Täiustatud raadio NRF24L01 koos DIY dipoolantenni muutmisega: 5 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Olukord oli selline, et ma sain standardseid nRF24L01+ mooduleid kasutades edastada ja vastu võtta ainult läbi 2 või 3 seina, mille vahekaugus oli umbes 50 jalga. See ei olnud minu ettenähtud otstarbeks piisav.

Olin varem proovinud soovitatud kondensaatoreid lisada, kuid minu ja minu riistvara paranes väga vähe. Niisiis, palun ignoreerige neid fotodel.

Kaugandurite jaoks ei tahtnud ma enamikku sellist seadet nagu nRF24L01+PA+LNA koos SMA -kinnituse ja välisantenniga. Nii ma lõin selle muudetud mooduli.

Selle muudetud RF24 mooduliga saaksin läbida neli seina, mille vahekaugus on umbes 100 jalga.

See moodul peaks samuti olema peaaegu kahekordne kaugus tavalisest nRF24 moodulist, kui seda kasutatakse koos vaatevälja rakendustega; nagu raadiosageduslennukid, nelikoprid, autod ja paadid (100 meetrit). Ma ei ole teinud selgeid vaatevälja katseid. Minu testides olid transiiverite vahel köögitehnika ning kapid ja kapid asju täis.

Siin on põhjalik teave dipoolantenni kohta https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna, et saaksite antennide edasist uurimist proovida: https://www.arrl.org või

Olen mõningaid antennidisaini uurinud, kuid tohutu ja üha suureneva arvu antennikujunduste (eriti kõrgsageduslike kompaktsete antennide) ümber on nii palju spetsiifilisi projekteerimisandmeid ja teooriaid, et on lihtne tunda end metsas pisut eksinuna. Nii et eksperimenteerimisel on võtmeroll.

Nüüd, kui olen selle kõik läbi elanud, annan teile siin oma kujunduse muudatuse rakendamise.

Samm: vajalikud esemed

Täiustatud (dipool) antenniga täiustatud NRF24L01+ valmistamiseks vajate:

• NRF24L01+ moodul https://www.ebay.com/itm/191351948163 või www.ebay.com/itm/371215258056
• Jootekolb ja sellega seotud esemed.
• Täpne nuga (või mõni muu vahend kaitsekatete eemaldamiseks)
• 24ga. Tahke traat (valikuliselt kuni 30ga.)

2. samm: raadiomooduli muutmine

Alustasin põhiliste dipoolantenni kujundustega ja häälestasin neid eksperimentaalselt.

Mõned disainilahendused, mis nõuavad ¼ lainepikkuse elementi, vajavad mahtuvuse, takistuse, induktiivsuse ja resonantside tõttu täpset reguleerimist. Mul ei ole vahendeid nende omaduste mõõtmiseks aktiivses 2,4 GHz vooluahelas, seega tegin ilmselt vajaliku kohandamise läbi empiirilise testimise.

Pildil on mõned minu katseühikud. Mõned jäljed võeti maha, kuna ma jootsin, jootmata, painutasin ja painutasin tulevasi antenne. Sellest tuli välja kaks head asja. 1) Ühe jala maapinnale kinnitamiseks vahetan ülemiselt küljelt alumisele küljele, mis osutus mehaaniliselt ja jõudluselt paremaks. 2) Leidsin, et on hea mõte ühendada traat üliliimiga või kuuma liimiga pingete leevendamiseks (ma painutasin kogu katsetamise ajal kogemata antenni.) Esiteks tehtud, see võib neid jootmiseks hoida.

Muutmise sammud:

1. Tehke PCB-antenni aluse lähedal olevatest jälgedest kaks, laiusega 1-2 mm, nagu on näha ülaltoodud esimesel pildil. See eemaldab olemasoleva antenni tõhusalt vooluringist.
2. Teisel küljel kraapige täpse oga nuga kaitsekate üle alusplaadi serva, nagu on näidatud ülaltoodud teisel pildil
3. Lõika kaks 24ga. Juhtmed u. 50 mm
4. Eemaldage iga traadi ühest otsast paar millimeetrit isolatsiooni.
5. Painutage paljast osa maapinnale kinnitataval juhtmel täisnurga all.
6. Liimige iga traat alla (soovitage õhtusöögi liimi või kuuma liimi), nii et paljas ots on jootmiseks valmis; üks vahetult lõikejälgede all, teine tagaküljel asuva aluspinna servas. Kaks traati peavad asuma paralleelselt ja üksteisest 6 mm kaugusel.
7. Kui liim on tardunud, pange jootmisvoo pasta sinna, kuhu kavatsete jootma hakata, ja seejärel jootke need. Soovitan kasutada voogu, nii et teie jootmine võtab kiiresti ja te ei kuumuta plaati üle.
8. Tehke juhtmetes teravaid täisnurkseid painutusi, üksteisest eemal, trükkplaadi serva ääres, ~ 6 mm ülespoole, kus maapind lõpeb. Vaadake ülaltoodud kahte viimast pilti. Kui te pole juhtmeid alla liiminud, olge eriti ettevaatlik, et jootekohtadele liiga palju pinget ei tekitaks.
9. Mõõtke iga traadisegment, mis kulgeb mööda plaadi serva 30 mm kaugusele selle 90 -kraadisest painutusest, ja lõigake need sealt ära. Avastasin, et ma ei saa täpselt mõõta ja lõigata, seega mõõtsin ja märkisin peene kiudotsikuga markeriga, kuhu lõigata.
10. Kontrollige oomemõõtjaga, et veenduda, et vana antenni trükkplaadi jälgede lähedal oleval juhtmel ei ole järjepidevust kummalgi punktis #1 tehtud lõikamisel.

3. samm: valmistoode

Teie NRF24L01+ moodul toimib nüüd suurepäraselt kõigis projektides, milles te neid kasutate. Saate nautida suuremat töökindlust suurema ulatusega või väiksemate raadio võimsusseadetega. Peaksite seda leidma, isegi ainult ühe raadio (saatja või vastuvõtja) muutmisel; ja saate kahekordselt kasu, kui kasutate muudetud seadet mõlemas otsas. Ärge unustage, et antennid oleksid kindlasti üksteisega paralleelsed. Ma rakendan projekti, milles on mitu kauganduriseadet, mis kasutavad neid modifitseeritud raadioid (vertikaalselt orienteeritud, jalad on suunatud allapoole), mis kõik vestlevad keskse tugijaamaga, kasutades NRF24L01+PA+LNA ja välist antenni.

Saatja ja vastuvõtja antennid peavad teie projektis olema sarnaselt nii horisontaalsed kui ka vertikaalsed ning eelistatavalt üksteisega paralleelsed. Lisaks, võib -olla tasuta orientatsioonis, kui teate, et neil on suunaeelistus (seda pole siin üldiselt märgitud). Kui teie antennid ei pruugi olla füüsiliselt erinevad, näiteks kui te ei kasuta suure võimendusega välist antenni ühes otsas, siis on parem, kui antennid on identsed ja täpselt samad. Seda selleks, et saavutada maksimaalne töökindlus ja ulatus ning antennid on paigaldatud statsionaarselt.

Lõppkokkuvõttes on paranemise summat pisut raske kvantifitseerida; kuid oma rakenduses panin selle muutmata versioonidele 50–100%. Ma arvan, et see on vähemalt sama hea kui 2,5db välisantenniga seade; kuid mitte nii tõhus kui NRF24L01+PA+LNA üksus.

Selle juhendi põhieesmärk on lihtsalt juhendada, kuidas välja töötada modifitseeritud NRF24L01+ koos parema dipoolantenniga, et see saavutaks suurema edastus- ja vastuvõtuvõime ning parema kasutatavuse projektides.

See on ilmselt kõik, mis enamikku inimesi huvitab. Ideega: "Mida teha, et nendest seadmetest rohkem kasu saada?"

Nii et siinkohal … olge asja juures; ja andke mulle teada oma projektide õnnestumistest, kasutades oma kohandatud raadioid.

Kui soovite oma modifitseeritud raadioid eelnevalt testida, lisasin testimiseks loodud tarkvara hilisemasse etappi.

Samm: kuidas ma seda disaini optimeerisin

Huvilistele jagan nüüd veidi sellest, kuidas ma katsetasin ja kvalifitseerisin tulevasi täiustusi. Pange siiski tähele, et selles juhendis ei keskenduta testimise rakendamisele.

Testimiseks võib kasutada mis tahes Arduino või võrreldavaid tahvleid koos moodulitega NRF24L01+. Testitarkvaraga on vaja 01+ versioone, nagu kirjutatud, sest see kasutab 250KHz edastuskiirust. Raadioid toite kindlasti pingega 1,9–3,6 V.

Vahemiku usaldusväärsuse testimiseks kasutasin kaugjuhtimispuldina pro-mini Arduino ja modifitseerimata NRF24L01+. Mis lihtsalt võtab vastu andmepaketi ja kajab selle kinnituseks tagasi. Need olid reguleeritud 3,3 V vooluga.

Lasin selle sõlme lindistada väikesesse kasti, mille sain kergesti ja korduvalt erinevatesse testimiskohtadesse paigutada.

Kasutasin peamist transiiverit Nano3.0 MCU koos modifitseeritud NRF24L01+ -ga. See ots oli paigal ja andis katsetulemusi (kas 16x02 LCD -ekraani või jadamonitori kaudu). Varasemalt tegin kindlaks, et täiustatud antenni tulemuseks oleks nii parem edastus- kui ka vastuvõtuvõime. Lisaks saaksin samad testitulemused antud modifitseeritud raadioga, mida kasutatakse mõlemas otsas. Pange tähele, et testis kumbki pool nii edastab kui ka võtab vastu, see on sellepärast, et pärast edastamist tuleb kinnitus, mis tuleb vastu võtta, et seda loetaks edukaks suhtluseks.

Pange tähele, et testimistulemusi võivad mõjutada paljud asjad:

• Puudutades või peaaegu puudutades RF24 moodulit või selle juhtmeid.
• Keha on ülekandeliiniga kooskõlas.
• Ülaltoodud kahel on positiivne mõju.
• Toitepinge omadused
• Eelkõige saatja ja vastuvõtja antennide suund.
• Muu WiFi -liiklus piirkonnas. Need võivad põhjustada erinevusi, mis võivad tunduda hea ilma ja tormiliste tingimuste vahel. Nii proovisin katsetada peamiselt soodsate tingimuste ajal. Kordaksin testi, et saada konkreetse testitava üksuse jaoks parimaid tulemusi ja hiljem võrrelda neid tulemusi teiste katseüksuste võrreldavate tulemustega.

Siseruumides on raskem saada usaldusväärseid testitulemusi võrreldes vaateväljaga väljas. Ma saaksin tulemustes drastilisi erinevusi, kui nihutaksin ühe üksuse positsiooni vaid mõne tolli võrra. Selle põhjuseks on tihedus ning koosnevad tõkked ja peegeldavad signaalirajad. Teine tegur võib olla antenni signaali tugevuse mustrid, kuid ma kahtlen, et see võib põhjustada drastilisi erinevusi mõne tolli liikumisel küljelt küljele.

Mõtlesin välja tarkvara, mis pakuks mulle vajalikku toimivusstatistikat.

Lisaks seadistasin võimalikult palju kindlaks testitingimused. Nagu märgistatud kohale lindistamine, on ka antennid (Tx & Rx) paigutatud sama suunaga igale jõudluskontrolli akule. Allpool toodud testitulemused on mitme asukoha mitmete testide kombineeritud keskmine. Kasutatud testitingimustes ei suutnud modifitseerimata raadio edastada ühtegi edukat sõnumit.

Parimaid tulemusi sain 24ga. üle 30ga. traat. Tulemused olid vaid pisut paremad; ütleme 10 protsenti. Tuleb tunnistada, et proovisin ainult kahte samamoodi ühendatud juhtumit ja antennide topoloogias võis olla 1 mm erinevusi (segmentide erinevuste summa). Lisaks näpistasin esimest iteratsiooni 30ga abil; mitu 1 mm reguleerimist. Seejärel dubleeriti need traadi pikkused 24ga. ilma täiendavate võrreldavate katseteta pikkusega 24 ga. Traat.

[Vaata tabeli 1 tulemusi ülaltoodud pildil]

Kuna ma tahtsin, et mu seadmed mahuksid väiksesse korpusesse, vahetasin ma antenni ülekandejuhtmete vahekauguse 10 mm ja pikkuse 10 mm asemel ainult 6 mm ja 6 mm, seejärel testisin selle konfiguratsiooni jaoks optimaalseid häälestatud antennipikkusi. Siin on kokkuvõte minu erinevate testide tulemustest:

[Vaata tabeli 2 tulemusi ülaltoodud pildil]

Edasised testid koos paremate laboratoorsete mõõteseadmetega võiksid kahtlemata välja töötada ja kinnitada täiustatud segmentide pikkused (traadi suurus ja võimalikud kinnitus- või orientatsioonipunktid) selle dipoolantenni modifikatsiooni tõelise optimaalse jõudluse jaoks nRF24 raadio jaoks.

Andke meile teada, kui saate kontrollitava paranduse (24ga. 6X6mm x 30mm konfiguratsioon). Paljud meist tahaksid nendest raadiotest maksimumi võtta (ilma mahukat antenni lisamata).

Saatja ja vastuvõtja antennid peavad teie projektis olema orienteeritud sarnaselt nii horisontaalselt kui vertikaalselt ja eelistatavalt üksteisega paralleelselt. Lisaks, võib -olla tasuta orientatsioonis, kui teate, et neil on suunaeelistus (seda pole siin üldiselt märgitud). Kui teie antennid ei pruugi olla füüsiliselt erinevad, näiteks kui te ei kasuta suure võimendusega välist antenni ühes otsas, siis on parem, kui antennid on identsed ja täpselt samad. Seda selleks, et saavutada maksimaalne töökindlus ja ulatus ning antennid on paigaldatud statsionaarselt.

Samm: riistvara ja tarkvara, mida kasutasin testimisel

Riistvara, mida kasutasin 2 Arduino ühilduva MCU testimiseks

2 NRF24L01+

Vahel kasutasin ka a16x02 LCD-ekraani (mugavaks reaalajas vaatamiseks. Seeriakonsooli saab kasutada ka testitulemuste saamiseks) vajutusnuppu (uue testide komplekti algatamiseks, muidu peate läbima Taaskäivita)

Lingid riistvarale, mida soovitaksin ja kasutaksin:

MCU-d: Nano V3.0 Atmega328P eBays või Pro-Mini:

NRF24L01+ moodulid https://ebay.com/itm/191351948163 ja

16x02 LCD IC2 kuvarimoodul

Siit saate alla laadida postiindeksi failid: