Radio NRF24L01 yang Disempurnakan Dengan Pengubahsuaian Antena Dipole DIY: 5 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Keadaannya ialah saya hanya dapat menghantar dan menerima melalui 2 atau 3 dinding dengan jarak sekitar 50 kaki, menggunakan modul nRF24L01 + standard. Ini tidak mencukupi untuk tujuan penggunaan saya.

Sebelumnya saya telah mencuba menambahkan kapasitor yang disyorkan, tetapi bagi saya dan perkakasan saya tidak banyak peningkatan. Oleh itu, sila abaikan dalam gambar.

Untuk sensor jarak jauh saya, saya tidak mahukan sebahagian besar unit seperti nRF24L01 + PA + LNA dengan Pemasangan SMA dan antena luaran. Oleh itu, saya membuat modul yang diubah suai ini.

Dengan modul RF24 yang diubah suai ini, saya dapat melalui empat dinding dengan jarak sekitar 100 kaki.

Modul ini juga hampir dua kali ganda jarak daripada modul nRF24 standard apabila digunakan dengan aplikasi penglihatan; seperti pesawat RF, quad-coppers, kereta dan kapal (100s meter). Saya belum membuat ujian penglihatan yang jelas. Dalam ujian saya terdapat perkakas dapur dan kabinet serta almari yang penuh dengan barang di antara transceiver.

Berikut adalah beberapa maklumat mendalam mengenai antena dipole https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna untuk kajian antena selanjutnya: https://www.arrl.org atau

Saya telah mengkaji beberapa reka bentuk antena, tetapi terdapat begitu banyak data dan teori reka bentuk khusus mengenai sebilangan besar reka bentuk antena (terutama untuk antena padat frekuensi tinggi), sehingga mudah terasa sedikit hilang di hutan. Jadi percubaan cenderung memainkan peranan penting.

Sekarang setelah melalui semua ini, saya berikan di sini pelaksanaan pengubahsuaian reka bentuk yang saya hasilkan.

Langkah 1: Item yang Anda Perlu

Untuk membuat NRF24L01 + anda sendiri dengan antena (Dipole) yang lebih baik, anda memerlukan:

• modul NRF24L01 + https://www.ebay.com/itm/191351948163 atau www.ebay.com/itm/371215258056
• Pateri dan barang-barang yang berkaitan.
• Pisau-tepat (atau cara lain untuk mengikis pelindung)
• 24ga. Kawat pepejal (pilihan sehingga 30ga.)

Langkah 2: Mengubah Modul Radio

Saya bermula dengan reka bentuk antena dipol asas dan menyesuaikannya secara eksperimen.

Beberapa reka bentuk yang memerlukan elemen panjang gelombang memerlukan penyesuaian yang baik kerana keadaan kapasitansi, impedans, induktansi dan resonans. Saya tidak mempunyai kaedah untuk mengukur ciri-ciri ini dalam litar 2.4 GHz aktif, jadi saya membuat penyesuaian yang sangat diperlukan melalui ujian empirikal.

Bergambar adalah beberapa unit ujian saya. Sebilangan jejak ditarik, kerana saya menggunakan antena yang disolder, tidak dipateri, dibengkokkan & dibengkokkan semula. Dua perkara baik muncul dari ini. 1) Saya beralih dari sebelah atas ke sisi bawah kerana melekatkan satu kaki ke tanah, yang ternyata lebih baik secara mekanik dan prestasi. 2) Saya rasa ada baiknya memasang wayar dengan lem super atau lem panas untuk menghilangkan ketegangan (saya secara tidak sengaja membengkokkan antena semasa semua ujian.) Selesai pertama, ini dapat menahannya untuk pematerian.

Langkah-langkah untuk membuat pengubahsuaian:

1. Buat dua potongan, lebar 1-2 mm, dari jejak di dekat pangkal antena PCB, seperti yang dilihat pada gambar gambar pertama di atas. Ini dengan berkesan mengeluarkan antena yang ada dari litar.
2. Di sisi lain, dengan menggunakan pisau o-tepat, mengikis lapisan pelindung di tepi permukaan tanah, seperti yang ditunjukkan pada gambar kedua di atas
3. Potong dua 24ga. Kawat hingga lebih kurang. 50mm
4. Tanggalkan beberapa milimeter penebat dari satu hujung setiap wayar.
5. Bengkokkan bahagian telanjang pada sudut yang betul pada wayar untuk dilekatkan ke tanah.
6. Lekatkan setiap wayar ke bawah (cadangkan: lem sup atau lem panas), sehingga hujung kosong siap dipateri; satu betul-betul di bawah jejak pemotongan, yang lain di pinggir bidang tanah di bahagian belakang. Kedua-dua dawai mesti terletak selari dan berjarak 6mm.
7. Setelah gam diatur, letakkan solder flux paste di mana anda akan menyolder, dan kemudian pateri. Saya cadangkan menggunakan fluks agar pematerian anda cepat dan anda tidak akan terlalu panas di papan.
8. Buat selekoh sudut kanan yang tajam di wayar, di antara satu sama lain, di tepi PCB, ~ 6mm ke atas dari mana permukaan tanah berakhir. Rujuk dua gambar terakhir di atas. Sekiranya anda tidak melekatkan wayar, berhati-hatilah untuk tidak memberi tekanan pada titik solder.
9. Ukur setiap segmen wayar yang berlari di sepanjang tepi papan hingga 30mm dari selekoh 90 darjah dan potong di sana. Saya mendapati bahawa saya tidak dapat mengukur dan memotong dengan tepat, jadi saya mengukur dan menandakan dengan penanda serat halus di mana hendak memotong.
10. Dengan pemeriksaan meter ohm untuk memastikan wayar berhampiran jejak PCB antena lama tidak mempunyai kesinambungan pada salah satu pemotongan yang dibuat pada langkah # 1.

Langkah 3: Produk Selesai

Modul NRF24L01 + anda kini akan tampil lebih unggul dalam projek yang pernah anda gunakan. Anda boleh menikmati kebolehpercayaan yang ditingkatkan dengan jarak yang lebih besar atau dengan tetapan kuasa radio yang lebih rendah. Anda seharusnya dapat melakukannya, walaupun hanya dengan mengubah satu radio (pemancar atau penerima); dan meraih dua kali ganda keuntungan semasa menggunakan unit yang diubahsuai di kedua hujungnya. Jangan lupa untuk mengarahkan antena selari antara satu sama lain. Saya sedang melaksanakan projek dengan beberapa unit sensor jarak jauh menggunakan radio yang diubah suai ini (berorientasikan secara menegak dengan kaki bawahnya menunjuk ke bawah), yang semuanya akan berkomunikasi dengan stesen pangkalan pusat menggunakan NRF24L01 + PA + LNA dan antena luaran.

Antena pemancar dan penerima, dalam projek anda mestilah berorientasikan sama mendatar atau menegak dan sangat disukai selari antara satu sama lain. Selain itu, mungkin dalam orientasi percuma jika anda tahu bahawa mereka mempunyai pilihan arah (ini tidak ditunjukkan secara umum di sini). Sekiranya antena anda tidak semestinya berbeza secara fizikal, seperti anda tidak menggunakan antena luaran keuntungan tinggi pada satu hujung, maka lebih baik antena sama dan berorientasi sama. Ini untuk mencapai kebolehpercayaan dan jangkauan maksimum, dan memandangkan antena dipasang tidak bergerak.

Pada akhirnya jumlah peningkatan sedikit sukar untuk diukur; tetapi dalam aplikasi saya, saya meletakkannya dari 50 hingga 100% berbanding versi yang tidak diubah suai. Saya fikir sekurang-kurangnya sama baiknya dengan unit dengan antena luaran 2.5db; tetapi tidak berkesan seperti unit NRF24L01 + PA + LNA.

Tujuan utama Instructable ini adalah untuk memberi petunjuk bagaimana merancang NRF24L01 + yang diubah suai dengan antena dipol yang unggul sehingga ia akan mencapai kemampuan transmisi dan penerimaan yang lebih besar serta kegunaan yang lebih baik dalam projek.

Mungkin itulah yang paling diminati oleh kebanyakan orang. Dengan idea: "Apa yang harus saya lakukan untuk mendapatkan jangkauan yang lebih besar dari unit-unit ini?"

Jadi pada ketika ini … memilikinya; dan beritahu saya tentang kejayaan anda dengan projek anda menggunakan radio anda sendiri.

Sekiranya anda ingin menguji radio anda yang telah diubah, saya telah memasukkan perisian yang saya buat untuk ujian saya, pada langkah seterusnya.

Langkah 4: Bagaimana Saya Mengoptimumkan Reka Bentuk Ini

Sekarang bagi mereka yang berminat, saya akan terus berkongsi sedikit mengenai bagaimana saya menguji dan memenuhi syarat peningkatan. Walau bagaimanapun, harap maklum, bagaimana melaksanakan ujian bukanlah fokus yang dapat dipesan ini.

Untuk menguji sebarang papan Arduino atau setanding, bersama modul NRF24L01 +, dapat digunakan. Versi 01+ diperlukan dengan perisian ujian, seperti yang ditulis, kerana menggunakan kadar transmisi 250KHz. Pastikan hanya menghidupkan radio dengan voltan 1.9-3.6v.

Untuk ujian kebolehpercayaan jarak jauh saya, saya menggunakan Arduino pro-mini dan NRF24L01 + yang tidak diubah suai sebagai alat kawalan jauh. Yang hanya menerima paket data dan mengembalikannya sebagai pengakuan. Ini dikendalikan dari 3.3V yang diatur.

Saya mempunyai pemasangan ini di dalam kotak kecil yang saya dapat dengan mudah, dan berulang kali, kedudukan di pelbagai lokasi ujian.

Saya menggunakan Nano3.0 MCU dengan NRF24L01 + yang diubah suai sebagai pemancar utama. Akhir ini tidak bergerak dan memberikan hasil ujian (melalui paparan LCD 16x02 atau monitor bersiri). Sejak awal saya membuktikan bahawa antena yang lebih baik akan menghasilkan kemampuan transmisi dan penerimaan yang lebih baik. Selanjutnya, saya akan mendapat keputusan ujian yang sama dengan radio yang diubah suai yang digunakan di kedua-dua hujungnya. Perhatikan bahawa dalam ujian setiap sisi mengirimkan dan menerima, itu kerana setelah penghantaran ada pengakuan yang perlu diterima agar ia dapat dikira sebagai komunikasi yang berjaya.

Perhatikan bahawa terdapat banyak perkara yang dapat mempengaruhi hasil ujian:

• Menyentuh, atau hampir sama, modul atau kabel RF24 padanya.
• Tubuh seseorang sejajar dengan saluran penghantaran.
• Dua perkara di atas memberi kesan positif.
• Ciri voltan bekalan
• Yang paling penting, orientasi antena pemancar dan penerima.
• Trafik WiFi lain di kawasan ini. Ini boleh menyebabkan perbezaan yang dapat dirasakan seperti 'cuaca baik' dengan 'keadaan ribut'. Oleh itu, saya cuba menguji pada keadaan yang baik. Saya akan mengulangi ujian untuk mendapatkan keputusan terbaik untuk unit tertentu yang diuji dan kemudian membandingkan hasilnya dengan keputusan setanding yang diperoleh pada unit ujian lain.

Di dalam rumah lebih sukar untuk mendapatkan keputusan ujian yang boleh dipercayai berbanding di luar dengan jarak pandang. Saya dapat memperoleh perbezaan hasil yang drastik dengan memindahkan kedudukan salah satu unit hanya dengan beberapa inci. Ini disebabkan oleh kepadatan dan jumlah penghalang dan jalur isyarat reflektif. Faktor lain adalah corak kekuatan isyarat antena, tetapi saya ragu ia boleh menyebabkan perbezaan drastik dalam pergerakan beberapa inci dari sisi ke sisi.

Saya merancang beberapa perisian untuk memberi saya beberapa statistik prestasi yang diperlukan.

Ditambah pula, saya menetapkan keadaan ujian sebanyak mungkin. Seperti menekan ke tempat yang ditandai antena (Tx & Rx) diletakkan dengan orientasi yang sama untuk setiap bateri ujian prestasi. Hasil ujian di bawah adalah purata gabungan beberapa ujian dari pelbagai lokasi. Dalam keadaan ujian terpakai, radio yang tidak diubah tidak dapat menerima mesej yang berjaya.

Saya mendapat keputusan terbaik dengan 24ga. lebih dari 30ga. wayar. Hasilnya hanya sedikit lebih baik; katakan 10 peratus. Diakui, saya hanya mencuba dua contoh yang sama, dan mungkin terdapat perbezaan 1 mm dalam topologi total antena (jumlah perbezaan di seluruh segmen). Selanjutnya, saya mengubah lelaran pertama menggunakan 30ga.; membuat beberapa penyesuaian 1mm. Kemudian mendua panjang wayar itu dengan 24ga. tanpa eksperimen setanding yang lebih panjang dengan 24 ga. Kawat.

[Lihat keputusan Jadual 1 dalam gambar di atas]

Oleh kerana saya mahukan unit saya dipasang dalam casing kecil yang saya ada, saya beralih daripada menyebabkan kabel penghantaran antena berjauhan 10mm dan panjang 10mm menjadi hanya 6mm dan 6mm, kemudian diuji untuk panjang antena yang diselaraskan untuk konfigurasi tersebut. Berikut adalah ringkasan hasil dari pelbagai ujian saya:

[Lihat keputusan Jadual 2 dalam gambar di atas]

Pengujian lebih lanjut, dengan peralatan pengukuran makmal yang lebih baik, tidak diragukan lagi dapat merangka dan mengesahkan panjang segmen yang lebih baik (ukuran dawai dan mungkin titik pelekapan atau orientasi) untuk prestasi optimum sebenar pengubahsuaian antena dipol ini untuk radio nRF24.

Beritahu kami jika anda memperoleh peningkatan yang dapat disahkan (melebihi konfigurasi 24ga. 6X6mm x 30mm). Sebilangan besar daripada kita ingin memanfaatkan radio ini secara maksimum (tanpa menambahkan antena besar).

Antena pemancar dan penerima, dalam projek anda mesti berorientasikan sama mendatar atau menegak dan sangat disukai selari antara satu sama lain. Selain itu, mungkin dalam orientasi percuma jika anda tahu bahawa mereka mempunyai pilihan arah (ini tidak ditunjukkan secara umum di sini). Sekiranya antena anda tidak semestinya berbeza secara fizikal, seperti anda tidak menggunakan antena luaran keuntungan tinggi pada satu hujung, maka lebih baik antena sama dan berorientasikan sama. Ini untuk mencapai kebolehpercayaan dan jangkauan maksimum, dan memandangkan antena dipasang tidak bergerak.

Langkah 5: Perkakasan dan Perisian yang Saya Gunakan dalam Ujian Saya

Perkakasan yang saya gunakan untuk menguji 2 kesesuaian MCU Arduino

2 NRF24L01 +

Kadang-kadang saya juga menggunakan paparan LCD a16x02 (untuk melihat masa nyata yang mudah. Konsol bersiri juga dapat digunakan untuk mendapatkan hasil ujian) butang tekan (untuk memulakan satu set ujian baru, jika tidak, anda perlu melalui mula semula)

Pautan ke perkakasan yang saya cadangkan dan gunakan:

MCU: Nano V3.0 Atmega328P di eBay atau Pro-Mini:

NRF24L01 + modul https://ebay.com/itm/191351948163 dan

Modul paparan LCD IC2 16x02

Muat turun fail kod zip di sini: