Raspberry Pi Zero Wifi juurdepääsupunkt kohandatud PCB -antenniga: 6 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Mida me teeme?

Selle õpetuse pealkirjas on palju tehnilisi termineid. Lööme selle maha.

Mis on Raspberry Pi Zero (Rπ0)? Raspberry Pi Zero on väike arvuti. See on Raspberry Pi ühe pardaarvuti väiksem versioon ja see mahub 30 x 65 x 5 mm kasti. Lisaks väikesele suurusele on see väga odav ja väga väikese võimsusega. Samuti on see piisavalt võimas, et käitada täis Linuxi -põhist operatsioonisüsteemi Raspbian. Nagu iga teise arvuti puhul, saate ka Rπ0 abil veebi sirvida, mänge mängida, kontoritööriistu kasutada, tarkvara kirjutada jne. See õpetus kasutab Raspberry Pi Zero mudelit W, millel on sisseehitatud WiFi -adapter.

Mis on wifi -adapter? Kui soovite mobiiltelefoni, tahvelarvuti või sülearvuti Internetiga ühendamiseks kasutada WiFi -ühendust, vajab teie seade WiFi -adapterit. WiFi -adapter sisaldab vooluringi ja antenni. See teisendab andmesignaale elektromagnetlaineteks ja nende vahel sagedusega, näiteks 2,4 GHz. Enamik mobiiltelefone, tahvelarvuteid ja sülearvuteid sisaldab sisseehitatud WiFi -adapterit. Siiski saate osta ka välise WiFi -adapteri, mis ühendatakse arvutiga USB kaudu. Selles projektis kasutame nii Rπ0 sisemist wifi -adapterit kui ka välist wifi -adapterit.

Mis on WiFi -pöörduspunkt? Mitu mobiiltelefoni, tahvelarvutit või arvutit saavad juhtmevabalt suhelda ühe WiFi -pöörduspunktiga ja nende seadmete andmed edastatakse pääsupunkti kaudu Internetti. Selles projektis on Rπ0 WiFi -pöörduspunkt. Miks soovite oma WiFi -pöörduspunkti? Suhtlemiseks peavad seadmed olema juurdepääsupunktist umbes 100 meetri kaugusel. Oletame, et raamatukogu keskel on avalik WiFi -pöörduspunkt. Igaüks, kellel on selles kauguses sülearvuti, saab pääsupunkti abil juhtmevabalt võrku pääseda. Mis siis, kui soovite juurdepääsu raamatukogu kõrval asuvasse parki, mis asub 200 meetri kaugusel? Uue juurdepääsupunkti saate panna raamatukogu vara serva, 100 m kaugusele esimesest pääsupunktist. Seejärel saavad võrku pääseda ka kõik, kellel on sülearvuti sellest uuest pääsupunktist 100 meetri raadiuses. Olemasoleva ribalaiuse piires saab need pääsupunktid aheldada, et levitada Interneti -ühendust laiemale alale.

Mis on kohandatud trükkplaat (PCB)? PCB on vooluring, mis on konstrueeritud materjali kihtide paigutamisega isoleerplaadile. Vase kujundatakse soovitud kohtadesse juhtmete moodustamiseks ja komponentide paigutamiseks puuritakse augud. Kohandatud trükkplaadid on loodud spetsiaalse tarkvara abil. Selle projekti jaoks kavandati kohandatud trükkplaat, kasutades avatud lähtekoodiga tarkvara KiCad. Seejärel saadeti disain tootmiseks tootjale. Kohandatud trükkplaadi projekteerimine ja tellimine ei ole kallis ega aeganõudev. Samme kirjeldatakse allpool. Kui paigutate trükkplaadi tarkvara abil ja lasete selle valmistada, saate vooluahela, mis on vastupidav, täpselt valmistatud ja loodud täpselt teie spetsifikatsioonide järgi. Selles projektis kasutame WiFi -antenni valmistamiseks kohandatud trükkplaati.

Mis on antenn? Antenn on WiFi -pääsupunkti riistvara osa, mis teisendab signaale elektromagnetkiirguseks ja sealt tagasi. Paljud antennid saavad signaale kõikidest suundadest võrdselt hästi edastada ja vastu võtta. Teised antennid on suunatud, toimivad teatud suunas palju paremini. Selles projektis otsustasime kasutada suunantenni. Kui suunantenn edastab signaali, suunab see energia kindlasse suunda, nii et kõik muu on võrdne, hästi joondatud suunaantenn saab suhelda pikemal kaugusel kui see, mis pole suunatud. See Instructable oli inspireeritud teisest Instructable'ist, mis tegi (sõna otseses mõttes) kirjaklambritest ja popsicle pulgadest suunaga WiFi -antenni. See Instructable sisaldas WiFi Yagi antenni mustrit ja meie antenn on sellest mustrist tehtud väikeste muudatustega. Yagi-antenn, mida nimetatakse ka Yagi-Uda-antenniks, on suunaantenni tüüp, mis oli algselt kavandatud aastal 1926. Teine suurepärane antennikujunduse allikas ja muu teave antennide kohta on ARRL-i antenniraamat.

Kuigi mõned inimesed kasutavad Internetti mitu korda päevas, puudub paljudel teistel usaldusväärne Interneti -ühendus. Internetiühenduse puudumine on probleemiks nii maapiirkondades kui ka linnades ning see on probleem nii arenenud kui ka arengumaades. Näiteks puudus 2017. aastal 23% -l Michigani osariigi Wayne'i maakonna (sealhulgas Detroiti) leibkondadest internetiühendus 2017. Selle probleemi lahendused peavad olema odavad, sest paljudel inimestel, kellel puudub juurdepääs arvutile, on ressursid piiratud. Lisaks peavad lahendused töötama ilma infrastruktuuri nõudmata, näiteks vasktraadi või fiiberoptiliste kaablite paigaldamise. Nendes juhistes näitame, kuidas luua oma WiFi -pöörduspunkt, et saaksite internetti ise laiendada.

Selle õpetuse kohta

Need juhised on modulaarsed. Saate järgida nende juhiste osi, ilma et peaksite tingimata enne või pärast seda lõpule viima. Näiteks kui olete huvitatud Rπ0 kasutamisest pääsupunktina, kuid pole antennidest liiga huvitatud, kasutage julgelt mis tahes WiFi -adapterit ja ignoreerige antenni valmistamisega seotud samme. Kui olete huvitatud kohandatud Yagi -antenni valmistamisest, jätke see õpetuse osa otse vahele. Kaasas on antenni trükkplaadi paigutusfailid.

Wifi -adapteri installimise ja Rπ0 pääsupunktiks seadistamise samme testiti Raspbian Stretch 4.14.52 ja 4.14.79 abil. Loodetavasti jätkavad nad koostööd ka tulevaste versioonidega. Neid toiminguid võib siiski vaja muuta, kui WiFi -ühenduse konfiguratsioonifailid muutuvad opsüsteemi uuemates versioonides.

Samm: koguge tarvikuid

Raspberry Pi Zero seadistamiseks vajalikud tarvikud

• Raspberry Pi Zero W Veenduge, et saate mudeli W, millel on sisseehitatud wifi.

  

• Micro SD -kaart Hankige vähemalt 16 GB.
• MicroSD kaardilugeja
• USB -jaotur koos MicroUSB -pistikuga
• USB-klaviatuur ja hiirhttps://www.amazon.com/d/Klaviatuur-hiir-Combos/Log…
• Mini-HDMI-HDMI-kaabel Veenduge, et kasutate Mini-HDMI, mitte Micro-HDMI suurust.
• HDMI -ühilduv monitor
• Toiteallikas Selle asemel võite kasutada USB -akut.

Wifi pääsupunkti seadistamiseks on vaja lisatarvikuid

Amazon Basics USB Wifi-adapter eemaldatava antenniga

Kohandatud PCB -antenni jaoks on vaja lisatarvikuid

• RG-58 joodetav kaabliühendus Digikey osa number CONSMA007-R58-ND
• Kohandatud trükkplaat
• Jootekolb ja väike kogus jootet

Samm: seadistage Raspberry Pi Zero

Laadige Raspbian NOOBs Lite zip -fail alla aadressilt https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs ja pakkige see lahti.

Ühendage MicroSD -kaart MicroSD -kaardilugejaga arvutiga. MicroSD -kaart peaks olema uus või värskelt vormindatud. Kopeerige failid MicroSD -kaardile.

Järgmine samm on riistvara Rπ0 ühendamine. Sisestage MicroSD -kaart Rπ0 -sse. Ühendage USB -jaotur Rπ0 -ga ning klaviatuur ja hiir USB -jaoturiga. Ühendage Rπ0 toiteallikaga ja ühendage see sisse. Amazon Basics WiFi -adapterit selles etapis ei kasutata, seega jätke see ühendamata.

Raspbiani operatsioonisüsteemi Rπ0 installimiseks järgige viisardi juhiseid. See samm hõlmab järgmist:

• Sisse logimine loodud WiFi -võrku
• Raspbian Full installimine (olge kannatlik, see võtab aega.)
• Riigi, ajavööndi ja keele määramine
• Parooli määramine kasutajale pi
• Ühendamine loodud WiFi -võrguga
• Värskendamine (ole kannatlik, see võtab natuke aega.)
• Taaskäivitamine

Praegu on meil töötav Rπ0 arvuti, mis töötab Raspbiani operatsioonisüsteemiga. Klõpsake ekraani paremas ülanurgas WiFi -ikooni. See peaks näitama teie loodud WiFi -võrguga ühendatud wlan0.

Samm: installige Wifi adapteri draiver

Amazon Basics kaubamärgi wifi -adapter sobib suurepäraselt antenniprojektide jaoks, kuna kaasasolevat antenni saab lahti keerata, nii et meie antenni saab kruvida. Kahjuks ei tunne Raspbian seda wifi -adapterit ära. See on Realtek 818b adapter seerianumbriga 70F11C0531F8. Vastavalt aadressile https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?…, nõuab selles olev kiip RTL8192EU draiverit. Vajalik draiver on Internetis saadaval MrEngmanilt.

Draiveri installimiseks ühendage Amazon Basic WiFi -adapter USB -jaoturiga ja avage terminal. Sisestage käsureale järgmised käsud:

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

Klõpsake ekraani paremas ülanurgas WiFi -ikooni.

See peaks näitama wlan0 ja wlan1 ning mõlemad peaksid olema ühendatud loodud WiFi -võrguga. Praegu on teil töötav Rπ0 arvuti, millel on kaks töötavat wifi -adapterit, sisemine ja väline Amazon Basics wifi -adapter.

Samm: seadistage Rπ0 juurdepääsupunktiks

Järgmine samm on seadistada Rπ0 toimima wifi pääsupunktina. Selle sammu lõpus nimetatakse välist Amazon Basics wifi -adapterit Rπ0 nimega wlan1 ja see suhtleb loodud WiFi -võrguga. Sisemist wifi -adapterit nimetab Rπ0 wlan0 -ks ning sellised seadmed nagu mobiiltelefonid, tahvelarvutid ja sülearvutid saavad uues wifi -võrgus Rπ0 -ga ühenduse luua. Need mobiiltelefonid, tahvelarvutid ja sülearvutid saavad seda uut WiFi -pöörduspunkti kasutada Internetis suhtlemiseks.

See Rπ0 võib laiendada loodud WiFi -võrgu leviala. Oletame näiteks, et tahame ühendada mobiiltelefoni Internetiga, kuid mobiiltelefon on 200 m kaugusel kehtivast WiFi -pöörduspunktist. Mobiiltelefon ei pruugi nii kaugele loodud WiFi -pöörduspunktiga suhelda. Siiski võime paigutada Rπ0 uue pöörduspunktiga keskele. Seejärel saab Rπ0 kasutada välist wifi -adapterit, et suhelda väljakujunenud wifi -võrguga, mis asub vaid 100 m kaugusel, ja Rπ0 saab kasutada sisemist wifi -adapterit, et suhelda mobiiltelefoniga, mis on samuti vaid 100 m kaugusel.

Adafruitil on suurepärane õpetus Raspberry Pi seadistamiseks WiFi -pöörduspunktiks. Õpetus kirjeldab samme, mis hõlmavad WiFi -pöörduspunkti seadistamist, vajalike pakettide installimist, konfiguratsioonifailide muutmist ja teenuste käivitamist. Protseduuril on aga mitu etappi ja juhiseid tuleb meie eesmärkidel muuta. Kasutame suurema Raspberry Pi asemel Rπ0 ja loome traadiga ja traadita pääsupunkti asemel ühenduse kahe traadita pääsupunkti vahel. Lisaks on pöörduspunkti edukaks seadistamiseks vaja konfiguratsioonifailides täiendavaid muudatusi teha.

Kirjutasime programmi installiprotsessi lihtsustamiseks. Lisatud ZIP -fail sisaldab vajalikke muudetud konfiguratsioonifaile ja väikest C -programmi, mis automatiseerib pääsupunkti seadistamise. See põhineb tihedalt Adafruit'i õpetusel. See programm varundab olemasolevad konfiguratsioonifailid, kopeerib ZIP -failis sisalduvad uued konfiguratsioonifailid ja viib lõpule pääsupunkti installimise.

Enne installiskripti kasutamist on vaja mõningaid lisapakette. Vajaliku tarkvara installimiseks kasutage järgmisi käske.

sudo apt-get install hostapd isc-dhcp-server

sudo apt-get install iptables-persistent

Laadige alla lisatud zip -fail ja salvestage see uude kataloogi. Avage terminal ja minge sellesse kataloogi. Järgmised sammud on faili lahtipakkimine ja installiskripti käivitamine.

tar-xzvf insatll-rpiAP.tar.gz

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

See programm palub teil sisestada (loodud) wifi -võrgu nimi ja selle parool. See seadistab uue pääsupunkti nimega PI_AP parooliga Raspberry.

Kui skript on tehtud, taaskäivitage Rπ0. Nüüd, kui klõpsate ekraani paremas ülanurgas võrguikoonil, ütleb see, et traadita liideseid ei leitud. Ärge muretsege; nad on olemas ja töötavad. Praegu on algne wifi -võrk olemas ja meil on uus wifi -võrk nimega Pi_AP. Võtke mobiiltelefon või muu seade ja proovige uue WiFi -pöörduspunktiga ühendust luua. Avage seadmes veebibrauser, et selle uue pöörduspunkti kasutamise ajal Interneti -ühendust testida.

Installiprogramm muudab järgmisi seitset konfiguratsioonifaili: /etc/dhcp/dhcpd.conf,/etc/default/isc-dhcp-server,/etc/network/interfaces, /etc/hostapd/hostapd.conf,/etc /default/hostapd, /etc/init.d/hostapd ja /etc/sysctl.conf. Võimalik, et soovite neid konfiguratsioonifaile täiendavalt muuta. Eespool nimetatud Adafruit'i õpetus annab lisateavet. Näiteks muutke faili /etc/hostapd/hostapd.conf, kui soovite muuta oma uue pöörduspunkti nime või parooli. Kui soovite oma loodud võrku ühendada mitu Rπ0 pääsupunkti, vajab igaüks kordumatut IP -aadressi. Installiprotsess kasutab 192.168.42.1. Failid /etc/dhcp/dhcpd.conf ja/etc/network/interfaces tuleb muuta. Lisaks vajate käsku sudo ifconfig wlan0 192.168.zz.1 kus zz asendatakse teise täisarvuga. Samuti on seda pöörduspunkti testitud ainult IPv4 -side jaoks. Pöörduspunkti IPv4- ja IPv6 -side jaoks võib olla vaja täiendavaid muudatusi installiprotseduuris või konfiguratsioonifailides.

Samm: kujundage antenn

Antenni kujundamine ja valmistamine on lihtsam kui tundub. Meie lähenemisviis oli alustada mustriga, seda muuta, simuleerida, et see vastaks endiselt meie vajadustele, ja seejärel asetada see trükkplaadile. Kui te ei soovi ise antenni teha, kasutage seda, mis on kaasas WiFi -adapteriga. Teise võimalusena, kui soovite teha oma antenni, kuid mitte seda kujundada ega simuleerida, oleme lisanud oma trükkplaadi paigutusfailid. Lugege siiski edasi, kui olete huvitatud antenni disainist, antenni simulatsioonist või trükkplaadi paigutusest. Antenni, mida kasutame, pole optimeeritud. Selle eesmärk on näidata, kuidas saate oma antenni teha, mitte näidata ideaalset antenni.

Tahtsime suunaantenni, mis töötab wifi sagedustel. Instructable, millega alustasime, sisaldab üksikasjalikku mustrit suunatava Yagi antenni jaoks, mille saab valmistada kirjaklambritest ja popsicle pulgadest. Tegime ainult ühe muudatuse. Antenn on 42 cm pikk ja sisaldab 15 juhtivat elementi. Saime kõikidest elementidest, välja arvatud neli, lahti, nii et antenn on lühem.

Järgmisena simuleerisime antenni, et tagada selle suund, isegi vähemate elementidega. EZNECby Roy Lewallen on hõlpsasti kasutatav antenni simulatsioonivahend. Kasutasime EZNEC 6.0 demoversiooni. Selle tarkvara kasutamise esimene samm on antenni kirjeldamine. Klõpsake nuppu Juhtmed ja sisestage antennielementide asukoht. Nende elementide suurus ja asukoht on üksikasjalikult kirjeldatud antenni mustris. Järgmisena seadsime WiFi -signaalide sageduseks 2,4 GHz ja valisime maapinna tüübiks vaba ruumi. Lisatud on antenni kirjeldav EZNEC -fail WifiYagi.ez.

Allpool on näidatud EZNEC simulatsiooni väljund ja see kontrollib, et muudetud antenn on endiselt suunaga. Joonise vasakpoolne osa näitab antenni. Mustad jooned on juhtivad elemendid ja teise elemendi punane ring on koht, kus wifi -adapter ühendub. Joonise parempoolne osa on 3D -kiirguse muster. Joonisel on kujutatud signaali suhteline tugevus fikseeritud kaugusel saateantennist erinevate nurkade all. Kuna graafik on x -suunal suurem kui teistes suundades, on antenn suunaga. Enamik antenni edastatavast energiast läheb x -suunas. Kui me suuname selle antenni õigesti ja eeldame, et kõik muu on võrdne, peaks see antenn suutma suhelda pikematel vahemaadel x -suunas kui siis, kui me poleks kasutanud suunantenni.

Järgmine samm on kohandatud trükkplaadi paigutamine. Kuigi antenni mustrit, millest alustasime, on lihtne ehitada, on seda raske täpselt konstrueerida. Trükkplaate toodetakse täpsemalt ja need on vastupidavamad. Kasutasime avatud lähtekoodiga programmi KiCad. Meie trükkplaatide paigutusfailid on lisatud aadressile wifi_pcb.tar.gz. Faili lahtipakkimiseks kasutage käsku:

tar -zxvf wifi_pcb.tar.gz

PCB paigaldamise etapid on järgmised:

• Avage uus KiCadi projekt.
• Minge PCB paigutuse redaktorisse.
• Valige nupp Add Graphic Lines ja Edge. Cuts kiht ning määrake trükkplaadi ümbermõõt.
• Valige nupp Lisa graafilised jooned ja F. Cu kiht ning tõmmake antennielemendid vaskesse esiosa.
• Valige nupp Lisa Vias ja sisestage kaks auku, kuhu wifi -adapter ühendatakse.
• Valige nupp Lisa graafiline hulknurk ja kiht F. Mask ning tõmmake jootmismaski ette auk, nii et see ei kataks läbivaid auke. Korrake B. Maski kihti, et tõmmata auk ka tagumisse jootmismaski.
• Lisage siiditrükikihtidele soovitud lisamärgid või sildid.
• Gerberi failide loomiseks valige File ja seejärel Plot.

Samm: tehke antenn

Ostsime meie paigutusest valmistatud trükkplaate. Adafruitil on harrastussõbralike trükkplaatide tootjate nimekiri. Kuigi oleme proovinud mõnda PCBtootjat, ei tea me tõesti, milline on parim. Näidatud trükkplaadi valmistas Oshpark.

Kui trükkplaat saabub, on järgmine samm jootmine RG-58 koaksiaalpistiku külge. PCB -l on kaks läbivat auku. Pistikuga kaasas olev tihvt on liiga lühike, nii et jootke väike traatükk ühte läbivasse auku. Pange suur jootetäpp, mis ühendab kesta teise avaga. Nüüd on teil kohandatud trükkplaadist valmistatud Yagi WiFi -antenn.

Ühendage Amazon Basics WiFi -adapter lahti. Keerake kaasasolev antenn lahti ja keerake uus PCB -antenn kinni. Ühendage WiFi -adapter USB -jaoturi külge. Projekt on nüüd lõpule viidud.