Raspberry Pi Zero Wifi Access Point me një Antenë të personalizuar PCB: 6 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

Çfarë po bëjmë?

Titulli i këtij tutoriali ka shumë terma teknikë. Le ta zbërthejmë.

Çfarë është Raspberry Pi Zero (Rπ0)? Raspberry Pi Zero është një kompjuter i vogël. Versionshtë versioni më i vogël i kompjuterit Raspberry Pi me një bord, dhe mund të futet në një kuti 30mm me 65mm me 5mm. Përveç madhësisë së tij të vogël, është shumë e lirë dhe me fuqi shumë të ulët. Alsoshtë gjithashtu mjaft i fuqishëm për të drejtuar një sistem operativ të plotë të bazuar në Linux, Raspbian. Si me çdo kompjuter tjetër, mund të përdorni Rπ0 për të shfletuar uebin, për të luajtur lojëra, për të përdorur vegla zyre, për të shkruar softuer etj. Ky tutorial përdor Raspberry Pi Zero Model W, i cili ka një përshtatës wifi të integruar.

Çfarë është një përshtatës wifi? Nëse dëshironi të përdorni wifi për të lidhur celularin, tabletin ose laptopin tuaj në internet, pajisja juaj ka nevojë për një përshtatës wifi. Një përshtatës wifi përmban qark dhe një antenë. Ai konverton sinjalet e të dhënave në dhe nga valët elektromagnetike me frekuencë afër, për shembull, 2.4 GHz. Shumica e celularëve, tabletëve dhe laptopëve përmbajnë një përshtatës wifi të integruar. Sidoqoftë, mund të blini një përshtatës të jashtëm wifi i cili lidhet me një kompjuter përmes USB. Në këtë projekt, ne përdorim si përshtatësin e brendshëm wifi të Rπ0 ashtu edhe një përshtatës të jashtëm wifi.

Çfarë është një pikë aksesi wifi? Celularë të shumtë, tableta ose kompjuterë mund të komunikojnë pa tel me një pikë hyrjeje të vetme wifi, dhe të dhënat nga këto pajisje transferohen përmes pikës së hyrjes në internet. Në këtë projekt, Rπ0 është pika e hyrjes wifi. Pse do të donit pikën tuaj të hyrjes wifi? Pajisjet duhet të jenë brenda rreth 100 metra nga një pikë aksesi për të komunikuar. Supozoni se ka një pikë hyrje publike wifi në qendër të një biblioteke. Çdokush me një laptop brenda asaj distance mund të përdorë pikën e hyrjes për të hyrë në internet me valë. Po sikur të doni qasje në parkun pranë bibliotekës, 200 metra larg? Ju mund të vendosni një pikë të re aksesi në buzë të pronës së bibliotekës, 100 m nga pika e parë e hyrjes. Pastaj, kushdo që ka një laptop brenda 100 m nga ajo pikë e re e hyrjes gjithashtu mund të hyjë në internet. Brenda kufijve të brezit të disponueshëm, këto pika aksesi mund të lidhen së bashku për të përhapur aksesin në internet në një zonë më të gjerë.

Çfarë është një Bord i Qarkut të Shtypur me porosi (PCB)? Një PCB është një qark i ndërtuar duke depozituar shtresa të materialit në një bord izolues. Bakri është modeluar në vendet e dëshiruara për të formuar tela dhe hapen vrima ku do të vendosen përbërësit. PCB -të e personalizuara janë krijuar duke përdorur softuer të specializuar. Për këtë projekt, një PCB e personalizuar u krijua duke përdorur softuerin KiCad me burim të hapur. Dizajni më pas iu dërgua një prodhuesi për t'u prodhuar. Projektimi dhe porosia e një PCB të personalizuar nuk është as e shtrenjtë dhe as kërkon kohë. Hapat janë detajuar më poshtë. Nëse vendosni një PCB duke përdorur softuer dhe e prodhoni atë, ju merrni një qark që është i qëndrueshëm, i prodhuar saktësisht dhe i projektuar sipas specifikimeve tuaja të sakta. Në këtë projekt, ne përdorim një PCB të personalizuar për të bërë një antenë wifi.

Çfarë është një antenë? Antena është pjesë e harduerit të pikës së hyrjes wifi e cila konverton sinjale në dhe nga rrezatimi elektromagnetik. Shumë antena mund të transmetojnë dhe marrin sinjale njësoj mirë nga të gjitha drejtimet. Antenat e tjera janë të drejtuara, duke funksionuar shumë më mirë përgjatë një drejtimi të veçantë. Në këtë projekt, ne zgjodhëm të përdorim një antenë drejtimi. Kur një antenë drejtuese transmeton një sinjal, ajo e përqendron energjinë në një drejtim të veçantë, kështu që, të gjitha të tjera të barabarta, një antenë drejtimi e rreshtuar mirë mund të komunikojë në një distancë më të gjatë se ajo që nuk është e drejtuar. Ky Instructable u frymëzua nga një Instructable tjetër që bëri një antenë wifi të drejtuar nga kapëse letre (fjalë për fjalë) dhe shkopinj. Ai Instructable përmbante një model për një antenë wifi Yagi, dhe antena jonë është bërë nga ai model me modifikime të vogla. Një antenë Yagi, e quajtur edhe antena Yagi-Uda, është një lloj antene drejtimi e krijuar fillimisht në vitin 1926. Një burim tjetër i madh i modeleve të antenave, si dhe informacione të tjera rreth antenave, është libri i antenave ARRL.

Ndërsa disa njerëz hyjnë në internet shumë herë në ditë, shumë njerëz të tjerë nuk kanë qasje të besueshme në internet. Mungesa e qasjes në internet është një problem si në zonat rurale ashtu edhe ato urbane, dhe është një problem si në vendet e zhvilluara ashtu edhe në vendet në zhvillim. Për shembull, 23% e familjeve në Wayne County Michigan, e cila përfshin Detroit, nuk kishin qasje në internet në vitin 2017. Zgjidhjet për këtë problem duhet të jenë të lira sepse shumë nga njerëzit pa qasje në kompjuter kanë burime të kufizuara. Për më tepër, zgjidhjet duhet të funksionojnë pa kërkuar infrastrukturë të tillë si vendosja e telit të bakrit ose kabllove me fibër optike. Në këto udhëzime ne tregojmë se si të krijoni pikën tuaj të hyrjes wifi në mënyrë që të zgjeroni internetin vetë.

Rreth këtij Udhëzuesi

Këto udhëzime janë modulare. Ju mund të ndiqni pjesë të këtyre udhëzimeve pa i plotësuar domosdoshmërisht pjesët para ose pas tij. Për shembull, nëse jeni të interesuar të përdorni një Rπ0 si një pikë hyrjeje, por nuk jeni shumë të interesuar për antenat, mos ngurroni të përdorni çdo përshtatës wifi dhe injoroni hapat që përfshijnë krijimin e antenës. Nëse jeni të interesuar të bëni një antenë të personalizuar Yagi, kaloni direkt në atë pjesë të mësimit. Skedarët e paraqitjes së PCB për antenën janë të përfshira.

Hapi për të instaluar përshtatësin wifi dhe hapi për të vendosur Rπ0 si një pikë aksesi u testuan duke përdorur Raspbian Stretch 4.14.52 dhe 4.14.79. Shpresojmë se ata do të vazhdojnë të punojnë me versionet e ardhshme. Sidoqoftë, këto hapa mund të kenë nevojë të modifikohen nëse skedarët e konfigurimit për qasjen wifi ndryshojnë në versionet më të reja të sistemit operativ.

Hapi 1: Mblidhni Furnizimet

Furnizimet e nevojshme për Konfigurimin Raspberry Pi Zero

• Raspberry Pi Zero W Sigurohuni që të merrni modelin W i cili është ndërtuar në wifi.

  

• Kartë Micro SD Merrni një të paktën 16 GB.
• Lexuesi i kartave MicroSD
• USB Hub me lidhës MicroUSB
• Tastiera USB dhe Mousehttps://www.amazon.com/d/Keyboard-Mouse-Combos/Log…
• Kabllo Mini-HDMI në HDMI Sigurohuni që të merrni madhësinë Mini-HDMI, jo Mikro-HDMI.
• Monitor i pajtueshëm me HDMI
• Furnizimi me energji Ju mund të përdorni një paketë USB me bateri.

Furnizime shtesë të nevojshme për vendosjen e Pikës së Qasjes Wifi

Përshtatës USB Wifi i Amazon Basics me Antenë të Shkëputshme

Furnizime shtesë të nevojshme për Antenën e PCB të personalizuar

• RG-58 Lidhës kabllor i ngjitshëm Numri i pjesës Digikey CONSMA007-R58-ND
• Bordi i Qarkut të Shtypur me porosi
• Hekuri i saldimit dhe sasia e vogël e salduesit

Hapi 2: Vendosni Raspberry Pi Zero

Shkarkoni skedarin zip Raspbian NOOBs Lite nga https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs dhe zbërtheni atë.

Lidhni kartën MicroSD me kompjuterin duke përdorur lexuesin e kartave MicroSD. Karta MicroSD duhet të jetë e re ose e sapo formatuar. Kopjoni skedarët në kartën MicroSD.

Hapi tjetër është lidhja e harduerit Rπ0. Futni kartën MicroSD në Rπ0. Lidhni shpërndarësin USB me Rπ0 dhe lidhni tastierën dhe miun me shpërndarësin USB. Lidheni Rπ0 me furnizimin me energji elektrike dhe lidheni atë. Përshtatësi wifi i Amazon Basics nuk do të përdoret në këtë hap, kështu që lini atë të palidhur.

Ndiqni udhëzimet në magjistar për të instaluar sistemin operativ Raspbian në Rπ0. Ky hap përfshin:

• Hyni në rrjetin e krijuar wifi
• Instalimi i Raspbian Full (Jini të durueshëm, kjo kërkon pak kohë.)
• Vendosja e vendit, zonës kohore dhe gjuhës
• Vendosja e një fjalëkalimi për pi përdoruesit
• Lidhja me rrjetin e krijuar wifi
• Përditësimi (Jini të durueshëm, kjo kërkon pak kohë.)
• Rinisja

Në këtë pikë, ne kemi një kompjuter Rp0 që punon me sistemin operativ Raspbian. Klikoni në ikonën wifi në këndin e sipërm të djathtë të ekranit. Duhet të tregojë wlan0 të lidhur me rrjetin tuaj të krijuar wifi.

Hapi 3: Instaloni Shoferin e Përshtatësit Wifi

Përshtatësi wifi i markës Amazon Basics është i shkëlqyeshëm për projektet e antenave sepse antena e furnizuar mund të hiqet, kështu që antena jonë mund të vidhet. Fatkeqësisht, Raspbian nuk e njeh këtë përshtatës wifi. Shtë një përshtatës Realtek 818b me numër serik 70F11C0531F8. Sipas https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?…, çipi në të kërkon drejtuesin RTL8192EU. Shoferi i nevojshëm është në dispozicion në internet nga MrEngman.

Për të instaluar drejtuesin, lidhni përshtatësin wifi të Amazon Basic në shpërndarësin USB dhe hapni një terminal. Vendosni komandat e mëposhtme në rreshtin e komandës:

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

Klikoni në ikonën wifi në të djathtën e sipërme të ekranit.

Duhet të tregojë wlan0 dhe wlan1, dhe të dy duhet të lidhen me rrjetin e krijuar wifi. Në këtë pikë, ju keni një kompjuter Rp0 që punon me dy përshtatës wifi që punojnë, atë të brendshëm dhe përshtatësin e jashtëm wifi të Amazon Basics.

Hapi 4: Vendosni Rπ0 si një pikë hyrjeje

Hapi tjetër është të vendosni Rπ0 për të vepruar si një pikë hyrjeje wifi. Në fund të këtij hapi, përshtatësi i jashtëm wifi i Amazon Basics do të quhet wlan1 nga Rπ0 dhe do të komunikojë me rrjetin e krijuar wifi. Përshtatësi i brendshëm wifi do të quhet wlan0 nga Rπ0, dhe pajisje të tilla si celularët, tabletët dhe laptopët mund të lidhen me Rπ0 në rrjetin e ri wifi. Këta celularë, tableta dhe laptopë do të jenë në gjendje të përdorin këtë pikë të re të hyrjes wifi për të komunikuar në internet.

Ky Rπ0 mund të zgjasë gamën e një rrjeti të krijuar wifi. Për shembull, supozoni se duam të lidhim një celular në internet, por telefoni celular është 200 m nga pika e vendosur e hyrjes wifi. Celulari mund të mos jetë në gjendje të komunikojë me pikën e krijuar të hyrjes wifi aq larg. Sidoqoftë, ne mund ta vendosim Rπ0 me pikën e re të hyrjes në mes. Rπ0 atëherë mund të përdorë përshtatësin e jashtëm wifi për të komunikuar me rrjetin e krijuar wifi i cili është vetëm 100 m larg, dhe Rπ0 mund të përdorë përshtatësin e brendshëm wifi për të komunikuar me celularin i cili është gjithashtu vetëm 100 m larg.

Adafruit ka një mësim të shkëlqyeshëm se si të vendosni një Raspberry Pi si një pikë hyrjeje wifi. Udhëzuesi detajon hapat që përfshijnë ngritjen e pikës së hyrjes wifi, instalimin e paketave të nevojshme, redaktimin e skedarëve të konfigurimit dhe fillimin e shërbimeve. Sidoqoftë, procedura ka hapa të shumtë dhe udhëzimet duhet të modifikohen për qëllimet tona. Ne po përdorim një Rπ0 në vend të Raspberry Pi më të madh, dhe ne po krijojmë një lidhje midis dy pikave të aksesit pa tel në vend të një pike aksesi me tel dhe pa tel. Për më tepër, nevojiten ndryshime të tjera në skedarët e konfigurimit për të vendosur me sukses pikën e hyrjes.

Ne kemi shkruar një program për të thjeshtuar procesin e instalimit. Skedari zip i bashkangjitur përmban skedarët e modifikuar të konfigurimit të nevojshëm, si dhe një program të vogël C i cili automatizon konfigurimin e pikës së hyrjes. Ajo bazohet ngushtë në tutorialin Adafruit. Ky program rezervon skedarët ekzistues të konfigurimit, kopjon në skedarët e rinj të konfigurimit që përmbahen në skedarin zip dhe përfundon instalimin e pikës së hyrjes.

Disa pako shtesë janë të nevojshme para se të mund të përdorim skriptin e instalimit. Përdorni komandat e mëposhtme për të instaluar programin e nevojshëm.

sudo apt-get install hostapd isc-dhcp-server

sudo apt-get install iptables-persistent

Shkarkoni skedarin zip të bashkangjitur dhe ruajeni në një drejtori të re. Hapni një terminal dhe kaloni në atë drejtori. Hapat e ardhshëm janë të hapni zinxhirin e skedarit dhe të ekzekutoni skriptin e instalimit.

tar-xzvf insatll-rpiAP.tar.gz

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

Ky program do t'ju kërkojë të futni emrin e rrjetit wifi (të krijuar) dhe fjalëkalimin e tij. Do të krijojë një pikë të re aksesi të quajtur PI_AP me fjalëkalim Raspberry.

Pasi skenari të jetë përfunduar, rindizni Rπ0. Tani, nëse klikoni në ikonën e rrjetit në pjesën e sipërme të djathtë të ekranit, thotë se nuk gjenden ndërfaqe pa tel. Mos u shqetësoni; ato ekzistojnë dhe funksionojnë. Në këtë pikë, ekziston rrjeti wifi origjinal dhe ne kemi një rrjet të ri wifi të quajtur Pi_AP. Merrni një celular ose pajisje tjetër dhe provoni të lidheni me pikën e re të hyrjes wifi. Hapni një shfletues uebi në pajisje për të testuar lidhjen e internetit gjatë përdorimit të kësaj pike të re hyrjeje.

Shtatë skedarët e mëposhtëm të konfigurimit modifikohen nga programi i instalimit: /etc/dhcp/dhcpd.conf,/etc/default/isc-dhcp-server,/etc/network/interfaces, /etc/hostapd/hostapd.conf,/etj /default/hostapd, /etc/init.d/hostapd, dhe /etc/sysctl.conf. Ju mund të dëshironi të bëni modifikime shtesë në këto skedarë konfigurimi. Udhëzuesi Adafruit i përmendur më lart jep detaje shtesë. Për shembull, modifikoni skedarin /etc/hostapd/hostapd.conf nëse doni të ndryshoni emrin e pikës tuaj të re të hyrjes ose fjalëkalimin e tij. Nëse doni të lidhni pika të shumta aksesi Rπ0 në rrjetin tuaj të krijuar, secila ka nevojë për një adresë IP unike. Procesi i instalimit përdor 192.168.42.1. Skedarët /etc/dhcp/dhcpd.conf dhe/etc/network/interfaces do të duhet të modifikohen. Përveç kësaj, do t'ju duhet komanda sudo ifconfig wlan0 192.168.zz.1 ku zz zëvendësohet nga një numër i plotë tjetër. Gjithashtu, kjo pikë aksesi është testuar vetëm për komunikimin IPv4. Ndryshime shtesë në procedurën e instalimit ose skedarët e konfigurimit mund të jenë të nevojshme për komunikimin IPv4 dhe IPv6 në pikën e hyrjes.

Hapi 5: Dizenjoni Antenën

Projektimi dhe bërja e një antene është më e lehtë sesa tingëllon. Qasja jonë ishte të fillojmë me një model, ta modifikojmë, ta simulojmë për të siguruar që ai ende i plotëson nevojat tona, dhe pastaj ta vendosim atë në një PCB. Nëse nuk doni të bëni antenën tuaj, përdorni atë që vjen me përshtatësin wifi. Përndryshe, nëse doni të bëni, por jo të dizajnoni ose simuloni, antenën tuaj, ne kemi bashkangjitur skedarët tanë të paraqitjes së PCB -ve. Sidoqoftë, lexoni nëse jeni të interesuar në hartimin e antenave, simulimin e antenave ose paraqitjen e PCB. Antena që ne përdorim nuk është optimizuar. Qëllimi këtu është të tregoni se si mund të bëni antenën tuaj, jo të tregoni një antenë ideale.

Ne donim një antenë të drejtuar që punon në frekuencat wifi. Instructable me të cilën filluam përfshin një model të detajuar për një antenë të drejtuar Yagi e cila mund të bëhet nga kapëse letre dhe shkopinj. Ne bëmë vetëm një modifikim. Kjo antenë është 42 cm e gjatë dhe përmban 15 elementë përçues. Ne i hoqëm të gjithë elementët përveç katër, kështu që antena do të jetë më e shkurtër.

Tjetra, ne simuluam antenën për të siguruar që ajo ishte akoma e drejtuar, edhe me më pak elementë. EZNECby Roy Lewallen është një mjet simulimi i antenës i lehtë për t’u përdorur. Ne përdorëm versionin demo të EZNEC 6.0. Hapi i parë për të përdorur këtë softuer është të përshkruani antenën. Klikoni në butonin Wires dhe futni vendndodhjen e elementeve të antenës. Madhësia dhe vendndodhja e këtyre elementeve janë të detajuara në modelin e antenës. Tjetra, ne vendosëm frekuencën në 2.4 GHz për sinjale wifi dhe zgjodhëm llojin e tokës të jetë hapësirë e lirë. Skedari EZNEC që përshkruan antenën, WifiYagi.ez, është i bashkangjitur.

Dalja e simulimit EZNEC është treguar më poshtë, dhe verifikon që antena e modifikuar është ende e drejtuar. Pjesa e majtë e figurës tregon antenën. Linjat e zeza janë elementët përcjellës, dhe rrethi i kuq në elementin e dytë është vendi ku lidhet përshtatësi wifi. Pjesa e djathtë e figurës është komploti i modelit të rrezatimit 3D. Figura tregon fuqinë relative të sinjalit në një distancë fikse nga një antenë transmetuese në kënde të ndryshme. Meqenëse komploti është më i madh në drejtimin x sesa në drejtimet e tjera, antena është e drejtuar. Shumica e energjisë së transmetuar nga antena do të shkojë në drejtimin x. Nëse e orientojmë siç duhet këtë antenë, dhe duke supozuar se gjithçka tjetër është e barabartë, kjo antenë duhet të jetë në gjendje të komunikojë në distanca më të gjata në drejtimin x sesa nëse nuk do të kishim përdorur një antenë drejtimi.

Hapi tjetër është përcaktimi i PCB -së së personalizuar. Ndërsa modeli i antenës me të cilin filluam është i lehtë për t'u ndërtuar, është i vështirë të ndërtohet me saktësi. Pllakat e qarkut të shtypur prodhohen më saktë, dhe ato janë më të qëndrueshme. Ne përdorëm programin me burim të hapur KiCad. Skedarët tanë të paraqitjes së PCB janë bashkangjitur, në wifi_pcb.tar.gz. Për të zbërthyer skedarin, përdorni komandën:

tar -zxvf wifi_pcb.tar.gz

Hapat për vendosjen e PCB janë:

• Hapni një projekt të ri KiCad.
• Shkoni te Redaktuesi i Planifikimit të PCB.
• Zgjidhni butonin Add Graphic Lines dhe shtresën Edge. Cuts dhe përcaktoni perimetrin e PCB.
• Zgjidhni butonin Add Graphic Lines dhe shtresën F. Cu dhe vizatoni elementët e antenës në shtresën e përparme të bakrit.
• Zgjidhni butonin Shto Vias dhe futni dy vrima ku do të lidhet përshtatësi wifi.
• Zgjidhni butonin Shto poligonin grafik dhe shtresën F. Maskë, dhe vizatoni një vrimë në maskën e saldimit të përparmë në mënyrë që të mos mbulojë vrimat përmes. Përsëriteni duke përdorur shtresën B. Mask për të nxjerrë një vrimë edhe në maskën e saldimit të pasmë.
• Shtoni çdo shenjë ose etiketë shtesë të dëshiruar në shtresat e ekranit të mëndafshit.
• Zgjidhni File pastaj Plot për të gjeneruar skedarët Gerber.

Hapi 6: Bëni Antenën

Ne kemi blerë PCB të bëra nga paraqitja jonë. Adafruit ka një listë të prodhuesve të PCB-ve miqësorë për hobi. Ndërsa ne kemi provuar disa Prodhues PC, ne me të vërtetë nuk e dimë se cila është më e mira. PCB e treguar është prodhuar nga Oshpark.

Pasi të mbërrijë PCB, hapi tjetër është lidhja në lidhësin koaks RG-58. PCB ka dy vrima përmes. Kunja që vjen me lidhësin është shumë e shkurtër, kështu që lidhni një copë teli të vogël në një nga vrimat përmes. Vendosni një pikë të madhe saldimi që lidh guaskën me tjetrën përmes vrimës. Tani keni një antenë të drejtpërdrejtë Yagi wifi të bërë nga një PCB e personalizuar.

Shkëputni përshtatësin wifi të Amazon Basics. Zhvidhosni antenën me të cilën keni ardhur dhe vidhosni antenën e re të PCB. Lidheni përsëri përshtatësin wifi në shpërndarësin USB. Projekti tani ka përfunduar.