Továbbfejlesztett NRF24L01 rádió barkácsolt dipól antennával: 5 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

A helyzet az volt, hogy szabványos nRF24L01+ modulok használatával csak 2 vagy 3 falon keresztül tudtam továbbítani és fogadni körülbelül 50 láb távolságban. Ez nem volt elegendő a tervezett felhasználáshoz.

Korábban megpróbáltam hozzáadni az ajánlott kondenzátorokat, de számomra és a hardverem nagyon keveset javult. Ezért kérjük, figyelmen kívül hagyja őket a fényképeken.

Távoli érzékelőimhez nem akartam egy olyan egység nagy részét, mint egy nRF24L01+PA+LNA, SMA rögzítéssel és külső antennával. Így létrehoztam ezt a módosított modult.

Ezzel a módosított RF24 modullal négy falon keresztül tudtam menni, körülbelül 100 láb távolságra.

Ennek a modulnak a látómezős alkalmazásokkal együtt is csaknem meg kell dupláznia a távolságot egy szabványos nRF24 modulnál; mint az RF repülőgépek, quad-coppers, autók és csónakok (100s méter). Nem végeztem egyértelmű látásvizsgálatokat. A tesztjeim során konyhai készülékek, szekrények és szekrények voltak tele cuccokkal az adó -vevők között.

Íme néhány részletes információ a dipólus antennáról https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna további antennák tanulmányozására: https://www.arrl.org vagy

Tanulmányoztam néhányat az antenna tervezésében, de annyi specifikus tervezési adat és elmélet van az antennák hatalmas és egyre növekvő száma körül (különösen a nagyfrekvenciás kompakt antennák esetében), hogy könnyű egy kicsit elveszettnek érezni magát az erdőben. Tehát a kísérletezés általában kulcsszerepet játszik.

Most, hogy mindezt átéltem, bemutatom nektek az ebből eredő tervezési módosításomat.

1. lépés: A szükséges elemek

Saját, továbbfejlesztett (Dipólus) antennával rendelkező, továbbfejlesztett NRF24L01+ gyártásához szüksége lesz:

• egy NRF24L01+ modul https://www.ebay.com/itm/191351948163 vagy www.ebay.com/itm/371215258056
• Forrasztópáka és kapcsolódó tárgyak.
• Pontos kés (vagy más eszköz a védőbevonatok lekaparására)
• 24ga. Szilárd huzal (opcionálisan akár 30 g -ig)

2. lépés: A rádiómodul módosítása

Az alapvető dipólus antenna tervekkel kezdtem, és kísérletileg hangoltam őket.

Néhány designs hullámhosszú elemet igénylő kivitel finombeállításokat igényel a kapacitás, az impedancia, az induktivitás és a rezonancia miatt. Nincs eszközöm ezeknek a jellemzőknek a mérésére egy aktív 2,4 GHz -es áramkörben, ezért empirikus teszteléssel elvégeztem a látszólag szükséges kiigazítást.

A képen néhány tesztegységem látható. A nyomok egy részét lehúzták, miközben forrasztottam, forrasztás nélkül, hajlítva és újra hajlítva a leendő antennákat. Ebből két jó dolog derült ki. 1) A felső oldalról az alsó oldalra kapcsolok, hogy az egyik lábat a földhöz rögzítsem, ami mechanikai és teljesítménybeli szempontból jobbnak bizonyult. 2) Jó ötletnek tartottam, hogy a huzalt szuperragasztóval vagy forró ragasztóval rögzítsük a feszültségmentesítéshez (az antennát véletlenül meghajlítottam a tesztelés során.) Először kész, ez tarthatja őket forrasztáshoz.

A módosítás végrehajtásának lépései:

1. Vágjon két, 1-2 mm széles vágást a nyomokból a NYÁK-antenna alja közelében, amint az az első képen látható. Ez hatékonyan eltávolítja a meglévő antennát az áramkörből.
2. A másik oldalon egy pontos o késsel kaparja le a védőbevonatot az alaplap pereme felett, amint azt a fenti második kép mutatja.
3. Vágjon kettőt 24 g -ra. Vezetékek kb. 50 mm
4. Húzzon le néhány milliméter szigetelést minden vezeték egyik végéről.
5. Hajlítsa derékszögben a csupasz részt a földhöz rögzítendő huzalon.
6. Ragasszon le minden vezetéket (javasoljuk: vacsoraragasztó vagy forróragasztó), hogy a csupasz vég forrasztásra kész legyen; az egyik közvetlenül a vágott nyomok alatt, a másik a hátlap alaplapjának szélén. A két huzalnak párhuzamosan és 6 mm -re kell feküdnie egymástól.
7. Miután a ragasztó megszilárdult, tegyen forrasztópasztát a forrasztási helyre, majd forrasztja fel őket. Azt javaslom, hogy használjon fluxust, hogy a forrasztás gyorsan tartson, és ne hevítse túl a táblát.
8. Végezzen éles, derékszögű kanyarokat a vezetékekben, egymástól távol, a NYÁK szélénél, ~ 6 mm -rel felfelé az alapsík végétől. Lásd a fenti két utolsó képet. Ha nem ragasztotta le a vezetékeket, akkor különösen vigyázzon, nehogy túlzottan terhelje a forrasztási pontokat.
9. Mérje meg a tábla széle mentén húzódó huzalszegmenseket 30 mm -re a 90 fokos hajlítástól, és vágja le őket. Felfedeztem, hogy nem tudok pontosan mérni és vágni, ezért megmértem és finom szálhegyes jelölővel jelöltem, hol kell vágni.
10. Ohmos mérővel ellenőrizze, hogy a régi antenna NYÁK -nyomai közelében lévő huzalnak nincs -e folytonossága az 1. lépésben végzett vágások egyikén sem.

3. lépés: A késztermék

Az NRF24L01+ modul mostantól kiválóan teljesít minden projektben, amelyben használja őket. Vagy nagyobb hatótávolságú megbízhatóságot élvezhet, vagy alacsonyabb rádióerősítési beállításokkal. Ezt meg kell találnia, még akkor is, ha csak egy rádiót (az adót vagy a vevőt) módosít; és kétszeres előnyt élvezzen, ha mindkét végén módosított egységet használ. Ne feledje, hogy az antennákat egymással párhuzamosan kell elhelyezni. Egy olyan projektet valósítok meg, amely több távoli érzékelőegységgel is rendelkezik, és ezeket a módosított rádiókat használja (függőlegesen tájolva, földre tett lábakkal lefelé), amelyek mind beszélgetni fognak egy központi bázisállomással egy NRF24L01+PA+LNA és egy külső antenna segítségével.

Az adó- és vevőantennákat a projektben vízszintesen vagy függőlegesen, és lehetőleg párhuzamosan kell elhelyezni. Ezenkívül talán ingyenes orientációban, ha tudja, hogy irányított preferenciájuk van (ez itt általában nincs feltüntetve). Ha az antennák fizikailag nem feltétlenül különböznek egymástól, például nem használnak erős erősítésű külső antennát az egyik végén, akkor a legjobb, ha az antennák azonosak és pontosan azonosak. Ennek célja a maximális megbízhatóság és hatótávolság elérése, és mivel az antennák helyhez kötöttek.

Végül a javulás mértékét egy kicsit nehéz számszerűsíteni; de az alkalmazásomban 50-100% -ra tettem a módosítatlan verziókhoz képest. Szerintem legalább olyan jó, mint egy 2,5db külső antennával rendelkező egység; de nem olyan hatékony, mint egy NRF24L01+PA+LNA egység.

Ennek az utasításnak az a fő szándéka, hogy egyszerűen megtanítson egy módosított NRF24L01+ kitűnő dipólus antennával történő kialakítására, hogy nagyobb átviteli és vételi képességet, valamint jobb használhatóságot érjen el a projektekben.

A legtöbb embert valószínűleg ez fogja érdekelni. Az ötlettel: „Mit tegyek, hogy nagyobb használható tartományt érjek el ezekből az egységekből?”

Tehát ezen a ponton… legyen rajta; és tudassa velem a projektekben elért sikereit saját testreszabott rádiói segítségével.

Ha előre szeretné tesztelni a módosított rádió (ka) t, egy későbbi lépésben belefoglaltam a teszteléshez létrehozott szoftvert.

4. lépés: Hogyan optimalizáltam ezt a kialakítást

Azok számára, akiket érdekel, a továbbiakban megosztom egy kicsit, hogyan teszteltem és minősítettem a leendő fejlesztéseket. Kérjük, vegye figyelembe azonban, hogy a tesztelés végrehajtásának módja nem ez az útmutató.

A teszteléshez bármilyen Arduino vagy hasonló tábla használható, az NRF24L01+ modulokkal együtt. A 01+ verziókra szükség van a teszt szoftverrel, ahogy írják, mert az 250KHz átviteli sebességet használ. Ügyeljen arra, hogy a rádiókat csak 1,9-3,6 V feszültséggel táplálja.

A hatótávolság megbízhatósági teszteléséhez egy pro-mini Arduino-t és egy módosítatlan NRF24L01+ -t használtam távirányítóként. Amely egyszerűen fogad egy adatcsomagot, és visszaigazolja azt nyugtázásként. Ezeket 3,3 V -os szabályozással hajtották végre.

Ezt a szerelvényt egy kis dobozba ragasztottam, amelyet könnyen és többször is elhelyezhettem különböző vizsgálati helyeken.

Nano3.0 MCU -t használtam a módosított NRF24L01+ fő adó -vevőként. Ez a vége álló helyzetben volt, és vizsgálati eredményeket adott (16x02 -es LCD kijelzőn vagy soros monitoron keresztül). Korán megállapítottam, hogy a továbbfejlesztett antenna jobb átviteli és vételi képességet eredményez. Továbbá ugyanazokat a vizsgálati eredményeket kapnám egy adott módosított rádióval, amelyet mindkét végén használnak. Ne feledje, hogy a tesztben mindkét fél ad és fogad, mivel az átvitel után van egy nyugtázás, amelyet meg kell kapni ahhoz, hogy sikeres kommunikációnak minősüljön.

Ne feledje, hogy számos dolog befolyásolhatja a teszt eredményeit:

• Érintse meg vagy majdnem érintse meg az RF24 modult vagy vezetékeket.
• A test egy vonalban van a távvezetékkel.
• A fenti kettő pozitív hatással van.
• A tápfeszültség jellemzői
• Leginkább az adó- és vevőantennák tájolása.
• Egyéb WiFi forgalom a környéken. Ezek különbségeket okozhatnak, amelyek a „jó időjárás” és a „viharos körülmények” között érezhetők. Így elsősorban a kedvező körülmények között próbáltam tesztelni. Megismételném a tesztet, hogy a legjobb eredményt kapjam a vizsgált egységre, és később összehasonlítsam ezeket az eredményeket más vizsgálati egységekkel kapott összehasonlítható eredményekkel.

Beltérben nehezebb megbízható teszteredményeket szerezni, mint a szabadban, rálátással. Drasztikus különbségeket kaphatnék az eredményekben, ha az egyik egység pozícióját csak néhány centiméterrel mozgatnám. Ennek oka a sűrűség, valamint az akadályok és a fényvisszaverő jelútvonalak. Egy másik tényező lehet az antenna jelerősségének mintázata, de kétlem, hogy drasztikus különbségeket okozhat néhány centiméteres oldalmozgásban.

Kidolgoztam egy szoftvert, amely a szükséges teljesítménystatisztikákkal szolgál.

Ráadásul a lehető legnagyobb mértékben rögzítettem a tesztkörülményeket. Az antennák (Tx & Rx), mint a kijelölt helyre való letapogatás, azonos tájolással vannak elhelyezve a teljesítménytesztek minden egyes eleméhez. Az alábbi teszteredmények több helyszínen végzett több teszt együttes átlaga. A használt tesztkörülmények között egy módosítatlan rádió nem tudott sikeres üzeneteket küldeni.

A legjobb eredményeket a 24ga -val kaptam. 30ga felett. huzal. Az eredmények csak valamivel jobbak voltak; mondjuk 10 százalék. Kétségtelen, hogy csak két hasonlóan bekötött példányt próbáltam ki, és lehet, hogy 1 mm -es eltérések voltak a teljes antenna topológiájában (a szegmensek közötti különbségek összege). Továbbá módosítottam az első iterációt a 30ga használatával; több 1 mm -es beállítás. Ezután megismételte ezeket a huzalhosszakat 24ga -val. további összehasonlítható kísérletek nélkül a 24 ga -val. Huzal.

[Lásd az 1. táblázat eredményeit a fenti képen]

Mivel azt akartam, hogy az egységeim egy kis tokba illeszkedjenek, átváltottam arra, hogy az antenna átviteli vezetékei egymástól 10 mm és 10 mm hosszúak legyenek, és csak 6 mm és 6 mm legyenek, majd teszteltem az adott konfigurációhoz beállított optimális antennahosszt. Íme egy összefoglaló a különböző tesztek eredményeiről:

[Lásd a 2. táblázat eredményeit a fenti képen]

A további laboratóriumi mérőberendezésekkel végzett további tesztelés kétségtelenül javított szegmenshosszakat (huzalméretet és esetleg rögzítési vagy tájolási pontokat) tudna kidolgozni és érvényesíteni e dipólus antenna -módosítás optimális teljesítménye érdekében az nRF24 rádiókhoz.

Tudassa velünk, ha ellenőrizhető javulást ér el (24ga. 6X6mm x 30mm konfiguráció). Sokan szeretnénk a legtöbbet kihozni ezekből a rádiókból (nagyméretű antenna hozzáadása nélkül).

Az adó- és vevőantennákat a projektben vízszintesen vagy függőlegesen, és lehetőleg párhuzamosan kell elhelyezni. Ezenkívül talán ingyenes orientációban, ha tudja, hogy irányított preferenciájuk van (ez itt általában nincs feltüntetve). Ha az antennák fizikailag nem feltétlenül különböznek egymástól, például nem használnak erős erősítésű külső antennát az egyik végén, akkor a legjobb, ha az antennák azonosak és pontosan azonosak. Ennek célja a maximális megbízhatóság és hatótávolság elérése, és mivel az antennák helyhez kötöttek.

5. lépés: A tesztelés során használt hardver és szoftver

A hardver, amelyet 2 Arduino -kompatibilis MCU teszteléséhez használtam

2 NRF24L01+

Időnként a16x02-es LCD-kijelzőt is használtam (a kényelmes valós idejű megtekintéshez. A soros konzol a teszteredmények lekérésére is használható) egy nyomógombot (új tesztkészlet kezdeményezéséhez, különben át kell esnie egy újrakezd)

Ajánlott és használt hardver linkek:

MCU-k: Nano V3.0 Atmega328P az eBay-en vagy a Pro-Mini-n:

NRF24L01+ modulok https://ebay.com/itm/191351948163 és

16x02 LCD IC2 kijelző modul

Töltse le az irányítószámú fájlokat innen: