא הספיק לשימוש המיועד שלי.

ניסיתי קודם להוסיף הוספת קבלים מומלצים, אך לי ולחומרה שלי לא חל שיפור. אז, אנא התעלם מהם בתמונות.

עבור החיישנים המרוחקים שלי לא רציתי את חלק הארי של יחידה כמו nRF24L01+PA+LNA עם הר SMA ואנטנה חיצונית. אז יצרתי את המודול שהשתנה.

בעזרת מודול RF24 שונה זה יכולתי לעבור דרך ארבעה קירות במרחק של כ -100 רגל.

מודול זה צריך גם כמעט להכפיל את המרחק על פני מודול nRF24 סטנדרטי בעת שימוש עם יישומי קו ראייה; כמו מטוסי RF, מרובעים, מכוניות וסירות (100 מטר). לא ערכתי בדיקות ראייה ברורות. במבחנים שלי היו מכשירי מטבח וארונות וארונות מלאים בדברים בין המקלטים.

להלן מידע מעמיק על אנטנת דיפול https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna למחקר נוסף של אנטנות: https://www.arrl.org או

למדתי כמה עיצוב אנטנות, אבל יש כל כך הרבה נתוני עיצוב ותיאוריה ספציפיים סביב מספר עצום וגדל של עיצובים אנטנות (במיוחד עבור אנטנות קומפקטיות בתדירות גבוהה), שקל להרגיש קצת אבוד ביער. אז ניסויים נוטים לשחק תפקיד מרכזי.

לאחר שעברתי את כל זה, אני נותן לך כאן את יישום השינוי העיצובי שלי שהתקבל.

שלב 1: הפריטים שתזדקק להם

כדי לייצר NRF24L01+ משופר משלך עם אנטנה משופרת (דיפול) תצטרך:

• מודול NRF24L01+ https://www.ebay.com/itm/191351948163 או www.ebay.com/itm/371215258056
• מלחם ופריטים נלווים.
• סכין מדויק (או אמצעי אחר לגירוי ציפויי מגן)
• 24ga. חוט מוצק (אופציונלי עד 30ga.)

שלב 2: שינוי מודול הרדיו

התחלתי עם עיצובים בסיסיים של אנטנות דיפול וקוויתי אותם בניסוי.

כמה עיצובים המחייבים אלמנט ¼ באורך גל זקוקים להתאמות עדינות בשל מקרים של קיבול, עכבה, השראות ותהודה. אין לי אמצעים למדוד את המאפיינים האלה במעגל פעיל של 2.4 גיגה -הרץ, ולכן ביצעתי את ההתאמה הנדרשת לכאורה באמצעות בדיקות אמפיריות.

בתמונה כמה יחידות הבדיקה שלי. חלק מהעקבות נשלפו כאשר הלחמתי, לא מולחמת, כפופה ושוב כפופה. יצאו מזה שני דברים טובים. 1) אני עובר מהצד העליון לצד התחתון לחיבור רגל אחת לאדמה, שהתברר כטוב יותר מבחינה מכנית וביצועית. 2) מצאתי שזה רעיון טוב לצרף את החוט בעזרת דבק-על או דבק חם להקלה על המתח (המשכתי לכופף את האנטנה במהלך כל הבדיקות.) קודם כל, זה יכול להחזיק אותם להלחמה.

שלבים לביצוע השינוי:

1. בצע שני חתכים ברוחב 1-2 מ"מ של העקבות ליד הבסיס של אנטנת ה- PCB, כפי שניתן לראות בתמונה התמונה הראשונה למעלה. זה למעשה מוציא את האנטנה הקיימת מהמעגל.
2. בצד השני, בעזרת סכין מדויקת- o לגרד את ציפוי המגן על קצה המטוס הקרקע, כפי שמצוין בתמונה השנייה למעלה
3. חותכים שני 24ga. חוטים עד כ. 50 מ"מ
4. מפשיטים כמה מילימטרים של בידוד מקצה אחד של כל חוט.
5. כופפו את החלק החשוף בזווית ישרה על החוט שיוצמד לקרקע.
6. הדבק כל חוט כלפי מטה (ממליץ: ארוחת ערב או דבק חם), כך שהקצה החשוף מוכן להלחמה; האחד ממש מתחת לעקבות החתוכים, השני בקצה המטוס הקרקע על הגב. שני החוטים חייבים להיות מקבילים ובמרחק של 6 מ"מ זה מזה.
7. לאחר הגדרת הדבק, שימו דבק שטף הלחמה למקום בו אתם הולכים להלחם ולאחר מכן הלחם אותם. אני ממליץ להשתמש בשטף כך שההלחמה שלך תיקח מהר ולא תחמם את הלוח יתר על המידה.
8. הפוך כיפופים בזווית ישרה חדה בחוטים, הרחק זה מזה, בקצה הלוח, ~ 6 מ"מ מהמקום בו מסתיים מטוס הקרקע. עיין בשתי התמונות האחרונות למעלה. אם לא הדבקת את החוטים שלך, היזהר במיוחד לא לשים יותר מדי לחץ על נקודות ההלחמה.
9. מדוד כל קטע חוט העובר לאורך קצה הלוח עד 30 מ"מ מהעיקול של 90 מעלות וחתך אותם שם. גיליתי שאני לא יכול למדוד ולחתוך במדויק, אז מדדתי וסימנתי בעזרת טוש דק סיבים היכן לחתוך.
10. עם בדיקת מד אוהם כדי לוודא שלחוט ליד עקבות PCB האנטנה הישנה אין המשכיות בכל אחד מהחתכים שבוצעו בשלב מס '1.

שלב 3: המוצר המוגמר

מודול NRF24L01+ שלך יבצע כעת ביצועים גבוהים בהרבה בכל פרויקט בו תשתמש אותם. תוכל ליהנות גם מאמינות משופרת עם טווח גדול יותר או עם הגדרות כוח רדיו נמוכות יותר. כדאי שתמצא זאת כך, אפילו עם שינוי רדיו אחד בלבד (המשדר או המקלט); וקצרו את התועלת כפולה בעת שימוש ביחידה שונה משני קצותיה. זכור הקפד לכוון את האנטנות במקביל זו לזו. אני מיישם פרויקט עם יחידות חיישן מרחוק מרובות שמשתמשות במכשירי הרדיו השונים האלה (מכוונים אנכית כשרגליהם הקרקעיות כלפי מטה), שכולם ישוחחו עם תחנת בסיס מרכזית באמצעות NRF24L01+PA+LNA ואנטנה חיצונית.

אנטנות המשדר והמקלט, בפרויקט שלך חייבות להיות מכוונות באופן אופקי או אנכי באופן דומה, ורצוי מאוד במקביל זו לזו. בנוסף, אולי בכיוון חינם אם אתה יודע שיש להם העדפה כיוונית (זה לא מצוין בדרך כלל כאן). אם האנטנות שלך אינן בהכרח שונות פיזית, כמו שאתה לא משתמש באנטנה חיצונית בעלת רווח גבוה בקצה אחד, אז עדיף שהאנטנות יהיו זהות ומכוונות בדיוק אותו דבר. זאת על מנת להשיג אמינות וטווח מרבי, ובהינתן האנטנות מותקנות נייחות.

בסופו של דבר כמות השיפור מעט קשה לכימות; אבל ביישום שלי, שמתי את זה מ 50 עד 100% על הגרסאות ללא שינוי. אני חושב שהיא טובה לפחות כמו יחידה עם אנטנה חיצונית של 2.5db; אך לא יעיל כמו יחידת NRF24L01+PA+LNA.

הכוונה העיקרית של מדריך זה היא פשוט להדריך כיצד להכין NRF24L01+ שונה עם אנטנת דיפול מעולה, כך שהוא ישיג יכולת שידור וקבלה ושימושיות טובה יותר בפרויקטים.

זה כנראה כל מה שרוב האנשים יתעניינו בו. עם הרעיון: "מה אני עושה כדי להשיג טווח שימושי יותר מהיחידות האלה?"

אז בשלב זה … יש בזה; וספר לי על הצלחותיך בפרויקטים שלך באמצעות מכשירי רדיו מותאמים אישית משלך.

אם ברצונך לבדוק מראש את הרדיו שהשתנה כלולתי את התוכנה שיצרתי לבדיקה שלי, בשלב מאוחר יותר.

שלב 4: כיצד ייעלתי את העיצוב הזה

עכשיו למי שמעוניין, אמשיך לספר קצת על איך בדקתי והסמכתי שיפורים לעתיד. עם זאת, שים לב, אופן יישום הבדיקות אינו מוקד ההנחיה.

לבדיקת כל Arduino או לוחות דומים, יחד עם מודולים NRF24L01+, ניתן להשתמש. יש צורך בגרסאות 01+ עם תוכנת הבדיקה, כפי שנכתב, מכיוון שהיא משתמשת בקצב השידור של 250KHz. הקפד להפעיל את מכשירי הרדיו רק במתח של 1.9-3.6v.

לבדיקת אמינות הטווח שלי השתמשתי בארדואינו פרו-מיני וב- NRF24L01+ שלא השתנה כשלט. שפשוט מקבל חבילת נתונים ומהדהד אותה בחזרה כהכרה. אלה הוזלו על ידי 3.3V מוסדר.

הרכבתי את ההרכבה הזו בקופסה קטנה שאוכל למקם אותה בקלות ושוב במקומות בדיקה שונים.

השתמשתי ב- Nano3.0 MCU עם NRF24L01+ שהשתנה כמקלט המשדר הראשי. מטרה זו הייתה נייחת וסיפקה תוצאות בדיקה (באמצעות צג LCD בגודל 16x02 או הצג הסדרתי). בשלב מוקדם קבעתי שאנטנה משופרת תגרום ליכולת שידור וקבלה טובים יותר. יתר על כן, הייתי מקבל את אותן תוצאות הבדיקה עם רדיו שונה נתון המשמש משני קצותיו. שים לב שבבדיקה כל צד משדר ומקבל, זאת מכיוון שאחרי שידור יש הודאה שצריכה להתקבל על מנת שהיא תיחשב כתקשורת מוצלחת.

שים לב שיש הרבה דברים שיכולים להשפיע על תוצאות הבדיקה:

• נגיעה או כמעט במודול RF24 או בחוטים אליו.
• גופו של האדם מוטבע עם קו ההולכה.
• לשניים לעיל יש השפעה חיובית.
• מאפייני מתח האספקה
• יותר מכל, הכיוון של אנטנות המשדר והמקלט.
• תעבורת WiFi אחרת באזור. אלה יכולים לגרום להבדלים שיכולים להרגיש כמו אלה של 'מזג אוויר טוב' ל'תנאים סוערים '. אז ניסיתי לבדוק בעיקר בתנאים נוחים. הייתי חוזר על הבדיקה כדי לקבל את התוצאות הטובות ביותר עבור יחידה נתונה הנבדקת ובהמשך משווה את התוצאות עם תוצאות דומות שהתקבלו ביחידות בדיקה אחרות.

בפנים קשה יותר להשיג תוצאות בדיקה אמינות בהשוואה לחיק הטבע עם קו ראייה. אני יכול לקבל הבדלים דרסטיים בתוצאות על ידי הזזת המיקום של אחת היחידות בסנטימטרים ספורים בלבד. זה נובע מצפיפות ומרכיבים ממחסומים ונתיבי אותות רפלקטיביים. גורם נוסף יכול להיות דפוסי עוצמת אות האנטנה, אך אני בספק אם זה יכול לגרום להבדלים דרסטיים בתנועה של כמה סנטימטרים מצד לצד.

תכננתי כמה תוכנות שיספקו לי כמה נתונים סטטיסטיים על הביצועים.

בנוסף הגדרתי תנאי בדיקה קבועים, ככל האפשר. כמו הקלטה למקום מסומן האנטנות (Tx & Rx) הממוקמות עם אותה כיוון לכל סוללת בדיקות ביצועים. תוצאות הבדיקה שלהלן הן ממוצע משולב של מספר בדיקות ממספר מיקומים. בתנאי הבדיקה המשומשים רדיו ללא שינוי לא הצליח להעביר הודעות מוצלחות.

קיבלתי את התוצאות הטובות ביותר עם 24ga. מעל 30ga. חוּט. התוצאות היו רק קצת יותר טובות; אומרים 10 אחוז. אומנם ניסיתי רק שני מופעים מחוברים באופן דומה, וייתכן שיש הבדלים של 1 מ"מ בטופולוגיה של האנטנה הכוללת (סכום ההבדלים בין קטעים). יתר על כן, שיפרתי את האיטרציה הראשונה באמצעות 30ga.; ביצוע מספר התאמות של 1 מ"מ. ואז שכפל את אורכי החוט האלה עם 24ga. ללא ניסויים דומים נוספים באורכים עם 24 ga. חוּט.

[ראה תוצאות לוח 1 בתמונה למעלה]

מכיוון שרציתי שהיחידות שלי יתאימו למארז קטן שהיה לי, עברתי מכיווני שידור האנטנה במרחק של 10 מ"מ ואורך 10 מ"מ ל -6 מ"מ ו -6 מ"מ בלבד בלבד, ולאחר מכן נבדק באורכי אנטנה מכוונים אופטימליים לתצורה זו. להלן סיכום מבושל של התוצאות מהבדיקות השונות שלי:

[ראה תוצאות לוח 2 בתמונה למעלה]

בדיקות נוספות, עם ציוד מדידה מעבדה טוב יותר, יכלו ללא ספק לתכנן ולאמת אורכי קטע משופרים (גודל חוט ואולי נקודות חיבור או כיוון) לביצועים אופטימליים של שינוי אנטנת דיפול זו עבור מכשירי רדיו nRF24.

הודע לנו אם אתה משיג שיפור הניתן לאימות (על פני תצורה של 24ga. 6X6mm x 30mm). רבים מאיתנו היו רוצים להפיק את המקסימום ממכשירי הקשר האלה (בלי להוסיף אנטנה מגושמת).

אנטנות המשדר והמקלט, בפרויקט שלך חייבות להיות מכוונות באופן אופקי או אנכי באופן דומה במקביל, רצוי מאוד. בנוסף, אולי בכיוון חינם אם אתה יודע שיש להם העדפה כיוונית (זה לא מצוין בדרך כלל כאן). אם האנטנות שלך אינן בהכרח שונות פיזית, כמו שאתה לא משתמש באנטנה חיצונית בעלת רווח גבוה בקצה אחד, אז הכי טוב שהאנטנות זהות ומכוונות בדיוק אותו דבר. זאת על מנת להשיג אמינות וטווח מרבי, ובהינתן האנטנות מותקנות נייחות.

שלב 5: חומרה ותוכנה בה השתמשתי בבדיקות שלי

חומרה בה השתמשתי לבדיקה שלי 2 מחשבי MCU תואמי Arduino

2 NRF24L01+

לפעמים השתמשתי גם בתצוגת LCD בגודל 16x02 (לצפייה נוחה בזמן אמת. ניתן להשתמש בקונסולה הטורית גם כדי לקבל תוצאות בדיקה) בכפתור לחיצה (על מנת להתחיל מערך בדיקות חדש, אחרת יהיה עליך לעבור אתחול)

קישורים לחומרה שהייתי ממליץ עליהם והשתמשתי בהם:

מרכזי MCU: Nano V3.0 Atmega328P ב- eBay או Pro-Mini:

מודולים NRF24L01+ https://ebay.com/itm/191351948163 ו-

16x02 מודול תצוגת LCD IC2

הורד את קבצי הקוד המרוכז כאן: