Parannettu NRF24L01 -radio, jossa on DIY -dipoliantennimuutos: 5 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Tilanne oli, että pystyin lähettämään ja vastaanottamaan vain kahden tai kolmen seinän läpi noin 50 metrin etäisyydellä käyttäen tavallisia nRF24L01+ -moduuleja. Tämä ei riittänyt käyttötarkoitukseeni.

Olin aiemmin yrittänyt lisätä suositeltuja kondensaattoreita, mutta minulle ja laitteistolleni ei tapahtunut juurikaan parannusta. Joten jätä ne huomiotta kuvissa.

Etäantureille en halunnut suurinta osaa yksiköstä, kuten nRF24L01+PA+LNA, jossa on SMA -kiinnitys ja ulkoantenni. Joten loin tämän muokatun moduulin.

Tällä muokatulla RF24 -moduulilla voisin kulkea neljän seinän läpi noin 100 metrin etäisyydellä.

Tämän moduulin pitäisi myös lähes kaksinkertaistaa etäisyys tavalliseen nRF24 -moduuliin verrattuna, kun sitä käytetään näköyhteyssovellusten kanssa. kuten RF-lentokoneet, nelikuparit, autot ja veneet (100s metriä). En ole tehnyt selkeitä näkökokeita. Testissäni oli keittiökoneita ja kaappeja ja kaappeja täynnä tavaraa lähetin -vastaanottimien välissä.

Tässä on joitain perusteellisia tietoja dipoliantennista https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna, jotta voit jatkaa antennitutkimusta: https://www.arrl.org tai

Olen tutkinut joitakin antennisuunnittelua, mutta valtavan ja kasvavan määrän antennien ympärillä on niin paljon erityisiä suunnittelutietoja ja teoriaa (erityisesti suurtaajuuksisille kompakteille antenneille), että on helppo tuntea olonsa hieman eksyneeksi metsässä. Joten kokeilulla on taipumus olla avainasemassa.

Nyt kun olen käynyt tämän kaiken läpi, annan teille tässä tuloksena syntyneen suunnittelumuutoksen toteutuksen.

Vaihe 1: Tarvitsemasi tuotteet

Jotta voit valmistaa oman parannetun NRF24L01+ -laitteen parannetulla (dipoli) antennilla, tarvitset:

• NRF24L01+ -moduuli https://www.ebay.com/itm/191351948163 tai www.ebay.com/itm/371215258056
• Juotosrauta ja siihen liittyvät tuotteet.
• Tarkka veitsi (tai muu keino suojapinnoitteiden irrottamiseksi)
• 24ga. Kiinteä lanka (valinnaisesti jopa 30 g.)

Vaihe 2: Radiomoduulin muokkaaminen

Aloitin perus dipoliantennimalleilla ja viritin niitä kokeellisesti.

Jotkut mallit, jotka vaativat ¼ aallonpituuden elementtiä, tarvitsevat hienosäätöjä kapasitanssin, impedanssin, induktanssin ja resonanssien vuoksi. Minulla ei ole keinoja mitata näitä ominaisuuksia aktiivisessa 2,4 GHz: n piirissä, joten tein ilmeisesti tarvittavan säädön empiirisen testauksen avulla.

Kuvassa muutama koeyksikköni. Jotkut jäljet vedettiin pois, kun juotin, juottamattomat, taivutetut ja taivutetut mahdolliset antennit. Tästä tuli kaksi hyvää asiaa. 1) Vaihdan ylhäältä alaspäin yhdellä jalalla maahan kiinnittämistä varten, mikä osoittautui mekaanisesti ja suorituskyvyn kannalta paremmaksi. 2) Huomasin, että on hyvä idea kiinnittää lanka superliimalla tai kuumaliimalla vedonpoistoa varten (taivutin antennia vahingossa koko testin ajan.) Tehty ensin, tämä voi pitää ne juottamista varten.

Muutoksen vaiheet:

1. Tee kaksi leikkausta, 1-2 mm leveät, piirilevystä lähelle piirilevyä, kuten yllä olevassa kuvassa näkyy. Tämä poistaa nykyisen antennin tehokkaasti piiristä.
2. Raaputa toiselta puolelta tarkalla o-veitsellä suojapinnoite maatason reunan yli, kuten yllä olevassa toisessa kuvassa näkyy
3. Leikkaa kaksi 24 g. Johdot n. 50 mm
4. Irrota muutaman millimetrin eristys jokaisen langan toisesta päästä.
5. Taivuta paljaat osat suorassa kulmassa maahan kiinnitettävän langan päällä.
6. Liimaa jokainen lanka alas (suosittele: illallisliimaa tai kuumaa liimaa) niin, että paljain pää on valmis juotettavaksi; toinen leikkausjälkien alapuolella, toinen takana olevan tason reunalla. Kaksi johdinta on asetettava yhdensuuntaisesti ja 6 mm: n välein.
7. Kun liima on kovettunut, laita juotosvuo tahna paikkaan, johon aiot juottaa, ja juota ne sitten. Suosittelen fluxin käyttöä, jotta juotos kestää nopeasti ja et ylikuumenna levyä.
8. Tee teräviä suorakulmaisia mutkia johdoissa, poispäin toisistaan, piirilevyn reunasta, ~ 6 mm ylöspäin maatason päättymiskohdasta. Katso yllä olevat kaksi viimeistä kuvaa. Jos et ole liimautunut johtoihin, ole erityisen varovainen, ettet rasita liikaa juotoskohtia.
9. Mittaa jokainen lankasegmentti, joka kulkee levyn reunaa pitkin 30 mm: n etäisyydelle 90 asteen mutkasta, ja katkaise ne sieltä. Huomasin, että en voinut mitata ja leikata tarkasti, joten mittasin ja merkitsin hienokuitukärkisen merkin, mistä leikata.
10. Tarkista ohmimittarilla, että vanhan antennin PCB -jälkien lähellä olevalla johdolla ei ole jatkuvuutta vaiheessa #1 tehtyjen leikkausten poikki.

Vaihe 3: Valmis tuote

NRF24L01+ -moduulisi toimii nyt erinomaisesti kaikissa projekteissa, joissa käytät niitä. Voit joko nauttia luotettavuudesta suuremmalla kantamalla tai pienemmillä radiotehoasetuksilla. Sinun pitäisi löytää tämä, vaikka muuttaisit vain yhtä radiota (lähetin tai vastaanotin); ja hyödynnä kaksinkertaisesti hyötyä, kun käytät muutettua yksikköä molemmista päistä. Muista suunnata antennit yhdensuuntaisesti toistensa kanssa. Olen toteuttamassa hanketta, jossa on useita etäanturiyksiköitä, jotka käyttävät näitä modifioituja radioita (pystysuoraan suunnattuina, ja niiden jalat osoittavat alaspäin), jotka kaikki keskustelevat keskustukiaseman kanssa käyttäen NRF24L01+PA+LNA: ta ja ulkoista antennia.

Lähetin- ja vastaanotinantennit projektissasi on suunnattava samalla tavalla sekä vaakasuoraan että pystysuoraan ja mieluiten yhdensuuntaisesti toisiinsa nähden. Lisäksi ehkä täydentävässä suunnassa, jos tiedät, että heillä on suunta -asetus (tätä ei yleensä mainita tässä). Jos antennisi eivät välttämättä ole fyysisesti erilaisia, kuten et käytä suurella vahvistuksella varustettua ulkoista antennia toisesta päästä, on parasta, että antennit ovat identtisiä ja suunnattu täsmälleen samalle. Tämä on mahdollista maksimaalisen luotettavuuden ja kantaman saavuttamiseksi, ja antennit on asennettu paikallaan.

Lopulta parannuksen määrää on hieman vaikea mitata; mutta sovelluksessani asetin sen 50-100%: iin verrattuna muokkaamattomiin versioihin. Mielestäni se on vähintään yhtä hyvä kuin yksikkö, jossa on 2,5 dB: n ulkoinen antenni; mutta ei yhtä tehokas kuin NRF24L01+PA+LNA -yksikkö.

Tämän Instructable -ohjelman päätarkoitus on yksinkertaisesti opettaa, kuinka suunnitella modifioitu NRF24L01+, jossa on ylivoimainen dipoliantenni, jotta se saavuttaa paremman lähetys- ja vastaanottokapasiteetin ja paremman käytettävyyden projekteissa.

Tämä on luultavasti kaikki, mitä useimmat ihmiset ovat kiinnostuneita. Ajatuksella: "Mitä teen, jotta saisin enemmän käyttöaluetta näistä yksiköistä?"

Joten tässä vaiheessa… ole sitä; ja kerro minulle onnistumistasi projekteissasi käyttämällä omia räätälöityjä radioita.

Jos haluat testata muokattuja radiojasi etukäteen, olen sisällyttänyt testaukselle luomani ohjelmiston myöhemmässä vaiheessa.

Vaihe 4: Kuinka optimoin tämän mallin

Nyt niille, jotka ovat kiinnostuneita, kerron hieman siitä, miten testasin ja pätevöitin mahdollisia parannuksia. Huomaa kuitenkin, kuinka testauksen toteuttaminen ei ole tämän ohjeen painopiste.

Voit testata mitä tahansa Arduinoa tai vastaavia kortteja yhdessä NRF24L01+ -moduulien kanssa. 01+ -versioita tarvitaan testiohjelmiston kanssa, kuten kirjoitettu, koska se käyttää 250 kHz: n lähetysnopeutta. Varmista, että radio saa virtaa vain 1,9--3,6 voltin jännitteellä.

Etäisyysvarmuustestauksessa käytin kauko-ohjaimena pro-mini Arduinoa ja muokkaamatonta NRF24L01+ -laitetta. Joka yksinkertaisesti vastaanottaa datapaketin ja kaiuttaa sen takaisin kuittauksena. Nämä käytettiin 3,3 V: n säädöllä.

Minulla oli tämä kokoonpano teipattuna pieneen laatikkoon, jonka pystyin helposti ja toistuvasti sijoittamaan eri testipaikkoihin.

Käytin päälähetinvastaanottimena Nano3.0 MCU: ta, jossa oli muokattu NRF24L01+. Tämä pää oli paikallaan ja antoi testituloksia (joko 16x02 LCD -näytön tai sarjamonitorin kautta). Varhain totesin, että parannettu antenni johtaisi sekä parempaan lähetys- että vastaanotto -ominaisuuteen. Lisäksi saisin samat testitulokset tietyssä muokatussa radiossa, jota käytetään molemmissa päissä. Huomaa, että testissä kumpikin osapuoli sekä lähettää että vastaanottaa, koska lähetyksen jälkeen on kuittaus, joka on vastaanotettava, jotta se lasketaan onnistuneeksi viestiksi.

Huomaa, että on monia asioita, jotka voivat vaikuttaa testituloksiin:

• Koskettaa tai melkein koskettaa RF24 -moduulia tai johtoja siihen.
• Keho on linjassa siirtolinjan kanssa.
• Edellä mainituilla kahdella on positiivinen vaikutus.
• Syöttöjännitteen ominaisuudet
• Ennen kaikkea lähettimen ja vastaanottimen antennien suunta.
• Muu WiFi -liikenne alueella. Nämä voivat aiheuttaa eroja, jotka voivat tuntua "hyvältä säältä" ja "myrskyisiltä olosuhteilta". Joten yritin testata pääasiassa suotuisissa olosuhteissa. Toistan testin saadakseni parhaat tulokset tietylle testattavalle yksikölle ja vertaan niitä myöhemmin vertailukelpoisiin tuloksiin, jotka on saatu muista testiyksiköistä.

Sisätiloissa on vaikeampi saada luotettavia testituloksia kuin ulkona, jossa on näköyhteys. Saisin rajuja eroja tuloksissa siirtämällä yhden yksikön asentoa vain muutaman tuuman. Tämä johtuu tiheyksistä ja esteistä ja heijastavista signaalireiteistä. Toinen tekijä voisi olla antennisignaalin voimakkuus, mutta epäilen, että se voisi aiheuttaa rajuja eroja muutaman tuuman liikkeessä sivusuunnassa.

Keksin ohjelmiston, joka toimitti minulle joitain tarvittavia suorituskykytilastoja.

Lisäksi asetin kiinteät, niin paljon kuin mahdollista, testiolosuhteet. Kuten nauhoittaminen merkittyyn paikkaan, antennit (Tx & Rx) on sijoitettu samaan suuntaan jokaista suorituskykytestin akkua varten. Alla olevat testitulokset ovat useiden eri paikkojen useiden testien yhdistetty keskiarvo. Käytetyissä testiolosuhteissa modifioimaton radio ei pystynyt vastaanottamaan onnistuneita viestejä.

Sain parhaat tulokset 24ga: lla. yli 30 g. lanka. Tulokset olivat vain hieman parempia; sanotaan 10 prosenttia. Kieltämättä olen kokeillut vain kahta samoin kytkettyä tapausta, ja antennin kokonaistopologiassa saattaa olla 1 mm: n eroja (segmenttien välisten erojen summa). Lisäksi säädin ensimmäistä iteraatiota 30ga: lla; useita 1 mm säätöjä. Sitten monistettiin nuo langanpituudet 24ga: lla. ilman muita vertailukelpoisia kokeita pituudella 24 ga. Johto.

[Katso taulukon 1 tulokset yllä olevassa kuvassa]

Koska halusin, että laitteeni mahtuvat pieneen koteloon, vaihdoin antennin siirtojohtojen etäisyydestä 10 mm ja pituudesta 10 mm vain 6 mm ja 6 mm: iin, minkä jälkeen testasin optimaalisen viritetyn antennin pituuden kyseiselle kokoonpanolle. Tässä on yhteenveto eri testien tuloksista:

[Katso taulukon 2 tulokset yllä olevassa kuvassa]

Jatkotestaus paremmilla laboratoriomittauslaitteilla voisi epäilemättä kehittää ja validoida parannetut segmentin pituudet (langan koko ja mahdollisesti kiinnitys- tai suuntautumispisteet) tämän dipoliantennimuunnoksen todellisen optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi nRF24 -radioissa.

Kerro meille, jos saat todennettavan parannuksen (24ga. 6X6mm x 30mm kokoonpano). Monet meistä haluaisivat saada kaiken irti näistä radioista (lisäämättä tilaa vievää antennia).

Lähetin- ja vastaanotinantennit projektissasi on suunnattava samalla tavalla sekä vaakasuoraan että pystysuoraan ja mieluiten yhdensuuntaisesti toisiinsa nähden. Lisäksi ehkä täydentävässä suunnassa, jos tiedät, että heillä on suunta -asetus (tätä ei yleensä mainita tässä). Jos antennisi eivät välttämättä ole fyysisesti erilaisia, kuten et käytä suurella vahvistuksella varustettua ulkoista antennia toisesta päästä, on parasta, että antennit ovat identtisiä ja suunnattu täsmälleen samalle. Tämä on mahdollista maksimaalisen luotettavuuden ja kantaman saavuttamiseksi, ja antennit on asennettu paikallaan.

Vaihe 5: Laitteisto ja ohjelmisto, joita käytin testauksessani

Laitteisto, jota käytin testauksessa 2 Arduino -yhteensopivaa MCU: ta

2 NRF24L01+

Toisinaan käytin myös 16x02 LCD-näyttöä (kätevää reaaliaikaista katselua varten. Sarjakonsolia voidaan käyttää myös testitulosten saamiseen) painonappia (uuden testisarjan aloittamiseksi, muuten sinun on käytävä läpi uudelleenkäynnistää)

Linkit laitteistoon, jota suosittelen ja käytän:

MCU: t: Nano V3.0 Atmega328P eBayssa tai Pro-Minissä:

NRF24L01+ -moduulit https://ebay.com/itm/191351948163 ja

16x02 LCD IC2 -näyttömoduuli

Lataa zip -kooditiedostot täältä: