Titik Akses Wifi Raspberry Pi Zero Dengan Antena PCB Custom: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Apa yang kita buat?

Tajuk tutorial ini mempunyai banyak istilah teknikal di dalamnya. Mari memecahkannya.

Apa itu Raspberry Pi Zero (Rπ0)? Raspberry Pi Zero adalah komputer kecil. Ia adalah versi komputer papan tunggal Raspberry Pi yang lebih kecil, dan boleh memuat dalam kotak 30mm x 65mm x 5mm. Selain saiznya yang kecil, ia sangat murah dan kuasa yang sangat rendah. Ia juga cukup kuat untuk menjalankan sistem operasi berasaskan Linux penuh, Raspbian. Seperti komputer lain, anda boleh menggunakan Rπ0 untuk melayari web, bermain permainan, menggunakan alat pejabat, menulis perisian, dan sebagainya. Tutorial ini menggunakan Raspberry Pi Zero Model W, yang mempunyai penyesuai wifi terpasang.

Apa itu penyesuai wifi? Sekiranya anda ingin menggunakan wifi untuk menyambungkan telefon bimbit, tablet, atau komputer riba ke internet, peranti anda memerlukan penyesuai wifi. Penyesuai wifi mengandungi litar dan antena. Ia menukar isyarat data ke dan dari gelombang elektromagnetik dengan frekuensi dekat, misalnya, 2.4 GHz. Sebilangan besar telefon bimbit, tablet, dan komputer riba mengandungi penyesuai wifi terpasang. Namun, anda juga boleh membeli penyesuai wifi luaran yang menghubungkan ke komputer melalui USB. Dalam projek ini, kami menggunakan penyesuai wifi dalaman Rπ0 dan juga penyesuai wifi luaran.

Apakah titik akses wifi? Banyak telefon bimbit, tablet, atau komputer dapat berkomunikasi tanpa wayar dengan satu titik akses wifi, dan data dari peranti ini dipindahkan melalui jalur akses ke internet. Dalam projek ini, Rπ0 adalah titik akses wifi. Mengapa anda mahukan pusat akses wifi anda sendiri? Peranti perlu berada dalam jarak sekitar 100 meter dari titik akses untuk berkomunikasi. Andaikan terdapat pusat akses wifi awam di tengah perpustakaan. Sesiapa sahaja yang mempunyai komputer riba dalam jarak itu boleh menggunakan pusat akses untuk masuk dalam talian secara wayarles. Bagaimana jika anda mahukan akses di taman di sebelah perpustakaan, yang berjarak 200 meter? Anda boleh meletakkan titik akses baru di pinggir harta tanah perpustakaan, 100 m dari titik akses pertama. Kemudian, sesiapa yang mempunyai komputer riba dalam jarak 100 m dari titik akses baru itu juga boleh masuk dalam talian. Dalam had lebar jalur yang tersedia, titik akses ini dapat dirantai bersama untuk menyebarkan akses internet ke kawasan yang lebih luas.

Apa itu Papan Litar Bercetak (PCB) tersuai? PCB adalah litar yang dibina dengan meletakkan lapisan bahan pada papan penebat. Tembaga berpola di lokasi yang diinginkan untuk membentuk wayar, dan lubang dibor di mana komponen akan diletakkan. PCB khusus direka menggunakan perisian khusus. Untuk projek ini, PCB khusus telah dirancang menggunakan perisian KiCad sumber terbuka. Reka bentuk kemudian dihantar ke pengilang untuk dihasilkan. Merancang dan memesan PCB khusus tidak mahal dan tidak memakan masa. Langkah-langkahnya diperincikan di bawah. Sekiranya anda meletakkan PCB menggunakan perisian dan membuatnya dihasilkan, anda akan mendapat litar yang tahan lama, dihasilkan dengan tepat, dan dirancang mengikut spesifikasi anda yang tepat. Dalam projek ini, kami menggunakan PCB khusus untuk membuat antena wifi.

Apa itu antena? Antena adalah bahagian perkakasan titik akses wifi yang menukar isyarat ke dan dari sinaran elektromagnetik. Banyak antena dapat menghantar dan menerima isyarat dengan baik dari semua arah. Antena lain adalah arah, beroperasi lebih baik mengikut arah tertentu. Dalam projek ini, kami memilih untuk menggunakan antena arah. Apabila antena arah menghantar isyarat, ia memfokuskan tenaga ke arah tertentu sehingga, sama lain, antena arah yang sejajar dapat berkomunikasi dalam jarak yang lebih jauh daripada yang tidak arah. Instructable ini diilhamkan oleh Instructable lain yang membuat antena wifi arah dari (secara harfiah) klip kertas dan tongkat es loli. Instructable itu mengandungi corak untuk antena Yagi wifi, dan antena kami dibuat dari corak itu dengan sedikit pengubahsuaian. Antena Yagi, juga disebut antena Yagi-Uda, adalah sejenis antena arah yang pada awalnya dirancang pada tahun 1926. Satu lagi sumber reka bentuk antena yang hebat, serta maklumat lain mengenai antena, adalah buku antena ARRL.

Walaupun sebilangan orang mengakses internet beberapa kali sehari, banyak orang lain kekurangan akses internet yang boleh dipercayai. Kekurangan akses internet adalah masalah di kawasan luar bandar dan bandar, dan masalah di kedua-dua negara maju dan membangun. Sebagai contoh, 23% isi rumah di Wayne County Michigan, yang merangkumi Detroit, kekurangan akses internet pada tahun 2017. Penyelesaian untuk masalah ini perlu murah kerana banyak orang tanpa akses komputer mempunyai sumber yang terhad. Selain itu, penyelesaian perlu berfungsi tanpa memerlukan infrastruktur seperti meletakkan wayar tembaga atau kabel gentian optik. Dalam arahan ini kami menunjukkan cara membina titik akses wifi anda sendiri supaya anda dapat memperluas internet sendiri.

Mengenai Tutorial ini

Arahan ini bersifat modular. Anda boleh mengikuti bahagian arahan ini tanpa perlu melengkapkan bahagian sebelum atau sesudahnya. Sebagai contoh, jika anda berminat menggunakan Rπ0 sebagai titik akses tetapi tidak terlalu berminat dengan antena, silakan gunakan penyesuai wifi dan abaikan langkah-langkah yang melibatkan pembuatan antena. Sekiranya anda berminat untuk membuat antena Yagi khusus, langsung ke bahagian tutorial. Fail susun atur PCB untuk antena disertakan.

Langkah memasang penyesuai wifi dan langkah untuk menyiapkan Rπ0 sebagai titik akses diuji menggunakan Raspbian Stretch 4.14.52 dan 4.14.79. Semoga mereka terus bekerja dengan versi yang akan datang. Walau bagaimanapun, langkah-langkah ini mungkin perlu diubah jika fail konfigurasi untuk akses wifi berubah pada versi sistem operasi yang lebih baru.

Langkah 1: Kumpulkan Bekalan

Bekalan diperlukan untuk Persediaan Raspberry Pi Zero

• Raspberry Pi Zero W Pastikan untuk mendapatkan model W yang sudah ada di wifi.

  

• Mikro SD CardDapatkan satu sekurang-kurangnya 16GB.https://www.amazon.com/gp/product/B073JWXGNT
• Pembaca Kad MicroSD
• Hab USB dengan penyambung MicroUSBhttps://www.amazon.com/gp/product/B01JL837X8/
• Papan Kekunci dan Tetikus USBhttps://www.amazon.com/d/Keyboard-Mouse-Combos/Log…
• Kabel Mini-HDMI ke HDMI Pastikan ukuran Mini-HDMI, bukan Micro-HDMI.
• Monitor serasi HDMI
• Bekalan Kuasa Anda boleh menggunakan pek bateri USB.https://www.adafruit.com/product/1995

Persediaan Tambahan Diperlukan untuk Menyiapkan Titik Akses Wifi

Adaptor Wifi USB Asas Amazon dengan Antena yang Boleh Dilepas

Bekalan Tambahan Diperlukan untuk Antena PCB Khusus

• RG-58 Solderable Cable ConnectorDigikey number number CONSMA007-R58-ND
• Papan Litar Bercetak Tersuai
• Besi Pateri dan Jumlah Pateri Kecil

Langkah 2: Sediakan Raspberry Pi Zero

Muat turun fail zip Raspbian NOOBs Lite dari https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs dan lepaskan zip.

Sambungkan kad MicroSD ke komputer menggunakan pembaca kad MicroSD. Kad MicroSD mestilah baru atau baru diformat. Salin fail ke Kad MicroSD.

Langkah seterusnya adalah menyambungkan perkakasan Rπ0. Masukkan kad MicroSD ke dalam Rπ0. Sambungkan hab USB ke Rπ0, dan sambungkan papan kekunci dan tetikus ke hab USB. Sambungkan Rπ0 ke bekalan kuasa, dan pasangkannya. Penyesuai wifi Amazon Basics tidak akan digunakan dalam langkah ini, jadi biarkan ia tidak tersambung.

Ikuti arahan dalam wizard untuk memasang sistem operasi Raspbian ke Rπ0. Langkah ini melibatkan:

• Log masuk ke rangkaian wifi yang mapan
• Memasang Raspbian Full (Bersabar, ini memerlukan sedikit masa.)
• Menetapkan negara, zon waktu, dan bahasa
• Menetapkan kata laluan untuk pi pengguna
• Menyambung ke rangkaian wifi yang mapan
• Mengemas kini (Bersabar, ini memerlukan sedikit masa.)
• But semula

Pada ketika ini, kita mempunyai komputer Rπ0 yang berfungsi menjalankan sistem operasi Raspbian. Klik pada ikon wifi di sudut kanan atas skrin. Ia mesti menunjukkan wlan0 yang disambungkan ke rangkaian wifi anda yang sudah ada.

Langkah 3: Pasang Pemacu Penyesuai Wifi

Penyesuai wifi jenama Amazon Basics sangat sesuai untuk projek antena kerana antena yang dibekalkan dapat dicabut sehingga antena kami dapat dipasang. Malangnya, Raspbian tidak mengenali penyesuai wifi ini. Ia adalah penyesuai Realtek 818b dengan nombor siri 70F11C0531F8. Menurut https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?…, cip di dalamnya memerlukan pemacu RTL8192EU. Pemandu yang diperlukan boleh didapati dalam talian dari MrEngman.

Untuk memasang pemacu, pasangkan penyesuai wifi Amazon Basic ke hab USB, dan buka terminal. Masukkan arahan berikut pada baris arahan:

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

Klik pada ikon wifi di kanan atas skrin.

Ia harus menunjukkan wlan0 dan wlan1, dan kedua-duanya harus disambungkan ke rangkaian wifi yang mapan. Pada ketika ini, anda mempunyai komputer Rπ0 yang berfungsi dengan dua penyesuai wifi yang berfungsi, satu dalaman dan penyesuai wifi Asas Amazon luaran.

Langkah 4: Sediakan Rπ0 Sebagai Titik Akses

Langkah seterusnya adalah menyiapkan Rπ0 untuk bertindak sebagai titik akses wifi. Pada akhir langkah ini, penyesuai wifi Amazon Basics luaran akan dipanggil wlan1 oleh Rπ0, dan ia akan berkomunikasi dengan rangkaian wifi yang telah ditetapkan. Penyesuai wifi dalaman akan dipanggil wlan0 oleh Rπ0, dan peranti seperti telefon bimbit, tablet, dan komputer riba boleh disambungkan ke Rπ0 pada rangkaian wifi baru. Telefon bimbit, tablet, dan komputer riba ini akan dapat menggunakan titik akses wifi baru ini untuk berkomunikasi di internet.

Rπ0 ini dapat memperluas rangkaian rangkaian wifi yang mapan. Sebagai contoh, anggaplah kita mahu menyambungkan telefon bimbit ke internet, tetapi telefon bimbit berjarak 200 m dari titik akses wifi yang telah ditetapkan. Telefon bimbit mungkin tidak dapat berkomunikasi dengan titik akses wifi yang jauh sejauh ini. Walau bagaimanapun, kita boleh meletakkan Rπ0 dengan titik akses baru di tengah. Rπ0 kemudian dapat menggunakan penyesuai wifi luaran untuk berkomunikasi dengan rangkaian wifi yang sudah ada yang hanya berjarak 100 m, dan Rπ0 dapat menggunakan penyesuai wifi dalaman untuk berkomunikasi dengan telefon bimbit yang juga hanya berjarak 100 m.

Adafruit mempunyai tutorial yang sangat baik tentang cara menyiapkan Raspberry Pi sebagai titik akses wifi. Tutorial memperincikan langkah-langkah yang termasuk mengatur titik akses wifi, memasang pakej yang diperlukan, mengedit file konfigurasi, dan memulakan perkhidmatan. Walau bagaimanapun, prosedurnya mempunyai beberapa langkah, dan arahannya perlu diubah untuk tujuan kita. Kami menggunakan Rπ0 dan bukannya Raspberry Pi yang lebih besar, dan kami menjalin hubungan antara dua titik akses tanpa wayar dan bukan titik akses berwayar dan tanpa wayar. Selain itu, perubahan lebih lanjut pada fail konfigurasi diperlukan untuk berjaya mengatur pusat akses.

Kami menulis program untuk mempermudah proses pemasangan. Fail zip yang dilampirkan mengandungi fail konfigurasi yang diubahsuai yang diperlukan serta program C kecil yang mengotomatisasi penyediaan titik akses. Ia berdasarkan tutorial Adafruit. Program ini membuat cadangan fail konfigurasi yang ada, salinan dalam file konfigurasi baru yang terdapat dalam fail zip, dan menyelesaikan pemasangan titik akses.

Beberapa pakej tambahan diperlukan sebelum kita dapat menggunakan skrip pemasangan. Gunakan arahan berikut untuk memasang perisian yang diperlukan.

sudo apt-get install hostapd isc-dhcp-server

sudo apt-get install iptables-berterusan

Muat turun fail zip yang dilampirkan dan simpan di direktori baru. Buka terminal dan ubah ke direktori itu. Langkah seterusnya adalah membuka zip fail dan menjalankan skrip pemasangan.

tar-xzvf insatll-rpiAP.tar.gz

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

Program ini akan meminta anda memasukkan nama rangkaian wifi dan kata laluannya. Ia akan menyediakan pusat akses baru bernama PI_AP dengan kata laluan Raspberry.

Setelah skrip selesai, but semula Rπ0. Sekarang, jika anda mengklik ikon rangkaian di bahagian kanan atas skrin, ia mengatakan tidak ada antara muka tanpa wayar yang dijumpai. Jangan bimbang; mereka wujud dan berfungsi. Pada ketika ini, rangkaian wifi asli wujud, dan kami mempunyai rangkaian wifi baru bernama Pi_AP. Ambil telefon bimbit atau peranti lain dan cuba sambungkan ke titik akses wifi baru. Buka penyemak imbas web pada peranti untuk menguji sambungan internet semasa menggunakan titik akses baru ini.

Tujuh fail konfigurasi berikut dimodifikasi oleh program pemasangan: /etc/dhcp/dhcpd.conf, / etc / default / isc-dhcp-server, / etc / network / interfaces, /etc/hostapd/hostapd.conf, / etc / default / hostapd, /etc/init.d/hostapd, dan /etc/sysctl.conf. Anda mungkin mahu membuat pengubahsuaian tambahan pada fail konfigurasi ini. Tutorial Adafruit yang disebutkan di atas memberikan perincian tambahan. Sebagai contoh, ubah suai fail /etc/hostapd/hostapd.conf jika anda ingin menukar nama titik akses baru atau kata laluannya. Sekiranya anda ingin menyambungkan beberapa titik akses Rπ0 ke rangkaian yang anda miliki, masing-masing memerlukan alamat IP yang unik. Proses pemasangan menggunakan 192.168.42.1. Fail /etc/dhcp/dhcpd.conf dan / etc / network / antaramuka perlu diubah suai. Selain itu, anda memerlukan perintah sudo ifconfig wlan0 192.168.zz.1 di mana zz digantikan oleh bilangan bulat lain. Juga, titik akses ini telah diuji untuk komunikasi IPv4 sahaja. Pengubahsuaian tambahan pada prosedur pemasangan atau fail konfigurasi mungkin diperlukan untuk komunikasi IPv4 dan IPv6 di titik akses.

Langkah 5: Reka Antena

Merancang dan membuat antena lebih mudah daripada bunyinya. Pendekatan kami adalah untuk memulai dengan pola, mengubahnya, mensimulasikannya untuk memastikan ia masih memenuhi keperluan kami, dan kemudian meletakkannya di PCB. Sekiranya anda tidak mahu membuat antena sendiri, gunakan antena yang disertakan dengan penyesuai wifi. Sebagai alternatif, jika anda ingin membuat, tetapi tidak merancang atau mensimulasikan, antena anda sendiri, kami telah melampirkan fail susun atur PCB kami. Namun, baca terus sekiranya anda berminat dengan reka bentuk antena, simulasi antena, atau susun atur PCB. Antena yang kami gunakan belum dioptimumkan. Tujuannya di sini adalah untuk menunjukkan bagaimana anda boleh membuat antena anda sendiri, bukan untuk menunjukkan antena yang ideal.

Kami mahukan antena arah yang berfungsi pada frekuensi wifi. Instructable yang kami mulakan merangkumi corak terperinci untuk antena Yagi arah yang boleh dibuat dari klip kertas dan tongkat es loli. Kami hanya membuat satu pengubahsuaian. Antena ini panjang 42 cm dan mengandungi 15 elemen konduktif. Kami menyingkirkan semua kecuali empat elemen sehingga antena akan menjadi lebih pendek.

Seterusnya, kami mensimulasikan antena untuk memastikan bahawa antena masih berarah, walaupun dengan elemen yang lebih sedikit. EZNECby Roy Lewallen adalah alat simulasi antena yang mudah digunakan. Kami menggunakan versi demo EZNEC 6.0. Langkah pertama untuk menggunakan perisian ini adalah menerangkan antena. Klik pada butang Wires, dan masukkan lokasi elemen antena. Ukuran dan lokasi elemen ini diperincikan dalam corak antena. Seterusnya, kami menetapkan frekuensi menjadi 2,4 GHz untuk isyarat wifi, dan kami memilih jenis tanah untuk menjadi ruang kosong. Fail EZNEC yang menggambarkan antena, WifiYagi.ez, dilampirkan.

Keluaran simulasi EZNEC ditunjukkan di bawah, dan ini mengesahkan bahawa antena yang diubah masih arah. Bahagian kiri gambar menunjukkan antena. Garis hitam adalah elemen konduktif, dan bulatan merah pada elemen kedua adalah tempat penyambung wifi disambungkan. Bahagian kanan gambar adalah plot corak radiasi 3D. Rajah menunjukkan kekuatan relatif isyarat pada jarak tetap dari antena pemancar pada sudut yang berbeza. Oleh kerana plotnya lebih besar dalam arah x daripada arah lain, antena adalah arah. Sebilangan besar tenaga yang dihantar oleh antena akan menuju ke arah x. Sekiranya kita mengarahkan antena ini dengan betul, dan dengan anggapan semua yang lain sama, antena ini harus dapat berkomunikasi dalam jarak yang lebih jauh dalam arah x daripada jika kita tidak menggunakan antena arah.

Langkah seterusnya adalah meletakkan PCB khusus. Walaupun corak antena yang kita mulakan mudah dibina, sukar untuk dibina dengan tepat. Papan litar bercetak dihasilkan dengan lebih tepat, dan lebih tahan lama. Kami menggunakan program sumber terbuka KiCad. Fail susun atur PCB kami dilampirkan, di wifi_pcb.tar.gz. Untuk membuka zip fail, gunakan arahan:

tar -zxvf wifi_pcb.tar.gz

Langkah-langkah untuk meletakkan PCB adalah:

• Buka projek KiCad baru.
• Pergi ke Editor Layout PCB.
• Pilih butang Tambah Garis Grafik dan lapisan Edge. Cuts, dan tentukan perimeter PCB.
• Pilih butang Tambah Garis Grafik dan lapisan F. Cu, dan lukis elemen antena di lapisan tembaga depan.
• Pilih butang Tambah Vias, dan masukkan dua lubang di mana penyesuai wifi akan disambungkan.
• Pilih butang Tambah Grafik Poligon dan lapisan F. Mask, dan lukis lubang di topeng solder depan sehingga tidak menutup lubang melalui. Ulangi menggunakan lapisan B. Mask untuk menarik lubang pada topeng solder belakang juga.
• Tambahkan tanda atau label tambahan yang dikehendaki pada lapisan silkscreen.
• Pilih Fail kemudian Petak untuk menghasilkan fail Gerber.

Langkah 6: Buat Antena

Kami membeli PCB yang dibuat dari susun atur kami. Adafruit mempunyai senarai pengeluar PCB yang mesra penggemar. Walaupun kami telah mencuba beberapa pengeluar PCB, kami sebenarnya tidak tahu mana yang terbaik. PCB yang ditunjukkan dihasilkan oleh Oshpark.

Sebaik sahaja PCB tiba, langkah seterusnya adalah menyolder pada penyambung membujuk RG-58. PCB mempunyai dua lubang melalui. Pin yang disertakan dengan penyambung terlalu pendek, jadi pasangkan sepotong wayar kecil ke salah satu lubang melalui. Letakkan titik besar pateri yang menghubungkan cangkang ke lubang yang lain melalui lubang. Anda kini mempunyai antena wifi Yagi arah yang dibuat dari PCB khusus.

Cabut penyesuai wifi Amazon Basics. Buka penutup antena yang disertakan, dan pasangkan antena PCB baru. Pasangkan penyesuai wifi kembali ke hab USB. Projek itu kini selesai.