Uzlabots radio NRF24L01 ar DIY dipola antenas modifikāciju: 5 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Situācija bija tāda, ka, izmantojot standarta nRF24L01+ moduļus, es varēju nosūtīt un uztvert tikai caur 2 vai 3 sienām, kuru attālums ir aptuveni 50 pēdas. Tas bija nepietiekams manam paredzētajam lietojumam.

Iepriekš biju mēģinājis pievienot ieteiktos kondensatorus, taču man un manai aparatūrai bija ļoti maz uzlabojumu. Tāpēc, lūdzu, ignorējiet tos fotoattēlos.

Tālvadības sensoriem es negribēju lielāko daļu tādas ierīces kā nRF24L01+PA+LNA ar SMA stiprinājumu un ārējo antenu. Tāpēc es izveidoju šo modificēto moduli.

Ar šo modificēto RF24 moduli es varētu iziet cauri četrām sienām ar aptuveni 100 pēdu attālumu.

Šim modulim vajadzētu arī gandrīz divkāršot attālumu, salīdzinot ar standarta nRF24 moduli, ja to lieto kopā ar redzamības līnijas lietojumprogrammām; piemēram, RF lidmašīnas, kvadracikli, automašīnas un laivas (100 metri). Es neesmu veicis skaidras redzes pārbaudes. Manos testos starp raiduztvērējiem bija virtuves iekārtas un skapji un skapji, kas bija pilni ar sīkumiem.

Tālāk ir sniegta padziļināta informācija par dipola antenu https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna turpmākai antenu izpētei: https://www.arrl.org vai

Dažos gadījumos esmu pētījis antenu dizainu, taču ir tik daudz specifisku dizaina datu un teoriju par plašu un arvien pieaugošu antenu dizainu skaitu (īpaši attiecībā uz kompaktām augstfrekvences antenām), ka ir viegli justies mazliet apmaldīties mežā. Tāpēc eksperimentiem ir galvenā loma.

Tagad, tam visam izgājis cauri, es jums šeit sniegšu savu iegūto dizaina izmaiņu ieviešanu.

1. darbība. Nepieciešamās preces

Lai izgatavotu savu uzlaboto NRF24L01+ ar uzlabotu (dipola) antenu, jums būs nepieciešams:

• NRF24L01+ modulis https://www.ebay.com/itm/191351948163 vai www.ebay.com/itm/371215258056
• Lodāmurs un ar to saistīti priekšmeti.
• Precīzs nazis (vai citi līdzekļi aizsargpārklājumu noņemšanai)
• 24ga. Ciets vads (pēc izvēles līdz 30 g.)

2. solis: Radio moduļa modificēšana

Es sāku ar pamata dipola antenu dizainu un eksperimentāli tos noregulēju.

Dažiem dizainparaugiem, kas prasa ¼ viļņa garuma elementu, ir nepieciešama precīza pielāgošana kapacitātes, pretestības, induktivitātes un rezonanses gadījumu dēļ. Man nav līdzekļu, lai izmērītu šos raksturlielumus aktīvā 2,4 GHz ķēdē, tāpēc acīmredzami nepieciešamo korekciju veicu, veicot empīrisku pārbaudi.

Attēlā ir dažas no manām testa vienībām. Dažas pēdas tika izvilktas, jo es lodēju, nelodēju, salieku un atkal salieku iespējamās antenas. No tā iznāca divas labas lietas. 1) Es pārslēdzos no augšējās puses uz apakšējo pusi, lai vienu kāju piestiprinātu pie zemes, kas izrādījās labāks mehāniski un veiktspējas ziņā. 2) Es atklāju, ka ir laba ideja piestiprināt vadu ar superlīmi vai karstu līmi, lai samazinātu deformāciju (visu testēšanas laiku es nejauši noliecu antenu.) Vispirms izdarīts, tas var turēt tos lodēšanai.

Modifikācijas darbības:

1. Veiciet divus griezumus, kuru platums ir 1-2 mm, pie PCB antenas pamatnes, kā redzams pirmajā attēlā. Tas efektīvi noņem esošo antenu no ķēdes.
2. No otras puses, izmantojot precīzu o nazi, noberziet aizsargpārklājumu virs iezemētās plaknes malas, kā norādīts otrajā attēlā iepriekš
3. Izgrieziet divus 24ga. Vadi līdz apm. 50 mm
4. No katra stieples viena gala noņemiet pāris milimetrus izolācijas.
5. Salieciet tukšo daļu taisnā leņķī uz stieples, kas jāpiestiprina pie zemes.
6. Līmējiet katru vadu uz leju (ieteicams: vakariņu līme vai karstā līme), lai tukšais gals būtu gatavs lodēšanai; viens tieši zem griezuma pēdām, otrs - iezemētās plaknes malā aizmugurē. Abiem vadiem jāatrodas paralēli un 6 mm attālumā viens no otra.
7. Kad līme ir sacietējusi, ielieciet lodēšanas plūsmas pastu vietā, kur gatavojaties lodēt, un pēc tam pielodējiet. Es iesaku izmantot plūsmu, lai lodēšana notiktu ātri un jūs nepārsildītu dēli.
8. Veiciet kraukšķīgus taisnleņķa līkumus vados, viens no otra, pie PCB malas, ~ 6 mm uz augšu no vietas, kur beidzas iezemējuma plakne. Skatiet pēdējos divus attēlus iepriekš. Ja neesat pielīmējis vadus, esiet īpaši piesardzīgs, lai neradītu pārāk lielu slodzi uz lodēšanas punktiem.
9. Izmēriet katru stieples segmentu, kas iet gar dēļa malu līdz 30 mm no tā 90 grādu līkuma, un nogrieziet tos tur. Es atklāju, ka nevaru precīzi izmērīt un griezt, tāpēc izmērīju un ar smalku šķiedru galu marķieri atzīmēju, kur griezt.
10. Ar omu mērītāju pārbaudiet, vai vadam pie vecās antenas PCB pēdām nav nepārtrauktības nevienā no 1. solī veiktajiem izcirtņiem.

3. darbība. Gatavs produkts

Jūsu NRF24L01+ modulis tagad darbosies daudz izcilāk nekā jebkuros projektos, kuros tos izmantojat. Jūs varat izbaudīt uzlabotu uzticamību ar lielāku diapazonu vai ar zemākiem radio jaudas iestatījumiem. Jums tas būtu jāatrod, pat mainot tikai vienu radio (raidītāju vai uztvērēju); un gūstiet divreiz lielāku labumu, ja izmantojat modificētu vienību abos galos. Atcerieties, ka antenas jānovieto paralēli viena otrai. Es īstenoju projektu ar vairākām tālvadības sensoru vienībām, izmantojot šos modificētos radioaparātus (vertikāli orientētus ar zemes kājām vērstus uz leju), kas visi sarunāsies ar centrālo bāzes staciju, izmantojot NRF24L01+PA+LNA un ārēju antenu.

Raidītāja un uztvērēja antenām jūsu projektā jābūt orientētām līdzīgi gan horizontāli, gan vertikāli, un ļoti vēlams paralēli viena otrai. Turklāt, iespējams, bezmaksas orientācijā, ja zināt, ka viņiem ir virziena izvēle (šeit tas parasti nav norādīts). Ja jūsu antenas nav fiziski atšķirīgas, piemēram, neizmantojat ārējo antenu ar lielu pastiprinājumu vienā galā, vislabāk, ja antenas ir identiskas un orientētas tieši tāpat. Tas tiek darīts, lai panāktu maksimālu uzticamību un diapazonu, un, ņemot vērā, ka antenas ir uzstādītas stacionāri.

Galu galā uzlabojumu apjomu ir nedaudz grūti noteikt; bet savā pieteikumā es to ievietoju no 50 līdz 100% salīdzinājumā ar nemodificētajām versijām. Es domāju, ka tas ir vismaz tikpat labs kā iekārta ar 2.5db ārējo antenu; bet ne tik efektīva kā NRF24L01+PA+LNA vienība.

Šīs pamācības galvenais nolūks ir vienkārši norādīt, kā izstrādāt modificētu NRF24L01+ ar izcilu dipola antenu, lai tā sasniegtu lielākas pārraides un saņemšanas iespējas un labāku lietojamību projektos.

Iespējams, tas būs viss, kas interesēs lielāko daļu cilvēku. Ar domu: “Ko man darīt, lai no šīm vienībām iegūtu lielāku izmantojamo diapazonu?”

Tātad šajā brīdī … ir pie tā; un dariet man zināmus savus panākumus savos projektos, izmantojot savus pielāgotos radioaparātus.

Ja vēlaties iepriekš pārbaudīt savu modificēto (-os) radio (-us), vēlāk testēšanai esmu iekļāvis programmatūru, ko izveidoju testēšanai.

4. darbība. Kā es optimizēju šo dizainu

Tagad tiem, kas ir ieinteresēti, es turpināšu nedaudz pastāstīt par to, kā es pārbaudīju un kvalificēju iespējamos uzlabojumus. Tomēr, lūdzu, ņemiet vērā, ka šajā pamācībā galvenā uzmanība nav pievērsta testēšanas īstenošanai.

Lai pārbaudītu jebkuru Arduino vai līdzīgas plates, var izmantot NRF24L01+ moduļus. 01+ versijas ir nepieciešamas kopā ar testa programmatūru, kā rakstīts, jo tā izmanto 250KHz pārraides ātrumu. Noteikti barojiet radio tikai ar spriegumu 1,9-3,6 V.

Lai veiktu diapazona uzticamības pārbaudi, es kā tālvadības pulti izmantoju pro-mini Arduino un nemodificētu NRF24L01+. Kas vienkārši saņem datu paketi un apstiprina to atpakaļ kā apstiprinājumu. Tie tika izslēgti no 3.3V regulēta.

Šo montāžu līmēju nelielā kastē, kuru es varētu viegli un atkārtoti novietot dažādās testa vietās.

Kā galveno uztvērēju es izmantoju Nano3.0 MCU ar modificētu NRF24L01+. Šis gals bija nekustīgs un sniedza testa rezultātus (izmantojot 16x02 LCD displeju vai sērijas monitoru). Jau sākumā konstatēju, ka uzlabota antena nodrošinās gan labāku pārraides, gan uztveršanas iespēju. Turklāt es iegūtu tādus pašus testa rezultātus ar doto modificēto radio, ko izmanto abos galos. Ņemiet vērā, ka testā katra puse gan pārraida, gan saņem, tas ir tāpēc, ka pēc pārraides ir saņemts apstiprinājums, kas jāsaņem, lai to varētu uzskatīt par veiksmīgu saziņu.

Ņemiet vērā, ka testēšanas rezultātus var ietekmēt daudzas lietas:

• Pieskaroties RF24 modulim vai tā vadiem.
• Cilvēka ķermenis sakrīt ar pārvades līniju.
• Iepriekš minētajiem diviem ir pozitīva ietekme.
• Barošanas sprieguma raksturojums
• Galvenokārt raidītāja un uztvērēja antenu orientācija.
• Cita WiFi satiksme apkārtnē. Tas var izraisīt atšķirības, kas var šķist “laba laika” un “vētras apstākļu”. Tāpēc es mēģināju galvenokārt pārbaudīt labvēlīgos apstākļos. Es atkārtotu testu, lai iegūtu labākos rezultātus konkrētai testējamai vienībai un vēlāk salīdzinātu šos rezultātus ar salīdzināmiem rezultātiem, kas iegūti citās testa vienībās.

Iekštelpās ir grūtāk iegūt ticamus testa rezultātus, salīdzinot ar ārā ar redzamības līniju. Es varētu iegūt krasas rezultātu atšķirības, pārvietojot vienas vienības pozīciju tikai par dažām collām. Tas ir saistīts ar blīvumu un barjeru un atstarojošo signālu ceļiem. Vēl viens faktors varētu būt antenas signāla stipruma modeļi, taču es šaubos, vai tas varētu izraisīt krasas atšķirības dažu collu kustībā no vienas puses uz otru.

Es izstrādāju programmatūru, lai sniegtu nepieciešamo veiktspējas statistiku.

Turklāt es iestatīju, cik vien iespējams, testa nosacījumus. Antenas (Tx & Rx), kas novietotas vienā un tajā pašā orientācijā katram veiktspējas testu akumulatoram, līdzīgi kā piestiprināšana pie marķētas vietas. Turpmāk sniegto testu rezultāti ir vairāku testu kopums no vairākām vietām. Izmantotajos testa apstākļos nemodificēts radio nespēja saņemt nevienu veiksmīgu ziņojumu.

Vislabākos rezultātus ieguvu ar 24ga. virs 30 g. vads. Rezultāti bija tikai nedaudz labāki; teiksim 10 procenti. Jāatzīst, ka es izmēģināju tikai divus līdzīgi pieslēgtus gadījumus, un, iespējams, bija 1 mm atšķirības kopējā antenas topoloģijā (segmentu atšķirību summa). Tālāk es atkārtoju pirmo atkārtojumu, izmantojot 30ga.; veicot vairākus 1 mm pielāgojumus. Tad dublēja šos vadu garumus ar 24ga. bez turpmākiem salīdzināmiem eksperimentiem garumā ar 24 ga. Vads.

[Skatīt 1. tabulas rezultātus attēlā iepriekš]

Tā kā es vēlējos, lai manas ierīces ietilptu nelielā manā korpusā, es pārslēdzos no tā, ka antenas pārraides vadi atrodas 10 mm attālumā un 10 mm gari, lai tie būtu tikai 6 mm un 6 mm, pēc tam pārbaudīju, vai šai konfigurācijai ir optimāli pielāgoti antenu garumi. Šeit ir dažādu manu testu rezultātu kopsavilkums:

[Skatīt 2. tabulas rezultātus attēlā iepriekš]

Turpmāka pārbaude, izmantojot labāku laboratorijas mērīšanas aprīkojumu, neapšaubāmi varētu izstrādāt un apstiprināt uzlabotu segmentu garumu (stieples izmēru un, iespējams, piestiprināšanas vai orientācijas punktus), lai nodrošinātu patiesu šīs dipola antenas modifikācijas veiktspēju nRF24 radioaparātiem.

Informējiet mūs, ja iegūstat pārbaudāmu uzlabojumu (24ga. 6X6mm x 30mm konfigurācijā). Daudzi no mums vēlētos maksimāli izmantot šos radioaparātus (nepievienojot apjomīgu antenu).

Raidītāja un uztvērēja antenām jūsu projektā jābūt orientētām līdzīgi gan horizontāli, gan vertikāli, un ļoti vēlams paralēli viena otrai. Turklāt, iespējams, bezmaksas orientācijā, ja zināt, ka viņiem ir virziena izvēle (šeit tas parasti nav norādīts). Ja jūsu antenas nav fiziski atšķirīgas, piemēram, neizmantojat ārējo antenu ar lielu pastiprinājumu vienā galā, vislabāk, ja antenas ir identiskas un orientētas tieši tāpat. Tas tiek darīts, lai panāktu maksimālu uzticamību un diapazonu, un, ņemot vērā, ka antenas ir uzstādītas stacionāri.

5. darbība. Aparatūra un programmatūra, ko izmantoju testēšanā

Aparatūra, ko izmantoju 2 Arduino saderīgu MCU testēšanai

2 NRF24L01+

Reizēm es izmantoju arī a16x02 LCD displeju (ērtai reāllaika apskatei. Sērijas konsoli var izmantot arī, lai iegūtu testa rezultātus) spiedpogu (lai sāktu jaunu testu komplektu, pretējā gadījumā jums būs jāiziet restartēt)

Saites uz aparatūru, ko es ieteiktu un izmantotu:

MCU: Nano V3.0 Atmega328P eBay vai Pro-Mini:

NRF24L01+ moduļi https://ebay.com/itm/191351948163 un

16x02 LCD IC2 displeja modulis

Lejupielādējiet pasta indeksa failus šeit: