Özel PCB Antenli Raspberry Pi Zero Wifi Erişim Noktası: 6 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Ne yapıyoruz?

Bu öğreticinin başlığında birçok teknik terim vardır. Hadi parçalayalım.

Raspberry Pi Zero (Rπ0) nedir? Raspberry Pi Zero, küçük bir bilgisayardır. Raspberry Pi tek kartlı bilgisayarın daha küçük versiyonudur ve 30 mm'ye 65 mm'ye 5 mm'lik bir kutuya sığabilir. Küçük boyutuna ek olarak, çok ucuz ve çok düşük güç. Ayrıca, tam bir Linux tabanlı işletim sistemi olan Raspbian'ı çalıştıracak kadar güçlüdür. Diğer bilgisayarlarda olduğu gibi, web'de gezinmek, oyun oynamak, ofis araçlarını kullanmak, yazılım yazmak vb. için Rπ0'ı kullanabilirsiniz. Bu öğretici, yerleşik bir wifi adaptörüne sahip Raspberry Pi Zero Model W'yi kullanır.

Wi-Fi adaptörü nedir? Cep telefonunuzu, tabletinizi veya dizüstü bilgisayarınızı internete bağlamak için wifi kullanmak istiyorsanız, cihazınızın bir wifi adaptörüne ihtiyacı vardır. Bir wifi adaptörü devre ve bir anten içerir. Veri sinyallerini, örneğin 2,4 GHz'e yakın frekansta elektromanyetik dalgalara dönüştürür. Çoğu cep telefonu, tablet ve dizüstü bilgisayarda yerleşik bir wifi adaptörü bulunur. Ancak, bir bilgisayara USB üzerinden bağlanan harici bir wifi adaptörü de satın alabilirsiniz. Bu projede hem Rπ0'ın dahili wifi adaptörünü hem de harici bir wifi adaptörünü kullanıyoruz.

Wi-Fi erişim noktası nedir? Birden fazla cep telefonu, tablet veya bilgisayar tek bir wifi erişim noktası ile kablosuz olarak iletişim kurabilir ve bu cihazlardan gelen veriler erişim noktası aracılığıyla internete aktarılır. Bu projede, Rπ0 wifi erişim noktasıdır. Neden kendi wifi erişim noktanızı istiyorsunuz? Cihazların iletişim kurabilmesi için bir erişim noktasının yaklaşık 100 metre yakınında olması gerekir. Bir kütüphanenin merkezinde halka açık bir Wi-Fi erişim noktası olduğunu varsayalım. Bu mesafede dizüstü bilgisayarı olan herkes, kablosuz olarak çevrimiçi olmak için erişim noktasını kullanabilir. Ya 200 metre ötedeki kütüphanenin yanındaki parka girmek isterseniz? İlk erişim noktasından 100 m uzakta, kütüphane özelliğinin kenarına yeni bir erişim noktası koyabilirsiniz. Ardından, bu yeni erişim noktasının 100 m yakınında dizüstü bilgisayarı olan herkes de çevrimiçi olabilir. Mevcut bant genişliği sınırları dahilinde, bu erişim noktaları internet erişimini daha geniş bir alana yaymak için birbirine zincirlenebilir.

Özel Baskılı Devre Kartı (PCB) nedir? PCB, malzeme katmanlarının bir yalıtım levhası üzerine yerleştirilmesiyle oluşturulan bir devredir. Bakır istenilen yerlere desen verilerek teller oluşturulur ve parçaların yerleştirileceği delikler açılır. Özel PCB'ler özel yazılımlar kullanılarak tasarlanmıştır. Bu proje için açık kaynaklı KiCad yazılımı kullanılarak özel bir PCB tasarlandı. Tasarım daha sonra üretilmek üzere bir üreticiye gönderildi. Özel bir PCB tasarlamak ve sipariş etmek ne pahalı ne de zaman alıcıdır. Adımlar aşağıda detaylandırılmıştır. Bir PCB'yi yazılım kullanarak düzenler ve imal ettirirseniz, dayanıklı, hassas bir şekilde üretilmiş ve tam spesifikasyonlarınıza göre tasarlanmış bir devre elde edersiniz. Bu projede, bir wifi anteni yapmak için özel bir PCB kullanıyoruz.

Anten nedir? Anten, sinyalleri elektromanyetik radyasyona ve bu radyasyondan dönüştüren wifi erişim noktası donanımının bir parçasıdır. Birçok anten, sinyalleri her yönden eşit derecede iyi iletebilir ve alabilir. Diğer antenler yönlüdür ve belirli bir yönde çok daha iyi çalışır. Bu projede yönlü bir anten kullanmayı seçtik. Yönlü bir anten bir sinyal ilettiğinde, enerjiyi belirli bir yöne odaklar, böylece her şey eşit olduğunda, iyi hizalanmış bir yönlü anten, yönlü olmayan bir antenden daha uzun bir mesafede iletişim kurabilir. Bu Eğitilebilir Kitap, (tam anlamıyla) ataçlardan ve buzlu şeker çubuklarından yönlü bir wifi anteni yapan başka bir Eğitilebilir Kitaptan esinlenmiştir. Bu Eğitilebilir Kitap, bir wifi Yagi anteni için bir model içeriyordu ve antenimiz, küçük değişikliklerle bu modelden yapılmıştır. Yagi-Uda anteni olarak da adlandırılan bir Yagi anteni, orijinal olarak 1926'da tasarlanmış bir yönlü anten türüdür. Anten tasarımlarının yanı sıra antenler hakkında diğer bilgilerin yanı sıra bir başka harika kaynak da ARRL anten kitabıdır.

Bazı insanlar günde birkaç kez internete girerken, diğer birçok insan güvenilir internet erişiminden yoksundur. İnternet erişiminin olmaması hem kırsal hem de kentsel alanlarda bir sorundur ve hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkelerde bir sorundur. Örneğin, Detroit'in de içinde bulunduğu Michigan'daki Wayne County'deki hanelerin %23'ü 2017'de internet erişiminden yoksundu. Bilgisayar erişimi olmayan birçok kişinin kaynakları sınırlı olduğundan bu sorunun çözümlerinin ucuz olması gerekiyor. Ayrıca çözümlerin bakır tel veya fiber optik kablo döşemek gibi altyapı gerektirmeden çalışması gerekiyor. Bu talimatlarda, interneti kendiniz genişletebilmeniz için kendi wifi erişim noktanızı nasıl oluşturacağınızı gösteriyoruz.

Bu Eğitim Hakkında

Bu talimatlar modülerdir. Bu talimatların bazı kısımlarını, ondan önceki veya sonraki kısımları tamamlamanız gerekmeden takip edebilirsiniz. Örneğin, bir erişim noktası olarak bir Rπ0 kullanmakla ilgileniyorsanız, ancak antenlerle fazla ilgilenmiyorsanız, herhangi bir wifi adaptörünü kullanmaktan çekinmeyin ve anten yapma adımlarını görmezden gelin. Özel bir Yagi anteni yapmakla ilgileniyorsanız, doğrudan eğitimin o kısmına atlayın. Anten için PCB yerleşim dosyaları dahildir.

Wifi adaptörünü kurma adımı ve Rπ0'ı erişim noktası olarak kurma adımı Raspbian Stretch 4.14.52 ve 4.14.79 kullanılarak test edildi. Umarım gelecek sürümlerle çalışmaya devam ederler. Ancak, işletim sisteminin daha yeni sürümlerinde wifi erişimi için yapılandırma dosyaları değişirse bu adımların değiştirilmesi gerekebilir.

Adım 1: Sarf Malzemelerini Toplayın

Raspberry Pi Zero Kurulumu için Gerekli Malzemeler

• Raspberry Pi Zero WWifi yerleşik W modelini mutlaka edinin.https://www.adafruit.com/product/3400

  

• Mikro SD KartEn az 16 GB alın.https://www.amazon.com/gp/product/B073JWXGNT
• MicroSD Kart Okuyucu
• MicroUSB konektörlü USB Hubhttps://www.amazon.com/gp/product/B01JL837X8/
• USB Klavye ve Farehttps://www.amazon.com/d/Keyboard-Mouse-Combos/Log…
• Mini-HDMI - HDMI kablosuMikro-HDMI değil, Mini-HDMI boyutunu aldığınızdan emin olun.
• HDMI uyumlu monitör
• Güç Kaynağı Bunun yerine bir USB pil takımı kullanabilirsiniz.https://www.adafruit.com/product/1995

Wifi Erişim Noktasını Kurmak için Gereken Ek Malzemeler

Ayrılabilir Antenli Amazon Basics USB Wifi Adaptörü

Özel PCB Anteni için Gerekli Ek Malzemeler

• RG-58 Lehimlenebilir Kablo KonektörüDigikey parça numarası CONSMA007-R58-ND
• Özel Baskılı Devre Kartı
• Havya ve Az Miktarda Lehim

2. Adım: Raspberry Pi Zero'yu Ayarlayın

Raspbian NOOBs Lite zip dosyasını https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs adresinden indirin ve sıkıştırmasını açın.

MicroSD kart okuyucuyu kullanarak MicroSD kartı bilgisayara bağlayın. MicroSD kart ya yeni ya da yeni biçimlendirilmiş olmalıdır. Dosyaları MicroSD Karta kopyalayın.

Bir sonraki adım Rπ0 donanımını bağlamaktır. MicroSD kartı Rπ0'a takın. USB hub'ını Rπ0'a bağlayın ve klavyeyi ve fareyi USB hub'ına bağlayın. Rπ0'ı güç kaynağına bağlayın ve prize takın. Amazon Basics wifi adaptörü bu adımda kullanılmayacaktır, bu nedenle bağlantısız bırakın.

Raspbian işletim sistemini Rπ0'a kurmak için sihirbazdaki talimatları izleyin. Bu adım şunları içerir:

• Kurulan wifi ağında oturum açma
• Raspbian Full Kurulumu (Sabırlı olun, bu biraz zaman alır.)
• Ülkeyi, saat dilimini ve dili ayarlama
• Kullanıcı pi için bir şifre belirleme
• Kurulan wifi ağına bağlanma
• Güncelleniyor (Sabırlı olun, bu biraz zaman alabilir.)
• yeniden başlatma

Bu noktada Raspbian işletim sistemini çalıştıran çalışan bir Rπ0 bilgisayarımız var. Ekranın sağ üst köşesindeki wifi simgesine tıklayın. Kurulu wifi ağınıza bağlı wlan0'ı göstermelidir.

3. Adım: Wifi Adaptör Sürücüsünü Kurun

Amazon Basics marka wifi adaptörü anten projeleri için harikadır çünkü verilen anten sökülerek antenimiz vidalanabilir. Ne yazık ki, Raspbian bu wifi bağdaştırıcısını tanımıyor. Seri numarası 70F11C0531F8 olan bir Realtek 818b adaptörüdür. https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?…'ye göre içindeki çip RTL8192EU sürücüsünü gerektiriyor. Gerekli sürücü çevrimiçi olarak MrEngman'dan edinilebilir.

Sürücüyü yüklemek için Amazon Basic wifi adaptörünü USB hub'ına takın ve bir terminal açın. Komut satırına aşağıdaki komutları girin:

sudo wget https://fars-robotics.net/install-wifi -O /usr/bin/install-wifi

sudo chmod +x /usr/bin/install-wifi sudo kurulum-wifi -h sudo kurulum-wifi

Ekranın sağ üst köşesindeki wifi simgesine tıklayın.

wlan0 ve wlan1'i göstermeli ve her ikisi de kurulan wifi ağına bağlı olmalıdır. Bu noktada, dahili ve harici Amazon Basics wifi adaptörü olmak üzere iki çalışan wifi adaptörüyle çalışan çalışan bir Rπ0 bilgisayarınız var.

Adım 4: Rπ0'ı Erişim Noktası Olarak Ayarlayın

Bir sonraki adım, Rπ0'ı bir wifi erişim noktası olarak çalışacak şekilde ayarlamaktır. Bu adımın sonunda harici Amazon Basics wifi adaptörü Rπ0 tarafından wlan1 olarak adlandırılacak ve kurulan wifi ağı ile iletişim kuracaktır. Dahili wifi adaptörü Rπ0 tarafından wlan0 olarak adlandırılacaktır ve cep telefonları, tabletler ve dizüstü bilgisayarlar gibi cihazlar yeni wifi ağında Rπ0'a bağlanabilir. Bu cep telefonları, tabletler ve dizüstü bilgisayarlar, internette iletişim kurmak için bu yeni wifi erişim noktasını kullanabilecek.

Bu Rπ0, kurulu bir wifi ağının menzilini genişletebilir. Örneğin, bir cep telefonunu internete bağlamak istediğimizi, ancak cep telefonunun kurulan wifi erişim noktasından 200 m uzakta olduğunu varsayalım. Cep telefonu o kadar uzaktaki yerleşik wifi erişim noktasıyla iletişim kuramıyor olabilir. Ancak, yeni erişim noktası olan Rπ0'ı ortasına yerleştirebiliriz. Rπ0 daha sonra sadece 100 m uzaklıktaki yerleşik wifi ağı ile iletişim kurmak için harici wifi adaptörünü kullanabilir ve Rπ0 sadece 100 m uzaklıktaki cep telefonu ile iletişim kurmak için dahili wifi adaptörünü kullanabilir.

Adafruit, bir Raspberry Pi'yi bir wifi erişim noktası olarak nasıl kuracağınıza dair mükemmel bir öğreticiye sahiptir. Eğitim, wifi erişim noktasının kurulmasını, gerekli paketleri kurmayı, yapılandırma dosyalarını düzenlemeyi ve hizmetleri başlatmayı içeren adımları detaylandırır. Ancak, prosedürün birden fazla adımı vardır ve talimatların amaçlarımız için değiştirilmesi gerekir. Daha büyük Raspberry Pi yerine Rπ0 kullanıyoruz ve kablolu ve kablosuz erişim noktası yerine iki kablosuz erişim noktası arasında bağlantı kuruyoruz. Ek olarak, erişim noktasını başarıyla kurmak için yapılandırma dosyalarında daha fazla değişiklik yapılması gerekir.

Kurulum işlemini basitleştirmek için bir program yazdık. Ekli zip dosyası, erişim noktasının kurulumunu otomatikleştiren küçük bir C programının yanı sıra gereken değiştirilmiş yapılandırma dosyalarını içerir. Adafruit öğreticisine yakından dayanmaktadır. Bu program mevcut yapılandırma dosyalarını yedekler, zip dosyasında bulunan yeni yapılandırma dosyalarına kopyalar ve erişim noktasının kurulumunu tamamlar.

Yükleme komut dosyasını kullanabilmemiz için bazı ek paketlere ihtiyaç vardır. Gerekli yazılımı yüklemek için aşağıdaki komutları kullanın.

sudo apt-get install hostapd isc-dhcp-server

sudo apt-get install iptables-kalıcı

Ekli zip dosyasını indirin ve yeni bir dizine kaydedin. Bir terminal açın ve bu dizine geçin. Sonraki adımlar, dosyayı açmak ve yükleme komut dosyasını çalıştırmaktır.

tar-xzvf insatll-rpiAP.tar.gz

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

Bu program sizden (kurulu) wifi ağının adını ve şifresini girmenizi isteyecektir. Raspberry şifresi ile PI_AP adında yeni bir erişim noktası kuracaktır.

Komut dosyası tamamlandıktan sonra, Rπ0'ı yeniden başlatın. Şimdi, ekranın sağ üst kısmındaki ağ simgesine tıklarsanız, kablosuz arayüz bulunamadı diyor. Merak etme; varlar ve çalışıyorlar. Bu noktada orijinal wifi ağı var ve Pi_AP adında yeni bir wifi ağımız var. Bir cep telefonu veya başka bir cihaz alın ve yeni wifi erişim noktasına bağlanmayı deneyin. Bu yeni erişim noktasını kullanırken internet bağlantısını test etmek için cihazda bir web tarayıcısı açın.

Aşağıdaki yedi yapılandırma dosyası kurulum programı tarafından değiştirilir: /etc/dhcp/dhcpd.conf, /etc/default/isc-dhcp-server, /etc/network/interfaces, /etc/hostapd/hostapd.conf, /etc /default/hostapd, /etc/init.d/hostapd ve /etc/sysctl.conf. Bu yapılandırma dosyalarında ek değişiklikler yapmak isteyebilirsiniz. Yukarıda bahsedilen Adafruit öğreticisi ek ayrıntılar sağlar. Örneğin, yeni erişim noktanızın adını veya parolasını değiştirmek istiyorsanız /etc/hostapd/hostapd.conf dosyasını değiştirin. Eğer kurulu ağınıza birden fazla Rπ0 erişim noktası bağlamak istiyorsanız, her birinin benzersiz bir IP adresine ihtiyacı vardır. Yükleme işlemi 192.168.42.1'i kullanır. /etc/dhcp/dhcpd.conf ve /etc/network/interfaces dosyalarının değiştirilmesi gerekecektir. Ayrıca, zz'nin başka bir tamsayı ile değiştirildiği sudo ifconfig wlan0 192.168.zz.1 komutuna ihtiyacınız olacaktır. Ayrıca, bu erişim noktası yalnızca IPv4 iletişimi için test edilmiştir. Erişim noktasında hem IPv4 hem de IPv6 iletişimi için yükleme prosedüründe veya yapılandırma dosyalarında ek değişiklikler gerekebilir.

Adım 5: Anteni Tasarlayın

Anten tasarlamak ve yapmak göründüğünden daha kolaydır. Yaklaşımımız bir modelle başlamak, onu değiştirmek, hala ihtiyaçlarımızı karşıladığından emin olmak için simüle etmek ve ardından bir PCB üzerine yerleştirmekti. Kendi anteninizi yapmak istemiyorsanız, wifi adaptörüyle birlikte gelen anteni kullanın. Alternatif olarak, kendi anteninizi tasarlamak veya simüle etmek yerine yapmak istiyorsanız, PCB yerleşim dosyalarımızı ekledik. Ancak anten tasarımı, anten simülasyonu veya PCB düzeni ile ilgileniyorsanız okumaya devam edin. Kullandığımız anten optimize edilmemiş. Buradaki amaç ideal bir anten göstermek değil, kendi anteninizi nasıl yapabileceğinizi göstermektir.

Wifi frekanslarında çalışan yönlü bir anten istedik. Başladığımız Eğitilebilirlik, ataç ve buzlu şeker çubuklarından yapılabilen yönlü bir Yagi anteni için ayrıntılı bir model içerir. Sadece bir değişiklik yaptık. Bu anten 42 cm uzunluğundadır ve 15 iletken eleman içerir. Anten daha kısa olsun diye dördü hariç tüm elementlerden kurtulduk.

Daha sonra, daha az elemanla bile hala yönlü olduğundan emin olmak için anteni simüle ettik. EZNECby Roy Lewallen, kullanımı kolay bir anten simülasyon aracıdır. EZNEC 6.0'ın demo sürümünü kullandık. Bu yazılımı kullanmanın ilk adımı anteni tanımlamaktır. Teller düğmesine tıklayın ve anten elemanlarının konumunu girin. Bu elemanların boyutu ve konumu, anten modelinde ayrıntılı olarak belirtilmiştir. Ardından wifi sinyalleri için frekansı 2,4 GHz olarak belirledik ve zemin tipini boş alan olarak seçtik. WifiYagi.ez antenini açıklayan EZNEC dosyası ektedir.

EZNEC simülasyonunun çıktısı aşağıda gösterilmiştir ve değiştirilmiş antenin hala yönlü olduğunu doğrular. Şeklin sol kısmı anteni göstermektedir. Siyah çizgiler iletken öğelerdir ve ikinci öğedeki kırmızı daire, wifi adaptörünün bağlandığı yerdir. Şeklin sağ kısmı 3B radyasyon deseni grafiğidir. Şekil, farklı açılarda bir verici antenden sabit bir mesafede sinyalin göreli gücünü göstermektedir. Çizim, x yönünde diğer yönlerden daha büyük olduğundan, anten yönlüdür. Anten tarafından iletilen enerjinin çoğu x yönünde gidecektir. Bu anteni düzgün bir şekilde yönlendirirsek ve diğer her şeyin eşit olduğunu varsayarsak, bu anten, yönlü bir anten kullanmadığımızdan daha uzun mesafelerde x yönünde iletişim kurabilmelidir.

Bir sonraki adım, özel PCB'yi yerleştirmektir. Başladığımız anten modelinin inşası kolay olsa da, kesin olarak inşa edilmesi zordur. Baskılı devre kartları daha doğru üretilir ve daha dayanıklıdır. Açık kaynak kodlu KiCad programını kullandık. PCB yerleşim dosyalarımız wifi_pcb.tar.gz'de eklenmiştir. Dosyayı açmak için şu komutu kullanın:

tar -zxvf wifi_pcb.tar.gz

PCB'yi yerleştirme adımları şunlardır:

• Yeni bir KiCad projesi açın.
• PCB Düzen Düzenleyicisine gidin.
• Add Graphic Lines düğmesini ve Edge. Cuts katmanını seçin ve PCB'nin çevresini tanımlayın.
• Add Graphic Lines butonunu ve F. Cu katmanını seçin ve anten elemanlarını ön bakır katmana çizin.
• Vias Ekle düğmesini seçin ve wifi adaptörünün bağlanacağı yere iki delik yerleştirin.
• Grafik Çokgen Ekle düğmesini ve F. Maske katmanını seçin ve geçiş deliklerini kapatmaması için ön lehim maskesinde bir delik çizin. Arka lehim maskesinde de bir delik açmak için B. Mask katmanını kullanarak tekrarlayın.
• Serigrafi katmanlarına istediğiniz ek işaretleri veya etiketleri ekleyin.
• Gerber dosyalarını oluşturmak için Dosya'yı ve ardından Plot'u seçin.

Adım 6: Anteni Yapın

Düzenimizden yapılmış PCB'leri satın aldık. Adafruit, hobi dostu PCB üreticilerinin bir listesine sahiptir. Birkaç PCB üreticisini denesek de, hangisinin en iyisi olduğunu gerçekten bilmiyoruz. Gösterilen PCB, Oshpark tarafından üretilmiştir.

PCB geldiğinde, bir sonraki adım RG-58 koaksiyel konektörü lehimlemektir. PCB'nin iki geçiş deliği vardır. Konektörle birlikte gelen pim çok kısa, bu nedenle küçük bir tel parçasını geçiş deliklerinden birine lehimleyin. Kabuğu diğerine delik yoluyla bağlayan büyük bir lehim noktası koyun. Artık özel bir PCB'den yapılmış yönlü bir Yagi wifi anteniniz var.

Amazon Basics wifi adaptörünü çıkarın. Birlikte gelen anteni sökün ve yeni PCB antenini vidalayın. Wifi adaptörünü tekrar USB hub'ına takın. Proje şimdi tamamlandı.