DIY Dipol Anten Modifikasyonlu Gelişmiş NRF24L01 Radyo: 5 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Durum şuydu ki, standart nRF24L01+ modüllerini kullanarak sadece yaklaşık 50 fit mesafeli 2 veya 3 duvardan iletebiliyor ve alabiliyordum. Bu benim kullanım amacım için yetersizdi.

Daha önce önerilen kapasitörleri eklemeyi denedim, ancak benim ve donanımım için çok az gelişme oldu veya hiç gelişme olmadı. Bu yüzden lütfen fotoğraflarda onları görmezden gelin.

Uzak sensörlerim için, SMA Montajlı ve harici antenli bir nRF24L01+PA+LNA gibi bir ünitenin toplu olmasını istemedim. Bu yüzden bu değiştirilmiş modülü oluşturdum.

Bu modifiye edilmiş RF24 modülü ile yaklaşık 100 fit mesafedeki dört duvardan geçebildim.

Bu modül ayrıca, görüş hattı uygulamalarıyla kullanıldığında standart bir nRF24 modülüne göre mesafeyi neredeyse iki katına çıkarmalıdır; RF uçakları, dörtlü bakırlar, arabalar ve tekneler gibi (100s metre). Net bir görüş hattı testi yapmadım. Testlerimde, alıcı-vericiler arasında mutfak aletleri ve dolaplar ve eşya dolu dolaplar vardı.

İşte bir dipol anteni hakkında bazı derinlemesine bilgiler https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna Daha fazla anten çalışması deneyin: https://www.arrl.org veya

Anten tasarımı üzerinde biraz çalıştım, ancak çok sayıda ve artan sayıda anten tasarımı (özellikle yüksek frekanslı kompakt antenler için) etrafında o kadar çok özel tasarım verisi ve teorisi var ki, ormanda biraz kaybolmuş hissetmek kolay. Bu nedenle, deney kilit bir rol oynama eğilimindedir.

Şimdi tüm bunlardan geçtikten sonra, burada size sonuçta ortaya çıkan tasarım değişikliğimin uygulamasını veriyorum.

Adım 1: İhtiyacınız Olan Öğeler

Geliştirilmiş (Dipol) bir antenle kendi gelişmiş NRF24L01+'ınızı üretmek için ihtiyacınız olacak:

• bir NRF24L01+ modülü https://www.ebay.com/itm/191351948163 veya www.ebay.com/itm/371215258056
• Havya ve ilgili ürünler.
• Tam bıçak (veya koruyucu kaplamaları kazımak için başka araçlar)
• 24ga. Masif tel (isteğe bağlı olarak 30ga'ya kadar.)

Adım 2: Radyo Modülünü Değiştirme

Temel dipol anten tasarımları ile başladım ve onları deneysel olarak ayarladım.

¼ dalga boyu elemanı gerektiren bazı tasarımlar, kapasitans, empedans, endüktans ve rezonans örnekleri nedeniyle ince ayarlara ihtiyaç duyar. Aktif bir 2,4 GHz devresinde bu özellikleri ölçmek için araçlara sahip değilim, bu yüzden ampirik testler yoluyla görünüşte gerekli olan ayarlamayı yaptım.

Resimde benim test ünitelerimden birkaçı. Olası antenleri lehimlediğim, lehimlemediğim, büktüğüm ve yeniden büktüğüm için bazı izler çekildi. Bundan iki güzel şey çıktı. 1) Bir ayağı yere tutturmak için üst taraftan alt tarafa geçiyorum, bunun mekanik ve performans açısından daha iyi olduğu ortaya çıktı. 2) Gerilimi azaltmak için kabloyu süper yapıştırıcı veya sıcak yapıştırıcı ile bağlamanın iyi bir fikir olduğunu gördüm (tüm testler sırasında yanlışlıkla anteni bükmeye devam ettim.) İlk önce yapılırsa, bu onları lehimleme için tutabilir.

Değişikliği yapma adımları:

1. Yukarıdaki ilk resimde görüldüğü gibi, PCB anteninin tabanına yakın izlerden 1-2 mm genişliğinde iki kesim yapın. Bu, mevcut anteni etkin bir şekilde devreden çıkarır.
2. Diğer tarafta, bir tam-o bıçağı kullanarak, yukarıdaki ikinci resimde gösterildiği gibi, koruyucu kaplamayı yer düzleminin kenarından kazıyın.
3. İki 24ga kesin. Yaklaşık teller. 50 mm
4. Her telin bir ucundan birkaç milimetrelik izolasyonu soyun.
5. Toprağa bağlanacak telin çıplak kısmını dik açıyla bükün.
6. Her bir teli yapıştırın (önerilen: akşam yemeği tutkalı veya sıcak tutkal), böylece çıplak uç lehimlenmeye hazır olur; biri kesim izlerinin hemen altında, diğeri ise arkada yer düzleminin kenarında. İki tel paralel ve 6 mm aralıklı olmalıdır.
7. Tutkal ayarlandıktan sonra, lehim yapacağınız yere lehim akı macunu koyun ve ardından lehimleyin. Lehimlemenizin hızlı olması ve kartı aşırı ısıtmamanız için flux kullanmanızı öneririm.
8. Yer düzleminin bittiği yerden ~6 mm yukarıya, PCB'nin kenarından kablolarda birbirinden uzakta keskin dik açılı kıvrımlar yapın. Yukarıdaki son iki resme bakın. Tellerinizi yapıştırmadıysanız, lehim noktalarına çok fazla baskı uygulamamaya özellikle dikkat edin.
9. Tahtanın kenarı boyunca uzanan her bir tel parçasını 90 derecelik kıvrımdan 30 mm'ye kadar ölçün ve orada kesin. Doğru bir şekilde ölçemediğimi ve kesemediğimi keşfettim, bu yüzden nerede keseceğimi ince fiber uçlu bir işaretleyici ile ölçtüm ve işaretledim.
10. Bir ohm metre ile, eski anten PCB izlerinin yakınındaki kablonun 1. adımda yapılan kesimlerin hiçbirinde süreklilik olmadığından emin olun.

Adım 3: Bitmiş Ürün

NRF24L01+ modülünüz artık onları hangi projede kullanırsanız kullanın çok daha üstün bir performans gösterecektir. Daha geniş menzil veya daha düşük radyo güç ayarları ile gelişmiş güvenilirliğin keyfini çıkarabilirsiniz. Bunu, yalnızca bir radyoyu (verici veya alıcı) değiştirerek bile bulmalısınız; ve her iki uçta da değiştirilmiş bir birim kullanırken iki kat fayda elde edin. Antenleri birbirine paralel olarak yönlendirmeyi unutmayın. Bu değiştirilmiş telsizleri kullanan (toprak ayakları aşağı bakacak şekilde dikey olarak yönlendirilmiş) birden fazla uzak sensör ünitesine sahip bir proje uyguluyorum ve bunların tümü bir NRF24L01+PA+LNA ve bir harici anten kullanan merkezi bir baz istasyonu ile konuşacak.

Projenizdeki verici ve alıcı antenler, hem yatay hem de dikey olarak benzer şekilde yönlendirilmeli ve tercihen birbirine paralel olmalıdır. Ek olarak, yön tercihleri olduğunu biliyorsanız, belki de ücretsiz bir yönelimde (bu genellikle burada belirtilmez). Antenleriniz fiziksel olarak farklı değilse, örneğin bir uçta yüksek kazançlı harici anten kullanmıyorsanız, antenlerin aynı olması ve tamamen aynı yönelimli olması en iyisidir. Bu, maksimum güvenilirlik ve menzil elde etmek içindir ve antenler sabit olarak monte edilir.

Sonunda iyileştirme miktarını ölçmek biraz zor; ancak uygulamamda, değiştirilmemiş sürümlere göre %50'den %100'e çıkardım. En az 2.5db harici antenli bir ünite kadar iyi olduğunu düşünüyorum; ancak bir NRF24L01+PA+LNA ünitesi kadar etkili değildir.

Bu Eğitilebilir Yazının ana amacı, daha iyi bir çift kutuplu antene sahip değiştirilmiş bir NRF24L01+'nın nasıl tasarlanacağını öğretmektir, böylece projelerde daha fazla iletme ve alma kabiliyeti ve daha iyi kullanılabilirlik elde edecektir.

Muhtemelen çoğu insanın ilgileneceği tek şey budur. “Bu birimlerden daha fazla kullanılabilir alan elde etmek için ne yapmalıyım?” fikriyle.

Yani bu noktada… var; ve kendi özelleştirilmiş radyolarınızı kullanarak projelerinizle ilgili başarılarınızı bana bildirin.

Değiştirilmiş radyo(lar)ınızı önceden test etmek istiyorsanız, daha sonraki bir adımda testim için oluşturduğum yazılımı ekledim.

Adım 4: Bu Tasarımı Nasıl Optimize Ettim

Şimdi ilgilenenler için, olası iyileştirmeleri nasıl test ettiğim ve kalifiye olduğum hakkında biraz paylaşmaya devam edeceğim. Ancak, testin nasıl uygulanacağının bu talimatın odak noktası olmadığını lütfen unutmayın.

Herhangi bir Arduino veya benzer kartı test etmek için NRF24L01+ modülleri ile birlikte kullanılabilir. 250KHz iletim hızını kullandığından, test yazılımı ile birlikte 01+ sürümlerine ihtiyaç duyulur. Telsizleri yalnızca 1,9-3,6v voltajlarla çalıştırdığınızdan emin olun.

Menzil güvenilirlik testim için uzaktan kumanda olarak bir pro-mini Arduino ve değiştirilmemiş bir NRF24L01+ kullandım. Hangi basitçe bir veri paketi alır ve onu bir alındı olarak geri gönderir. Bunlar regüle edilmiş 3.3V ile çalıştırıldı.

Bu tertibatı, çeşitli test konumlarında kolayca ve tekrar tekrar konumlandırabileceğim küçük bir kutuya bantladım.

Ana alıcı-verici olarak değiştirilmiş NRF24L01+ ile bir Nano3.0 MCU kullandım. Bu uç sabitti ve test sonuçları sağladı (16x02 LCD ekran veya seri monitör aracılığıyla). Daha önce, geliştirilmiş bir antenin hem daha iyi iletme hem de alma yeteneği ile sonuçlanacağını belirledim. Ayrıca, her iki uçta da kullanılan belirli bir değiştirilmiş radyo ile aynı test sonuçlarını alırdım. Testte her iki tarafın da hem ilettiği hem de aldığına dikkat edin, çünkü bir iletimden sonra başarılı bir iletişim olarak sayılması için alınması gereken bir alındı vardır.

Test sonuçlarını etkileyebilecek birçok şey olduğunu unutmayın:

• RF24 modülüne veya kablolarına dokunmak veya buna yakın.
• Birinin vücudu iletim hattıyla aynı hizada.
• Yukarıdaki ikisinin olumlu bir etkisi vardır.
• Besleme gerilimi özellikleri
• Hepsinden önemlisi, verici ve alıcı antenlerin yönü.
• Bölgedeki diğer WiFi trafiği. Bunlar, 'iyi hava'dan 'fırtınalı koşullara' benzeyen farklılıklara neden olabilir. Bu yüzden esas olarak uygun koşullar sırasında test etmeye çalıştım. Test edilen belirli bir ünite için en iyi sonuçları elde etmek için testi tekrarlar ve daha sonra bu sonuçları diğer test ünitelerinde elde edilen karşılaştırılabilir sonuçlarla karşılaştırırdım.

İç mekanlarda güvenilir test sonuçları elde etmek, görüş alanı olan dış mekanlara kıyasla daha zordur. Birimlerden birinin konumunu yalnızca birkaç inç kaydırarak sonuçlarda ciddi farklılıklar elde edebilirim. Bu, yoğunluklardan ve engellerden ve yansıtıcı sinyal yollarından kaynaklanmaktadır. Bir başka faktör de anten sinyal gücü kalıpları olabilir, ancak birkaç inçlik hareketlerde yan yana ciddi farklılıklara neden olabileceğinden şüpheliyim.

Bana gerekli performans istatistiklerini sağlamak için bazı yazılımlar tasarladım.

Artı, mümkün olduğunca sabit test koşulları kurdum. Her performans testi pili için antenler (Tx & Rx) aynı yönde yerleştirilmiş işaretli bir yere bantlamak gibi. Aşağıdaki test sonuçları, birden çok konumdan birden çok testin birleştirilmiş ortalamasıdır. Kullanılan test koşulları altında, değiştirilmemiş bir telsiz üzerinden herhangi bir başarılı mesaj alamadı.

En iyi sonuçları 24ga ile aldım. 30ga'nın üzerinde. Tel. Sonuçlar sadece biraz daha iyiydi; yüzde 10 diyelim Kuşkusuz, aynı şekilde yalnızca iki kablolu örnek denedim ve toplam anten topolojisinde 1 mm'lik bir fark olabilir (segmentler arasındaki farkların toplamı). Ayrıca, 30ga'yı kullanarak ilk yinelemede ince ayar yaptım; birkaç 1 mm ayar yapmak. Daha sonra bu kablo uzunluklarını 24ga ile çoğaltın. 24 ga ile uzunluklarda başka karşılaştırılabilir deneyler olmadan. Tel.

[Yukarıdaki resimdeki Tablo 1 sonuçlarına bakın]

Ünitelerimin sahip olduğum küçük bir kasaya sığmasını istediğim için, anten iletim kablolarının 10 mm aralıklı ve 10 mm uzunluğunda olmasını sadece 6 mm ve 6 mm olacak şekilde değiştirdim, ardından bu konfigürasyon için optimum ayarlanmış anten uzunlukları için test ettim. İşte çeşitli testlerimden elde edilen sonuçların kısa bir özeti:

[Yukarıdaki resimdeki Tablo 2 sonuçlarına bakın]

Daha iyi laboratuvar ölçüm ekipmanı ile yapılan daha fazla test, nRF24 radyolar için bu dipol anten modifikasyonunun gerçek optimum performansı için iyileştirilmiş segment uzunluklarını (kablo boyutu ve muhtemelen bağlantı veya yönlendirme noktaları) tasarlayabilir ve doğrulayabilir.

Doğrulanabilir bir iyileştirme elde ederseniz bize bildirin (24ga. 6X6mm x 30mm konfigürasyon üzerinde). Birçoğumuz bu radyolardan en iyi şekilde yararlanmak istiyoruz (büyük bir anten eklemeden).

Projenizdeki verici ve alıcı antenler, hem yatay hem de dikey olarak benzer şekilde yönlendirilmeli ve tercihen birbirine paralel olmalıdır. Ek olarak, yön tercihleri olduğunu biliyorsanız, belki de ücretsiz bir yönelimde (bu genellikle burada belirtilmez). Antenleriniz fiziksel olarak farklı değilse, örneğin bir uçta yüksek kazançlı harici anten kullanmıyorsanız, antenlerin aynı olması ve tamamen aynı yönelimli olması en iyisidir. Bu, maksimum güvenilirlik ve menzil elde etmek içindir ve antenler sabit olarak monte edilir.

Adım 5: Testlerimde Kullandığım Donanım ve Yazılım

2 MCU Arduino uyumluluğunu test etmek için kullandığım donanım

2 NRF24L01+

Bazen bir 16x02 LCD ekran (uygun gerçek zamanlı görüntüleme için. Seri konsol test sonuçlarını almak için de kullanılabilir) bir basma düğmesi (yeni bir test seti başlatmak için, aksi takdirde tekrar başlat)

Tavsiye edeceğim ve kullandığım donanım linkleri:

MCU'lar: eBay veya Pro-Mini'de Nano V3.0 Atmega328P:

NRF24L01+ modülleri https://ebay.com/itm/191351948163 ve

16x02 LCD IC2 ekran modülü

Sıkıştırılmış kod dosyalarını buradan indirin: