Radio e përmirësuar NRF24L01 Me një modifikim të antenës dipole DIY .: 5 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:27

Situata ishte se unë kam qenë në gjendje të transmetoj dhe marr vetëm përmes 2 ose 3 mureve me një distancë prej rreth 50 këmbë, duke përdorur module standarde nRF24L01+. Kjo ishte e pamjaftueshme për përdorimin tim të synuar.

Më parë kisha provuar të shtoja kondensatorë të rekomanduar, por për mua dhe pajisjet e mia nuk u përmirësuan fare. Pra, ju lutemi injoroni ato në foto.

Për sensorët e mi të largët nuk doja pjesën më të madhe të një njësie si një nRF24L01+PA+LNA me një SMA Mount dhe antenë të jashtme. Kështu që unë krijova këtë modul të modifikuar.

Me këtë modul të modifikuar RF24 unë mund të kaloja nëpër katër mure me një distancë prej rreth 100 këmbë.

Ky modul gjithashtu duhet të dyfishojë distancën mbi një modul standard nRF24 kur përdoret me aplikacione të linjës së shikimit; si aeroplanët RF, kuadratët, makinat dhe anijet (100 metra). Unë nuk kam bërë asnjë linjë të qartë të testeve të shikimit. Në testet e mia kishte pajisje kuzhine dhe dollapë dhe dollapë plot me sende midis transmetuesve.

Këtu keni disa informacione të thella mbi një antenë dipole https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna për studime të mëtejshme të antenave provoni: https://www.arrl.org ose

Unë kam studiuar modelimin e antenave, por ka aq shumë të dhëna dhe teori specifike të projektimit rreth një numri të madh dhe në rritje të modeleve të antenave (veçanërisht për antenat kompakte me frekuencë të lartë), saqë është e lehtë të ndihesh pak i humbur në pyll. Pra eksperimentimi tenton të luajë një rol kyç.

Tani pasi kam kaluar të gjitha këto, unë ju jap këtu zbatimin e modifikimit tim të projektimit.

Hapi 1: Artikujt që ju nevojiten

Për të fabrikuar NRF24L01+ tuaj të përmirësuar me një antenë të përmirësuar (Dipole) do t'ju duhet:

• një modul NRF24L01+ https://www.ebay.com/itm/191351948163 ose www.ebay.com/itm/371215258056
• Hekuri për saldim dhe sende të ngjashme.
• Thikë e saktë (ose mjete të tjera për të hequr veshjet mbrojtëse)
• 24ga. Teli i fortë (opsionalisht deri në 30ga.)

Hapi 2: Modifikimi i modulit të radios

Fillova me modelet bazë të antenave dipole dhe i akordova në mënyrë eksperimentale.

Disa modele që kërkojnë një element ngth gjatësi vale kanë nevojë për rregullime të shkëlqyera për shkak të rasteve të kapacitetit, rezistencës, induktancës dhe rezonancave. Unë nuk kam mjete për të matur këto karakteristika në një qark aktiv 2.4 GHz, kështu që unë bëra rregullimin me sa duket të nevojshëm përmes testimit empirik.

Në foto janë disa nga njësitë e mia të testimit. Disa nga gjurmët u hoqën, pasi unë bashkova antena, të palidhura, të përkulura dhe të përthyera. Dy gjëra të mira dolën nga kjo. 1) Kaloj nga ana e sipërme në anën e poshtme për lidhjen e njërës këmbë me tokën, e cila doli të ishte më e mirë mekanikisht dhe nga ana e performancës. 2) Kam gjetur se është një ide e mirë të lidhësh telin me super-ngjitës ose ngjitës të nxehtë për lehtësimin e tendosjes (vazhdimisht lakova antenën gjatë gjithë testimit.) E bërë së pari, kjo mund t'i mbajë ato për bashkim.

Hapat për të bërë modifikimin:

1. Bëni dy prerje, 1-2 mm të gjera, të gjurmëve pranë bazës së antenës PCB, siç shihet në imazhin imazhi i parë më sipër. Kjo në mënyrë efektive nxjerr antenën ekzistuese nga qarku.
2. Nga ana tjetër, duke përdorur një thikë të saktë, hiqni veshjen mbrojtëse mbi skajin e rrafshit të tokës, siç tregohet në imazhin e dytë më sipër
3. Pritini dy 24ga. Telat përafërsisht 50mm
4. Hiqni disa milimetra izolim nga një fund i secilit tel.
5. Përkulni pjesën e zhveshur në një kënd të drejtë në telin që do të ngjitet në tokë.
6. Ngjiteni çdo tel poshtë (rekomandoni: zam për darkë ose ngjitës të nxehtë), në mënyrë që fundi i zhveshur të jetë gati për tu bashkuar; njëra nën gjurmët e prera, tjetra në buzë të rrafshit tokësor në anën e pasme. Të dy telat duhet të vendosen paralelisht dhe 6 mm larg.
7. Pasi të jetë vendosur zam, vendosni pastën e fluksit të saldimit aty ku do të bashkoni, dhe pastaj i lidhni ato. Unë rekomandoj përdorimin e fluksit në mënyrë që bashkimi juaj të zgjasë shpejt dhe të mos e ngrohni pllakën.
8. Bëni kthesa të qarta të këndit të drejtë në tela, larg njëri -tjetrit, buzë PCB -së, ~ 6mm lart nga vendi ku përfundon rrafshi i tokëzimit. Referojuni dy imazheve të fundit më sipër. Nëse nuk i keni ngjitur telat poshtë, jini shumë të kujdesshëm që të mos bëni shumë stres në pikat e saldimit.
9. Matni secilin segment teli që kalon përgjatë skajit të tabelës në 30 mm nga kthesa e tij 90 gradë dhe prerë ato atje. Zbulova se nuk mund të matja dhe të prisja me saktësi, kështu që mata dhe shënova me një shënues të hollë me fije ku të prisja.
10. Me një matës ohm kontrolloni për t'u siguruar që tela pranë gjurmëve të PCB -së së antenës së vjetër nuk ka vazhdimësi në asnjë nga prerjet e bëra në hapin #1.

Hapi 3: Produkti i Përfunduar

Moduli juaj NRF24L01+ tani do të funksionojë shumë më mirë në çfarëdo projekti ku i përdorni. Ju ose mund të gëzoni besueshmëri të shtuar me një gamë më të madhe ose me cilësime më të ulëta të fuqisë së radios. Ju duhet ta gjeni këtë, madje edhe me vetëm modifikimin e një radio (transmetuesi ose marrësi); dhe merrni dyfishin e përfitimit kur përdorni një njësi të modifikuar në të dy skajet. Mos harroni të jeni të sigurtë që të orientoni antenat paralelisht me njëra -tjetrën. Unë jam duke zbatuar një projekt me njësi të shumta të sensorit të largët duke përdorur këto radio të modifikuara (të orientuara vertikalisht me këmbët e tyre të tokës drejtuar poshtë), i cili do të bashkëbisedojë me një stacion bazë qendror duke përdorur një NRF24L01+PA+LNA dhe një antenë të jashtme.

Antenat transmetuese dhe marrës, në projektin tuaj duhet të orientohen në mënyrë të ngjashme horizontale ose vertikale dhe mundësisht paralel me njëra -tjetrën. Për më tepër, ndoshta në një orientim kompliment, nëse e dini që ata kanë një preferencë drejtimi (kjo nuk tregohet përgjithësisht këtu). Nëse antenat tuaja nuk janë domosdoshmërisht fizikisht të ndryshme, sikur të mos përdorni një antenë të jashtme me përfitim të lartë në njërën anë, atëherë është mirë që antenat të jenë identike dhe të orientuara saktësisht të njëjta. Kjo është për të arritur besueshmërinë dhe gamën maksimale, dhe duke pasur parasysh që antenat janë montuar të palëvizshme.

Në fund sasia e përmirësimit është pak e vështirë të përcaktohet; por në aplikacionin tim, e vendosa atë nga 50 në 100% mbi versionet e pa modifikuara. Unë mendoj se është të paktën aq i mirë sa një njësi me një antenë të jashtme 2.5db; por jo aq efektive sa një njësi NRF24L01+PA+LNA.

Synimi kryesor i këtij Udhëzuesi është thjesht të udhëzojë sesi të krijohet një NRF24L01+ i modifikuar me një antenë dipole superiore në mënyrë që të arrijë aftësi më të mëdha transmetimi dhe marrjeje dhe përdorueshmëri më të mirë në projekte.

Kjo është ndoshta gjithçka për të cilën do të interesohen shumica e njerëzve. Me idenë: "Çfarë bëj për të marrë një gamë më të madhe të përdorimit nga këto njësi?"

Pra, në këtë pikë… e keni atë; dhe më tregoni për sukseset tuaja me projektet tuaja duke përdorur radiot tuaja të personalizuara.

Nëse doni të provoni paraprakisht radio (t) tuaj të modifikuar, unë kam përfshirë softuerin që kam krijuar për testimin tim, në një hap të mëvonshëm.

Hapi 4: Si e optimizova këtë dizajn

Tani për ata që janë të interesuar, unë do të vazhdoj të ndaj pak për mënyrën sesi kam testuar dhe kualifikuar përmirësimet e mundshme. Sidoqoftë, ju lutemi vini re, se si të zbatoni testimin nuk është fokusi i këtij udhëzuesi.

Për testimin e çdo bordi Arduino ose të krahasueshëm, së bashku me modulet NRF24L01+, mund të përdoren. Versionet 01+ janë të nevojshme me programin testues, siç është shkruar, sepse përdor shpejtësinë e transmetimit 250KHz. Sigurohuni që të aktivizoni radiot vetëm me tensione prej 1.9-3.6v.

Për testimin e besueshmërisë së diapazonit tim, kam përdorur një Arduino pro-mini dhe një NRF24L01+ të pa modifikuar si telekomandë. E cila thjesht merr një paketë të dhënash dhe e bën atë si një mirënjohje. Këto u larguan nga 3.3V të rregulluara.

Unë e kisha këtë montim të ngjitur në një kuti të vogël të cilën mund ta pozicionoja me lehtësi dhe në mënyrë të përsëritur në vende të ndryshme testimi.

Kam përdorur një Nano3.0 MCU me NRF24L01+ të modifikuar si transmetuesin kryesor. Ky përfundim ishte i palëvizshëm dhe siguroi rezultate të testimit (nëpërmjet një ekrani LCD 16x02 ose monitorit serik). Herët konstatova se një antenë e përmirësuar do të rezultonte në aftësi më të mirë të transmetimit dhe marrjes. Më tej, unë do të merrja të njëjtat rezultate të testit me një radio të caktuar të modifikuar të përdorur në secilin skaj. Vini re se në test secila palë transmeton dhe merr, kjo ndodh sepse pas një transmetimi ka një njohje që duhet të merret në mënyrë që të llogaritet si një komunikim i suksesshëm.

Vini re se ka shumë gjëra që mund të ndikojnë në rezultatet e testimit:

• Prekja, ose pothuajse kështu, moduli RF24 ose telat në të.
• Trupi i dikujt është i lidhur me linjën e transmetimit.
• Dy të mësipërmet kanë një efekt pozitiv.
• Karakteristikat e tensionit të furnizimit
• Mbi të gjitha, orientimi i antenave të transmetuesit dhe marrësit.
• Trafiku tjetër WiFi në zonë. Këto mund të shkaktojnë dallime që mund të ndihen si ato të "motit të mirë" deri në "kushte të stuhishme". Kështu që unë u përpoqa të provoja kryesisht gjatë kushteve të favorshme. Unë do të përsëris testin për të marrë rezultatet më të mira për një njësi të caktuar nën provë dhe më vonë do t'i krahasoja ato rezultate me rezultate të krahasueshme të marra në njësitë e tjera të testimit.

Në ambiente të mbyllura është më e vështirë të marrësh rezultate të besueshme të testit në krahasim me ato jashtë me një vizion. Unë mund të marr dallime drastike në rezultate duke lëvizur pozicionin e njërës prej njësive me vetëm disa centimetra. Kjo është për shkak të dendësive dhe përbëjnë barriera dhe shtigje reflektuese të sinjalit. Një faktor tjetër mund të jenë modelet e fuqisë së sinjalit të antenës, por dyshoj se mund të shkaktojë dallime drastike në lëvizjen disa inç krah për krah.

Kam krijuar një softuer për të më siguruar disa statistika të nevojshme të performancës.

Plus unë konfigurova kushtet e provës, sa më shumë që të jetë e mundur. Ashtu si regjistrimi i antenave (Tx & Rx) në një vend të shënuar me të njëjtin orientim për secilën bateri të testeve të performancës. Rezultatet e testit më poshtë janë një mesatare e kombinuar e testeve të shumëfishta nga vende të shumta. Nën kushtet e testimit të përdorur, një radio e pa modifikuar nuk ishte në gjendje të merrte ndonjë mesazh të suksesshëm.

Kam marrë rezultatet më të mira me 24ga. mbi 30 g. tela. Rezultatet ishin vetëm pak më të mira; thonë 10 për qind. Padyshim që unë provova vetëm dy raste të lidhura në mënyrë të ngjashme, dhe mund të ketë pasur një ndryshim 1 mm në topologjinë e përgjithshme të antenës (shuma e dallimeve në segmente). Më tej, ndryshova përsëritjen e parë duke përdorur 30ga.; duke bërë disa rregullime 1mm. Pastaj u dyfishuan ato gjatësi teli me 24ga. pa eksperimente të tjera të krahasueshme në gjatësi me 24 ga. Tela.

[Shih rezultatet e Tabelës 1 në imazhin e mësipërm]

Ndërsa doja që njësitë e mia të futeshin në një kuti të vogël që kisha, kalova nga prizat e transmetimit të antenës që ishin 10 mm larg dhe 10 mm të gjata në vetëm 6 mm dhe 6 mm, pastaj u testova për gjatësitë optimale të antenave të akorduara për atë konfigurim. Këtu është një përmbledhje e përfunduar e rezultateve nga testet e mia të ndryshme:

[Shih rezultatet e Tabelës 2 në imazhin e mësipërm]

Testimi i mëtejshëm, me pajisje matëse më të mira laboratorike, pa dyshim që mund të krijojë dhe vërtetojë gjatësinë e segmentit të përmirësuar (madhësia e telit dhe ndoshta pikat e lidhjes ose orientimit) për performancën optimale të vërtetë të këtij modifikimi të antenës dipole për radiot nRF24.

Na tregoni nëse merrni një përmirësim të verifikueshëm (mbi një konfigurim 24ga. 6X6mm x 30mm). Shumë prej nesh do të donin të përfitonin sa më shumë nga këto radio (pa shtuar një antenë të rëndë).

Antenat transmetuese dhe marrës, në projektin tuaj duhet të orientohen në mënyrë të ngjashme horizontale ose vertikale dhe mundësisht paralel me njëra -tjetrën. Për më tepër, ndoshta në një orientim kompliment, nëse e dini që ata kanë një preferencë drejtimi (kjo nuk tregohet përgjithësisht këtu). Nëse antenat tuaja nuk janë domosdoshmërisht fizikisht të ndryshme, sikur të mos përdorni një antenë të jashtme me përfitim të lartë në njërën anë, atëherë është mirë që antenat të jenë identike dhe të orientuara saktësisht të njëjta. Kjo është për të arritur besueshmërinë dhe gamën maksimale, dhe duke pasur parasysh që antenat janë montuar të palëvizshme.

Hapi 5: Pajisje kompjuterike dhe softuer që kam përdorur në testimin tim

Pajisje kompjuterike që kam përdorur për testimin e 2 kompatibileve MCU Arduino

2 NRF24L01+

Ndonjëherë kam përdorur edhe një ekran LCD 16x02 (për shikim të përshtatshëm në kohë reale. Konzola serike mund të përdoret gjithashtu për të marrë rezultatet e testit) një buton shtypi (për të filluar një seri të re testesh, përndryshe do t'ju duhet të kaloni një Rifillo, fillo përsëri)

Lidhje me harduerin që do të rekomandoja dhe do të përdorja:

MCU: Nano V3.0 Atmega328P në eBay ose Pro-Mini:

NRF24L01+ module https://ebay.com/itm/191351948163 dhe

Moduli i ekranit 16x02 LCD IC2

Shkarkoni skedarët e kodit të zip këtu: