გაძლიერებული NRF24L01 რადიო წვრილმანი დიპოლარული ანტენის მოდიფიკაციით .: 5 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:20

სიტუაცია იყო ის, რომ მე შევძელი გადაცემა და მიღება მხოლოდ 2 ან 3 კედლის მანძილზე დაახლოებით 50 ფუტი, სტანდარტული nRF24L01+ მოდულების გამოყენებით. ეს არასაკმარისი იყო ჩემი დანიშნულებისამებრ გამოყენებისთვის.

ადრე ვცადე რეკომენდებული კონდენსატორების დამატება, მაგრამ ჩემთვის და ჩემი აპარატურისთვის უმნიშვნელო გაუმჯობესება არ მომხდარა. ამიტომ, გთხოვთ, იგნორირება გაუკეთოთ მათ ფოტოებზე.

ჩემი დისტანციური სენსორებისთვის არ მინდოდა ერთეულის უმეტესი ნაწილი, როგორიცაა nRF24L01+PA+LNA SMA მთაზე და გარე ანტენა. ასე რომ, მე შევქმენი ეს შეცვლილი მოდული.

ამ მოდიფიცირებული RF24 მოდულით მე შემიძლია ოთხი კედლის გავლა, მანძილი დაახლოებით 100 ფუტი.

ამ მოდულმა ასევე უნდა გააორმაგოს მანძილი სტანდარტულ nRF24 მოდულზე, როდესაც გამოიყენება მხედველობის ხაზის პროგრამებთან; როგორც RF თვითმფრინავები, ოთხკუთხედი, მანქანები და ნავები (100 მეტრი). მე არ გამიკეთებია მხედველობის ტესტების მკაფიო ხაზი. ჩემს ტესტებში იყო სამზარეულოს ტექნიკა და კაბინეტები და კარადა სავსე ნივთებით გადამცემებს შორის.

აქ არის რამოდენიმე სიღრმისეული ინფორმაცია დიპოლურ ანტენაზე https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna ანტენების შემდგომი შესწავლისთვის სცადეთ: https://www.arrl.org ან

მე შევისწავლე ანტენის დიზაინი, მაგრამ არსებობს იმდენად კონკრეტული დიზაინის მონაცემები და თეორია ანტენის უზარმაზარი და მზარდი რაოდენობის ირგვლივ (განსაკუთრებით მაღალი სიხშირის კომპაქტური ანტენებისთვის), რომ ადვილია ტყეში დაკარგულად იგრძნო თავი. ასე რომ, ექსპერიმენტები მთავარ როლს ასრულებენ.

ამ ყველაფრის გავლის შემდეგ, მე მოგცემთ ჩემს მიერ მიღებული დიზაინის მოდიფიკაციის განხორციელებას.

ნაბიჯი 1: ნივთები, რომლებიც დაგჭირდებათ

საკუთარი გაძლიერებული NRF24L01+ გასაუმჯობესებლად (დიპოლური) ანტენის შესაქმნელად დაგჭირდებათ:

• NRF24L01+ მოდული https://www.ebay.com/itm/191351948163 ან www.ebay.com/itm/371215258056
• შედუღების რკინა და მასთან დაკავშირებული ნივთები.
• ზუსტი დანა (ან სხვა საშუალებები დამცავი საფარის მოსაშორებლად)
• 24 გ. მყარი მავთული (სურვილისამებრ 30 გბ -მდე)

ნაბიჯი 2: რადიოს მოდულის შეცვლა

დავიწყე ძირითადი დიპოლარული ანტენის დიზაინით და ექსპერიმენტულად შევარჩიე ისინი.

ზოგიერთ დიზაინს, რომელიც ითხოვს ¼ ტალღის სიგრძის ელემენტს, სჭირდება კარგი კორექტირება ტევადობის, წინაღობის, ინდუქციურობისა და რეზონანსების გამო. მე არ მაქვს საშუალება გავზომო ეს მახასიათებლები აქტიურ 2.4 გჰც სიხშირეზე, ასე რომ, მე აშკარად საჭირო კორექტირება გავაკეთე ემპირიული ტესტირების გზით.

სურათზე არის ჩემი რამდენიმე საცდელი ერთეული. ზოგიერთი კვალი ამოიშალა, რადგან მე ვასხამდი, არ ვასხამდი, ვიხრიდი და ხელახლა ვიხრიდი სავარაუდო ანტენებს. აქედან ორი კარგი რამ გამოვიდა. 1) მე გადავდივარ ზემოდან ქვედა მხარეს ერთი ფეხის მიწაზე მიმაგრებისთვის, რაც აღმოჩნდა უკეთესი მექანიკურად და შესრულების თვალსაზრისით. 2) აღმოვაჩინე, რომ კარგი იდეაა მავთულის მიმაგრება სუპერ წებოთი ან ცხელი წებოთი დაძაბულობის შესამსუბუქებლად (მე ყველა გამოცდის დროს შემთხვევით ვუხვევდი ანტენას.) პირველი გაკეთებულია, ამას შეუძლია მათი შედუღება.

მოდიფიკაციის ნაბიჯები:

1. გააკეთეთ ორი ჭრა, 1-2 მმ სიგანე, კვალი PCB ანტენის ძირთან ახლოს, როგორც ეს ჩანს სურათზე, პირველი სურათი ზემოთ. ეს ეფექტურად გამოაქვს არსებული ანტენა წრიდან.
2. მეორეს მხრივ, ზუსტი დანის გამოყენებით, გადააფარეთ დამცავი საფარი მიწის სიბრტყის კიდეზე, როგორც ეს მოცემულია მეორე სურათზე ზემოთ
3. გაჭრა ორი 24 გ. მავთულები დაახლ. 50 მმ
4. ამოიღეთ იზოლაცია რამდენიმე მილიმეტრიდან თითოეული მავთულის ერთი ბოლოდან.
5. მოხრილი შიშველი ნაწილი მარჯვენა კუთხით მავთულხლართზე მიამაგრეთ.
6. მიამაგრეთ თითოეული მავთული ქვემოთ (გირჩევთ: სუფრა-წებო ან ცხელი წებო), ისე, რომ შიშველი ბოლო მზად იყოს გასაყიდად; ერთი მოჭრილი კვალის ქვემოთ, მეორე კი მიწის ზედაპირის პირას უკანა მხარეს. ორი მავთული უნდა იყოს პარალელურად და 6 მმ მანძილზე.
7. მას შემდეგ, რაც წებო დაიძაბება, ჩასვით გამაგრების ნაკადი იქ, სადაც აპირებთ შედუღებას და შემდეგ გაამაგრეთ ისინი. მე გირჩევთ გამოიყენოთ ნაკადი ისე, რომ თქვენი შედუღება სწრაფად მიიღოს და თქვენ არ გაათბოთ დაფა.
8. გააკეთეთ მკვეთრი სწორი კუთხის მოსახვევები მავთულხლართებში, ერთმანეთისგან მოშორებით, PCB- ის კიდეზე, ~ 6 მმ -ით, იქიდან, სადაც მიწის სიბრტყე მთავრდება. იხილეთ ბოლო ორი სურათი ზემოთ. თუ თქვენ არ გაქვთ მიბმული თქვენი მავთულები, იყავით მეტად ფრთხილად, რომ ზედმეტად არ გაამახვილოთ ყურადღება გამაგრების წერტილებზე.
9. გაზომეთ თითოეული მავთულის სეგმენტი, რომელიც გადის დაფის კიდეზე 30 მმ -მდე მისი 90 გრადუსიანი მოსახვევიდან და გაწყვიტეთ ისინი იქ. აღმოვაჩინე, რომ ზუსტად ვერ გავზომავ და ვჭრი, ამიტომ გავზომე და აღვნიშნე წვრილი ბოჭკოვანი მარკერით, სად უნდა გავჭრა.
10. ოჰ მეტრის შემოწმებით დარწმუნდით, რომ ძველი ანტენის PCB კვალის მახლობლად მავთულს არ აქვს უწყვეტობა #1 საფეხურზე გაკეთებულ ნებისმიერ ჭრილში.

ნაბიჯი 3: მზა პროდუქტი

თქვენი NRF24L01+ მოდული ახლა ბევრად აღემატება ნებისმიერ პროექტს, რომელშიც იყენებთ. თქვენ შეგიძლიათ ისიამოვნოთ საიმედოობით უფრო დიდი დიაპაზონით ან რადიოს ენერგიის დაბალი პარამეტრებით. თქვენ ასე უნდა იპოვოთ, თუნდაც ერთი რადიოს (გადამცემი ან მიმღები) შეცვლით; და ორჯერ მიიღეთ სარგებელი მოდიფიცირებული ერთეულის ორივე ბოლოში გამოყენებისას. დაიმახსოვრეთ, რომ დარწმუნებული უნდა იყოთ, რომ ანტენები ერთმანეთის პარალელურად უნდა იყოს ორიენტირებული. მე განვახორციელებ პროექტს მრავალი დისტანციური სენსორული ერთეულის გამოყენებით ამ მოდიფიცირებული რადიოებით (ვერტიკალურად ორიენტირებული მათი ქვედა ფეხის მიმართულებით ქვემოთ), რომელიც ყველა ესაუბრება ცენტრალურ საბაზო სადგურს NRF24L01+PA+LNA და გარე ანტენის გამოყენებით.

გადამცემი და მიმღები ანტენები, თქვენს პროექტში უნდა იყოს ორიენტირებული ერთნაირად როგორც ჰორიზონტალურ, ისე ვერტიკალურ და სასურველია ერთმანეთის პარალელურად. გარდა ამისა, შესაძლოა კომპლიმენტურ ორიენტაციაში, თუ იცით, რომ მათ აქვთ მიმართულების უპირატესობა (ეს ზოგადად აქ არ არის მითითებული). თუ თქვენი ანტენები სულაც არ არის ფიზიკურად განსხვავებული, ისევე როგორც თქვენ არ იყენებთ მაღალი ანტენის გარე ანტენას ერთ ბოლოზე, მაშინ უმჯობესია ანტენები იყოს იდენტური და ზუსტად ერთნაირი ორიენტირებული. ეს არის იმისათვის, რომ მიაღწიოს მაქსიმალურ საიმედოობას და დიაპაზონს, და იმის გათვალისწინებით, რომ ანტენები დამონტაჟებულია სტაციონარულად.

საბოლოოდ გაუმჯობესების ოდენობა ცოტა ძნელია გამოითვალოს; მაგრამ ჩემს განაცხადში მე მას 50 -დან 100% -მდე ვაყენებ შეუცვლელ ვერსიებზე. მე ვფიქრობ, რომ ის მაინც ისეთივე კარგია, როგორც 2.5 დბ გარე ანტენის მქონე ერთეული; მაგრამ არა ისეთი ეფექტური, როგორც NRF24L01+PA+LNA ერთეული.

ამ ინსტრუქციის მთავარი განზრახვა არის უბრალოდ ინსტრუქცია, თუ როგორ უნდა შეიმუშაოს მოდიფიცირებული NRF24L01+ უმაღლესი დიპოლური ანტენით, რათა მიაღწიოს უფრო დიდ გადაცემას და მიღებას და უკეთეს სარგებლობას პროექტებში.

ალბათ ეს არის ის, რაც ადამიანების უმეტესობას დაინტერესდება. იდეით: "რა ვქნა, რომ გამოვიყენო უფრო დიდი გამოყენებადი დიაპაზონი ამ ერთეულებიდან?"

ასე რომ ამ ეტაპზე… აქვს მას; და ნება მომეცით ვიცოდე თქვენი წარმატებების შესახებ თქვენს პროექტებში თქვენივე მორგებული რადიოების გამოყენებით.

თუ გსურთ წინასწარ შეამოწმოთ თქვენი შეცვლილი რადიო (ები), მე შემდგომ ეტაპზე ჩავრთე პროგრამული უზრუნველყოფა, რომელიც მე შევქმენი ტესტირებისთვის.

ნაბიჯი 4: როგორ გავაუმჯობესე ეს დიზაინი

ახლა მათთვის, ვინც დაინტერესებულია, მე გავაგრძელებ ცოტას იმის შესახებ, თუ როგორ გამოვცადე და კვალიფიციურმა გაუმჯობესებებმა. თუმცა, გთხოვთ გაითვალისწინოთ, თუ როგორ უნდა განხორციელდეს ტესტირება არ არის ამ ინსტრუქციის მთავარი მიზანი.

ნებისმიერი Arduino ან შესადარებელი დაფის შესამოწმებლად, NRF24L01+ მოდულებთან ერთად, შეიძლება გამოყენებულ იქნას. 01+ ვერსიები საჭიროა სატესტო პროგრამულ უზრუნველყოფასთან ერთად, როგორც წერია, რადგან ის იყენებს 250KHz გადაცემის სიჩქარეს. დარწმუნდით, რომ ჩართავთ რადიოებს მხოლოდ 1.9-3.6 ვ ძაბვით.

დიაპაზონის საიმედოობის შესამოწმებლად, მე გამოვიყენე პრო მინი Arduino და უცვლელი NRF24L01+ დისტანციური მართვის პულტად. რომელიც უბრალოდ იღებს მონაცემთა პაკეტს და გამოთქვამს მას უკან, როგორც აღიარებას. ეს გადიოდა 3.3V რეგულირებით.

მე მქონდა ეს შეკრება პატარა ყუთში ჩასმული, რომლის შეთავსებაც ადვილად და არაერთხელ შემეძლო სხვადასხვა საცდელ ადგილას.

მე გამოვიყენე Nano3.0 MCU შეცვლილი NRF24L01+ - ით, როგორც მთავარი გადამცემი. ეს დასასრული იყო სტაციონარული და უზრუნველყოფდა ტესტის შედეგებს (16x02 LCD ეკრანის ან სერიული მონიტორის საშუალებით). ადრევე დავადგინე, რომ გაუმჯობესებული ანტენა გამოიწვევდა როგორც უკეთ გადაცემის, ასევე მიღების შესაძლებლობას. გარდა ამისა, მე მივიღებ იგივე ტესტის შედეგებს მოცემული შეცვლილი რადიოთი, რომელიც გამოიყენება ორივე ბოლოში. გაითვალისწინეთ, რომ ტესტში თითოეული მხარე გადასცემს და იღებს, ეს იმიტომ ხდება, რომ გადაცემის შემდეგ არსებობს აღიარება, რომელიც უნდა იქნას მიღებული, რათა ის წარმატებულ კომუნიკაციად ჩაითვალოს.

გაითვალისწინეთ, რომ ბევრი რამ შეიძლება გავლენა იქონიოს ტესტირების შედეგებზე:

• RF24 მოდულის ან მასზე მავთულის შეხება, ან თითქმის ასე.
• ერთი სხეულის გადამცემი ხაზის გასწვრივ.
• ზემოხსენებულ ორს აქვს დადებითი ეფექტი.
• მიწოდების ძაბვის მახასიათებლები
• უპირველეს ყოვლისა, გადამცემი და მიმღების ანტენების ორიენტაცია.
• სხვა WiFi ტრაფიკი ამ მხარეში. ამან შეიძლება გამოიწვიოს განსხვავებები, რომლებიც შეიძლება იგრძნონ როგორც "კარგი ამინდის" და "ქარიშხლიანი პირობების". ამიტომ ვცდილობდი ძირითადად გამომეცადა ხელსაყრელ პირობებში. მე ვიმეორებ ტესტს, რომ მივიღო ტესტირებისას მოცემული ერთეულის საუკეთესო შედეგები და შემდგომ შევადარო ეს შედეგები სხვა საცდელ ერთეულებზე მიღებულ შესადარებელ შედეგებს.

შენობაში უფრო რთულია ტესტის სანდო შედეგების მიღება, ვიდრე გარედან მხედველობის ხაზით. მე შემიძლია შედეგების მკვეთრი განსხვავებები მივიღო ერთ -ერთი ერთეულის პოზიციის რამდენიმე სანტიმეტრით გადაადგილებით. ეს განპირობებულია სიმკვრივით და შედგება ბარიერებისა და ამრეკლავი სიგნალის ბილიკებისგან. კიდევ ერთი ფაქტორი შეიძლება იყოს ანტენის სიგნალის სიძლიერის ნიმუშები, მაგრამ მე ეჭვი მეპარება, რომ მას შეუძლია მკვეთრი განსხვავებები გამოიწვიოს რამდენიმე ინჩის მოძრაობის მხრივ.

მე შევიმუშავე პროგრამული უზრუნველყოფა, რათა მიმეწოდებინა საჭირო შესრულების სტატისტიკა.

გარდა ამისა, მე დავაყენე, რაც შეიძლება მეტი, ტესტის პირობები. აღსანიშნავ ადგილას ანტენების (Tx & Rx) დაყენების მსგავსად, შესრულებული ტესტების თითოეული ბატარეისთვის ერთნაირი ორიენტაციით. ქვემოთ მოყვანილი ტესტის შედეგები არის მრავალჯერადი ტესტის კომბინირებული საშუალო მრავალი ადგილიდან. გამოყენებული ტესტის პირობებში შეუცვლელმა რადიომ ვერ შეძლო წარმატებული შეტყობინებების გაგზავნა.

საუკეთესო შედეგები მივიღე 24 გ -ით. 30 გ -ზე მეტი. მავთული. შედეგები მხოლოდ ოდნავ უკეთესი იყო; ვთქვათ 10 პროცენტი. მართალია, მე ვცადე მხოლოდ ორი სადენიანი შემთხვევა, და შეიძლება იყოს 1 მმ განსხვავება ანტენის ტოპოლოგიაში (განსხვავებების ჯამი სეგმენტებში). გარდა ამისა, მე შევცვალე პირველი გამეორება 30GA გამოყენებით.; რამოდენიმე 1 მმ -იანი კორექტირების გაკეთება. შემდეგ დუბლირებული ეს მავთულის სიგრძე 24 გიგა. 24 ga სიგრძეში შემდგომი შესადარებელი ექსპერიმენტების გარეშე. მავთული.

[იხილეთ ცხრილი 1 შედეგები სურათზე ზემოთ]

ვინაიდან მინდოდა, რომ ჩემი ერთეულები მოთავსებულიყო ჩემს პატარა საქმეში, მე გადავედი ანტენის გადამცემი ხაზებიდან 10 მმ დაშორებით და 10 მმ სიგრძით მხოლოდ 6 მმ და 6 მმ, შემდეგ შევამოწმე ამ კონფიგურაციის ოპტიმალური მორგებული ანტენის სიგრძეზე. აქ მოცემულია ჩემი სხვადასხვა ტესტის შედეგების შეჯამება:

[იხილეთ ცხრილი 2 შედეგები სურათზე ზემოთ]

შემდგომი ტესტირება, უკეთესი ლაბორატორიული გაზომვის აღჭურვილობით, უდავოდ გამოიმუშავებდა და დაამტკიცებდა სეგმენტის გაუმჯობესებულ სიგრძეს (მავთულის ზომა და შესაძლოა დამაგრების ან ორიენტაციის წერტილები) nRF24 რადიოებისთვის ამ დიპოლური ანტენის მოდიფიკაციის ჭეშმარიტ ოპტიმალურ შესრულებას.

შეგვატყობინეთ, თუ თქვენ მიიღებთ გადამოწმებულ გაუმჯობესებას (24 გიგაზე მეტი. 6X6 მმ x 30 მმ კონფიგურაცია). ბევრ ჩვენგანს სურს მიიღოს მაქსიმუმი ამ რადიოებიდან (მასიური ანტენის დამატების გარეშე).

გადამცემი და მიმღები ანტენები, თქვენს პროექტში უნდა იყოს ორიენტირებული ანალოგიურად როგორც ჰორიზონტალურ, ისე ვერტიკალურ და სასურველია ერთმანეთის პარალელურად. გარდა ამისა, შესაძლოა კომპლიმენტურ ორიენტაციაში, თუ იცით, რომ მათ აქვთ მიმართულების უპირატესობა (ეს ზოგადად აქ არ არის მითითებული). თუ თქვენი ანტენები სულაც არ არის ფიზიკურად განსხვავებული, ისევე როგორც თქვენ არ იყენებთ მაღალი მომატებული გარე ანტენის ერთ ბოლოზე, მაშინ უმჯობესია ანტენები იყოს იდენტური და ზუსტად ერთნაირი ორიენტირებული. ეს არის მაქსიმალური საიმედოობისა და დიაპაზონის მისაღწევად და ანტენების გათვალისწინებით სტაციონარულად არის დამონტაჟებული.

ნაბიჯი 5: აპარატურა და პროგრამული უზრუნველყოფა, რომელიც გამოვიყენე ჩემს ტესტირებაში

აპარატურა, რომელიც გამოვიყენე 2 MCU Arduino თავსებადობის შესამოწმებლად

2 NRF24L01+

ზოგჯერ მე ვიყენებდი a16x02 LCD ეკრანს (მოსახერხებელი რეალურ დროში სანახავად. სერიული კონსოლი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ტესტის შედეგების მისაღებად) ღილაკზე (ტესტების ახალი ნაკრების დასაწყებად, სხვაგვარად თქვენ უნდა გაიაროთ რესტარტი)

ტექნიკის ბმულები, რომელსაც მე ვურჩევდი და ვიყენებდი:

MCUs: Nano V3.0 Atmega328P eBay– ზე ან Pro-Mini– ზე:

NRF24L01+ მოდულები https://ebay.com/itm/191351948163 და

16x02 LCD IC2 ჩვენების მოდული

ჩამოტვირთეთ ZIP კოდი ფაილები აქ: