תבנית קרינה ESP8266: 7 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

ה- ESP8266 הוא מודול מיקרו -בקר פופולרי מכיוון שניתן לחבר אותו לאינטרנט באמצעות ה- WiFi המשולב. זה פותח הזדמנויות רבות עבור החובב לייצר גאדג'טים בשלט רחוק והתקני IoT במינימום חומרה נוספת. באופן נוח, רוב המודולים כוללים אנטנה, או סוג F הפוך במעגל מודפס או שבב קרמי. חלק מהלוחות אפילו מאפשרים לחבר אנטנה חיצונית לטווח נוסף. רובנו מכירים את מוזרות הרדיו, הטלוויזיה או אפילו אנטנות הטלפון הסלולרי. לאחר התאמה קפדנית של מיקום האנטנה או הסט, האות הולך ורועש בדיוק כשאתה מתרחק ומתיישב! למרבה הצער, ESP8266 הוא מכשיר אלחוטי, יכול להראות התנהגות אנטי -חברתית דומה. שיטה למדידת תבנית הקרינה של ה- ESP8266 מוסברת במדריך זה באמצעות עוצמת האות RSSI המדווחת על ידי המודול. מספר סוגי אנטנות נבדקים והנקודה המתוקה מודגשת עבור כל גרסה. מנוע צעד קטן משמש לסיבוב מודול ESP8266 דרך 360 מעלות לאורך תקופה של 30 דקות וקריאת RSSI ממוצעת נמדדת כל 20 שניות. הנתונים נשלחים ל- ThingSpeak, שירות ניתוח IoT בחינם, המשרטט את התוצאות כעלילת קוטב שממנה ניתן לפתור את כיוון האות המרבי. תהליך זה חזר על עצמו במספר כיוונים של מודול ESP8266.

אספקה

רכיבים לפרויקט זה נמצאים בקלות באינטרנט מספקים כמו eBay, אמזון וכו 'אם לא כבר נמצאים בארגז הזבל שלך.

28BYJ48 5V מנוע צעד ULN2003 לוח נהגים Arduino UNO או מודולים ESP8266 דומים לבדיקה אנטנה חיצונית אספקת חשמל USB Arduino IDE ו- ThingSpeak חשבון מגוון - צינור פלסטיק, חוט, Blu tak

שלב 1: סקירה כללית של המערכת

Undu Arduino משמש להנעת מנוע הצעד בסיבוב מלא לאורך 30 דקות. מכיוון שהמנוע לוקח יותר זרם ממה שניתן להשיג ב- Uno, לוח הנהג ULN2003 משמש לאספקת זרם המנוע הנוסף. המנוע מוברג על פיסת עץ בכדי לתת פלטפורמה יציבה ואורך צינור פלסטיק הנדחף אל ציר המנוע אשר ישמש להרכבת המודול הנבדק. כאשר ה- Uno מופעל, ציר המנוע עושה סיבוב מלא כל 30 דקות. מודול ESP8266 המתוכנת למדוד את עוצמת האות WiFi, RSSI, תקוע לצינור הפלסטיק כך שהמודול יעשה סיבוב מלא. כל 20 שניות, ה- ESP8266 שולח את קריאת עוצמת האות ל- ThingSpeak שם האות מתואם בקואורדינטות קוטביות. קריאת ה- RSSI יכולה להשתנות בין יצרני שבבים אך בדרך כלל שוכנת בין 0 ל -100 כאשר כל יחידה תואמת 1dBm של אות. מכיוון שאני שונא להתמודד עם מספרים שליליים, נוספה 100 קבועה לקריאת ה- RSSI בעלילת הקוטב כך שהקריאות הן חיוביות וערכים גבוהים יותר מצביעים על עוצמת אות טובה יותר.

שלב 2: מנוע צעד

מנוע הצעד 28BYJ48 מוברג קלות לחתיכת עץ כדי לספק יציבות. כ 8 אינץ 'של צינור פלסטיק בגודל 1/4 אינץ' מודבק על ציר מנוע הצעדים לצורך הרכבת המודול הנבדק. ה- Uno, לוח הנהגים והמנוע מחוברים כפי שתואר פעמים רבות באינטרנט. סקיצה קצרה בקובץ מהבהבת לתוך ה- Uno כך שהצינור יסובב מעגל מלא כל 30 דקות כשהוא מופעל.

המערכון המשמש לסיבוב המנוע מופיע בקובץ הטקסט, שום דבר מהפכני כאן.

שלב 3: בדיקת ESP8266

המודולים לבדיקה הוברקו לראשונה עם סקיצה ששולחת את קריאת ה- RSSI ל- ThingSpeak כל 20 שניות למהפכה מלאה של מנוע הצעד. שלוש כיווני שרטוט לכל מודול המסומן במבחן A, B ו- C. במיקום A, המודול מותקן בצד הצינור כשהאנטנה העליונה. כאשר הוא פונה לאנטנה, ה- RHS של האנטנה מצביע על הנתב בתחילת הבדיקה. לרוע המזל, שוב אצבעו אותי מספרים שליליים, המנוע מסתובב בכיוון השעון אך חלקת הקוטב משתנה נגד כיוון השעון. המשמעות היא שהצד הרחב הבלתי מעורפל של האנטנה פונה לנתב בכ -270 מעלות. במצב B המודול מותקן אופקית על החלק העליון של הצינור. האנטנה מצביעה על הנתב כמו במבחן א 'בתחילת הבדיקה. לבסוף, המודול ממוקם כמו במבחן A ולאחר מכן המודול מסובב בכיוון השעון ב 90 מעלות ומורכב כדי לתת את עמדת הבדיקה C.

קובץ הטקסט נותן את הקוד הנדרש לשליחת נתוני ה- RSSI ל- ThingSpeak. עליך להוסיף פרטי WiFi משלך ומפתח API משלך אם אתה משתמש ב- ThingSpeak.

שלב 4: תוצאות הפוך של מעגל מודפס F הפוך

במודול הראשון שנבדק הייתה אנטנת מעגלים מודפסים מתפתלת שהיא הסוג הנפוץ ביותר מכיוון שהיא הזולה ביותר לייצור. החלקה הקוטבית מראה כיצד עוצמת האות משתנה כאשר המודול מסתובב. זכור כי ה- RSSI מבוסס על סולם יומן ולכן שינוי של 10 יחידות RSSI הוא שינוי פי 10 של עוצמת האות. מבחן A עם האנטנה בראש המודול נותן את האות הגבוה ביותר. כמו כן, המיקום הטוב ביותר הוא כאשר מסלול ה- PCB פונה לנתב. התוצאות הגרועות יותר מתרחשות במבחן B שבו יש הרבה מיגון מהרכיבים האחרים בלוח. מבחן C סובל גם ממיגון רכיבים אך יש כמה מיקומים שבהם למסלול ה- PCB יש נתיב ברור לנתב. הדרך הטובה ביותר להרכיב את המודול היא כשהאנטנה העליונה כאשר מסילת ה- PCB פונה לנתב. במקרה זה, אנו יכולים לצפות לעוצמת האות של כ -35 יחידות. מיקומים לא אופטימליים יכולים להפחית בקלות את עוצמת האות בפקטור של עשר. בדרך כלל, המודול יהיה מותקן בקופסה להגנה פיזית וסביבתית כאחד, יכולנו לצפות שזה יפחית את האות עוד יותר … מבחן לעתיד.

ThingSpeak צריך קצת קוד כדי לארגן את הנתונים ולייצר את עלילות הקוטב. ניתן למצוא זאת בקובץ הטקסט המוטבע.

שלב 5: תוצאות שבב קרמי

חלק ממודולי ESP8266 משתמשים בשבב קרמיקה לאנטנה במקום במסלול המודפס. אין לי מושג איך הם עובדים למעט הקבוע הדיאלקטרי הגבוה של הקרמיקה כנראה מאפשר התכווצות בגודל הפיזי. היתרון של אנטנת השבבים הוא טביעת רגל קטנה יותר על חשבון העלות. בדיקות חוזק האות חזרו על מודול עם אנטנת שבב קרמיקה שנותן את התוצאות בתמונה. אנטנת השבבים מתקשה להשיג עוצמת אות גדולה מ -30 לעומת 35 עם עיצוב הלוח. אולי בכל זאת הגודל משנה? הרכבת המודול כשהשבב העליון מעניק את השידור הטוב ביותר. אולם במבחן B עם הלוח מותקן אופקית, יש הרבה מיגון מהרכיבים האחרים בלוח במיקומים מסוימים. לבסוף במבחן C ישנם מצבים בהם לשבב יש נתיב ברור לנתב ופעמים אחרות כאשר יש חסימה מרכיבי הלוח האחרים.

שלב 6: תוצאות אנטנה כיוונית אומני

למודול שבב הקרמיקה הייתה אפשרות לחבר אנטנה חיצונית באמצעות מחבר IPX. לפני שניתן יהיה להשתמש במחבר, יש להעביר קישור להחלפת נתיב האות מהשבב לשקע ה- IPX. הדבר הוכיח די קל על ידי החזקת הקישור בעזרת פינצטה ולאחר מכן חימום הקישור במגהץ. לאחר ההלחמה נמס, ניתן להרים את הקישור ולהניח אותו במיקום החדש. טיפה נוספת עם הלחמה תלחם את הקישור בחזרה למיקום החדש. בדיקת אנטנת האומני הייתה שונה במקצת. תחילה האנטנה נבדקה על ידי סיבוב אופקי. לאחר מכן נלחץ האנטנה למיקום של 45 מעלות ונבדק. לבסוף נעשה עלילה עם האנטנה אנכית. באופן מפתיע למדי, המיקום הגרוע יותר היה מיקום אנכי לאנטנה במיוחד מכיוון שאנטנות הנתב היו אנכיות ובמישור דומה. המיקומים הטובים ביותר היו עם האנטנה בין אופקית ל -45 מעלות עם זווית סיבוב של כ -120 מעלות. בתנאים אלה, עוצמת האות הגיעה ל -40, שיפור משמעותי בהשוואה לאנטנת השבבים המקורית. העלילות רק מראות את הדמיון הקטן ביותר לאותם תרשימי סופגניות סימטריות להפליא המוצגים בספרי לימוד לאנטנות. במציאות, גורמים רבים אחרים, ידועים ולא ידועים, משפיעים על עוצמת האות והופכים את המדידה הניסיונית לדרך הטובה ביותר לבדוק את המערכת.

שלב 7: האנטנה האופטימלית

כבדיקה אחרונה, האנטנה הכיוונית הכוללת הוגדרה 45 מעלות במצב עוצמת האות הגבוהה ביותר. הפעם האנטנה לא סובבה אלא הושארה לידי הנתונים במשך 30 דקות כדי לתת מושג על וריאציית המדידה. העלילה מציינת שהמדידה יציבה עד +/- 2 יחידות RSSI. כל התוצאות הללו נלקחו בבית עסוק בחשמל. לא נעשה ניסיון לכבות טלפונים של DECT, תנורי מיקרוגל או מכשירי WiFi ו- Bluetooth אחרים להפחתת רעש חשמלי. זהו העולם האמיתי … הוראה זו מראה כיצד למדוד את האפקטיביות של האנטנות המשמשות ב- ESP8266 ומודולים דומים. אנטנת מסלול מודפסת נותנת חוזק אות טוב יותר בהשוואה לאנטנת שבב. עם זאת, כצפוי, אנטנה חיצונית נותנת את התוצאה הטובה ביותר.