Poboljšani radio NRF24L01 s DIY izmjenom dipolne antene .: 5 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Situacija je bila takva da sam mogao prenositi i primati samo kroz 2 ili 3 zida na udaljenosti od oko 50 stopa, koristeći standardne module nRF24L01+. To nije bilo dovoljno za moju namjeravanu upotrebu.

Ranije sam pokušao dodati preporučene kondenzatore, ali za mene i moj hardver nije došlo do poboljšanja. Zato ih ignorirajte na fotografijama.

Za svoje daljinske senzore nisam želio veći dio jedinice poput nRF24L01+PA+LNA sa SMA nosačem i vanjskom antenom. Tako sam stvorio ovaj izmijenjeni modul.

S ovim modificiranim modulom RF24 mogao sam proći kroz četiri zida na udaljenosti od oko 100 stopa.

Ovaj bi modul također trebao gotovo udvostručiti udaljenost preko standardnog nRF24 modula kada se koristi s aplikacijama za vidljivost; poput RF aviona, četverokutnih bakra, automobila i čamaca (100 metara). Nisam napravio jasnu liniju ispitivanja vida. U mojim testovima bilo je kuhinjskih aparata i ormara te ormara prepunih stvari između primopredajnika.

Evo nekoliko detaljnih informacija o dipolnoj anteni https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna za daljnje proučavanje antena pokušajte: https://www.arrl.org ili

Nekoliko sam proučavao dizajn antena, ali postoji toliko specifičnih podataka i teorija o dizajnu oko ogromnog i sve većeg broja dizajna antena (osobito za visokofrekventne kompaktne antene), pa se lako osjećati pomalo izgubljeno u šumi. Dakle, eksperimentiranje ima ključnu ulogu.

Nakon što sam prošao kroz sve ovo, ovdje vam dajem implementaciju moje rezultirajuće izmjene dizajna.

Korak 1: Stavke koje će vam trebati

Za izradu vlastitog poboljšanog NRF24L01+ s poboljšanom (dipolnom) antenom trebat će vam:

• NRF24L01+ modul https://www.ebay.com/itm/191351948163 ili www.ebay.com/itm/371215258056
• Lemilica i srodni predmeti.
• Točan nož (ili drugi način za struganje zaštitnih premaza)
• 24ga. Čvrsta žica (opcionalno do 30ga.)

Korak 2: Izmjena radijskog modula

Počeo sam s osnovnim dizajnom dipolnih antena i eksperimentalno ih prilagodio.

Neki dizajni koji zahtijevaju element ¼ valne duljine zahtijevaju fina podešavanja zbog slučajeva kapacitivnosti, impedancije, induktivnosti i rezonancija. Nemam sredstava za mjerenje ovih karakteristika u aktivnom krugu od 2,4 GHz, pa sam očito potrebnu prilagodbu izvršio empirijskim testiranjem.

Na slici je nekoliko mojih testnih jedinica. Neki su se tragovi uklonili dok sam lemio, lemio, savijao i ponovno savijao potencijalne antene. Iz ovoga su proizašle dvije dobre stvari. 1) Prebacujem se s gornje na donju stranu radi pričvršćivanja jedne noge na tlo, što se pokazalo bolje mehanički i izvedbom. 2) Otkrio sam da je dobra ideja pričvrstiti žicu super-ljepilom ili vrućim ljepilom za rasterećenje (stalno sam slučajno savijao antenu tijekom svih ispitivanja.) Prvo učinjeno, ovo ih može držati za lemljenje.

Koraci za izmjenu:

1. Napravite dva reza, širine 1-2 mm, od tragova blizu baze antene za PCB, kao što se vidi na slici prvoj slici gore. Time se postojeća antena učinkovito uklanja iz kruga.
2. S druge strane, pomoću točno određenog o noža ostružite zaštitni premaz preko ruba ravnine uzemljenja, kako je naznačeno na drugoj slici iznad
3. Izrežite dva 24ga. Žice do cca. 50 mm
4. Skinite nekoliko milimetara izolacije s jednog kraja svake žice.
5. Savijte goli dio pod pravim kutom na žici koju ćete pričvrstiti na tlo.
6. Zalijepite svaku žicu (preporučuje se: ljepilo za večeru ili vruće ljepilo), tako da goli kraj bude spreman za lemljenje; jedan neposredno ispod izrezanih tragova, drugi na rubu ravnine tla sa stražnje strane. Dvije žice moraju ležati paralelno i udaljene 6 mm.
7. Nakon što se ljepilo učvrsti, stavite pastu za lemljenje na mjesto na koje ćete lemiti, a zatim ih lemite. Preporučujem korištenje fluksa kako bi vam lemljenje brzo potrajalo i nećete pregrijati ploču.
8. Napravite oštre pravokutne zavoje u žicama, udaljene jedna od druge, uz rub PCB -a, ~ 6 mm gore od mjesta gdje završava ravnina uzemljenja. Pogledajte posljednje dvije slike iznad. Ako niste zalijepili žice, budite posebno oprezni kako ne biste previše opteretili mjesta lemljenja.
9. Izmjerite svaki segment žice koji ide uz rub ploče na 30 mm od zavoja za 90 stupnjeva i odrežite ih tamo. Otkrio sam da ne mogu točno izmjeriti i rezati, pa sam izmjerio i označio markerom s finim vlaknima na vrhu gdje rezati.
10. Provjerite mjerač ohma kako biste bili sigurni da žica u blizini starih antenskih tragova PCB -a nema kontinuitet na bilo kojem od rezova napravljenih u koraku #1.

Korak 3: Gotov proizvod

Vaš NRF24L01+ modul sada će biti daleko superiorniji u bilo kojem projektu u kojem ga koristite. Možete uživati u poboljšanoj pouzdanosti s većim dometom ili s nižim postavkama radijske snage. To biste trebali otkriti, čak i sa samo izmjenom jednog radija (odašiljača ili prijemnika); i iskoristiti dvostruko veću korist kada koristite izmijenjenu jedinicu na oba kraja. Ne zaboravite usmjeriti antene paralelno jedna s drugom. Ja provodim projekt s više daljinskih senzorskih jedinica koji koriste ove modificirane radijske postaje (okomito orijentirane s nogama prema dolje), koji će svi razgovarati sa središnjom baznom stanicom koristeći NRF24L01+PA+LNA i vanjsku antenu.

Antene odašiljača i prijamnika u vašem projektu moraju biti orijentirane na sličan način, vodoravno ili okomito i po mogućnosti paralelno jedna s drugom. Osim toga, možda u besplatnom usmjerenju ako znate da imaju usmjerenje (ovo ovdje općenito nije naznačeno). Ako vaše antene nisu nužno fizički različite, kao što ne koristite vanjsku antenu s visokim pojačanjem na jednom kraju, tada je najbolje da su antene identične i usmjerene potpuno isto. To je kako bi se postigla maksimalna pouzdanost i domet, a s obzirom na to da su antene postavljene nepomično.

Na kraju je količinu poboljšanja malo teško kvantificirati; ali u svojoj sam aplikaciji stavio na 50 do 100% u odnosu na neizmijenjene verzije. Mislim da je barem toliko dobar kao jedinica sa vanjskom antenom od 2,5 db; ali nije tako učinkovit kao jedinica NRF24L01+PA+LNA.

Glavna namjera ovog Instructablea je jednostavno uputiti kako izraditi modificirani NRF24L01+ s vrhunskom dipolnom antenom kako bi se postigla veća sposobnost prijenosa i primanja i bolja upotrebljivost u projektima.

To je vjerojatno sve što će većinu ljudi zanimati. S idejom: "Što mogu učiniti da iz ovih jedinica izvučem veći korisni raspon?"

Dakle, u ovom trenutku … imajte na umu; i obavijestite me o vašim uspjesima s vašim projektima pomoću vlastitih prilagođenih radija.

Ako želite unaprijed testirati svoje izmijenjene radijske uređaje, uključio sam softver koji sam stvorio za svoje testiranje, u kasnijem koraku.

Korak 4: Kako sam optimizirao ovaj dizajn

Za one koji su zainteresirani, podijelit ću malo o tome kako sam testirao i kvalificirao moguća poboljšanja. Međutim, imajte na umu da način provedbe testiranja nije u fokusu ovog uputstva.

Za testiranje mogu se koristiti bilo koje Arduino ili usporedive ploče, zajedno s NRF24L01+ modulima. Verzije 01+ potrebne su uz testni softver, kako je napisano, jer koristi prijenosnu brzinu od 250KHz. Radio napajajte samo s naponima od 1,9-3,6v.

Za testiranje pouzdanosti dometa koristio sam pro-mini Arduino i nemodificirani NRF24L01+ kao daljinski upravljač. Koji jednostavno prima podatkovni paket i vraća ga kao potvrdu. One su imale regulaciju od 3.3V.

Ovaj sklop sam zalijepio u malu kutiju koju sam lako i više puta mogao postaviti na različita mjesta testiranja.

Koristio sam Nano3.0 MCU s modificiranim NRF24L01+ kao glavni primopredajnik. Ovaj kraj je bio nepomičan i davao je rezultate ispitivanja (putem LCD zaslona 16x02 ili serijskog monitora). Rano sam ustanovio da bi poboljšana antena rezultirala i boljim prijenosom i prijemom. Nadalje, dobio bih iste rezultate ispitivanja s datim modificiranim radijem koji se koristi na oba kraja. Imajte na umu da u testu svaka strana i odašilje i prima, to je zato što nakon prijenosa postoji potvrda koju je potrebno primiti kako bi se to računalo kao uspješna komunikacija.

Imajte na umu da postoji mnogo stvari koje mogu utjecati na rezultate ispitivanja:

• Dodirnite, ili gotovo tako, RF24 modul ili žice na njega.
• Nečije tijelo je u liniji s dalekovodom.
• Gore navedena dva imaju pozitivan učinak.
• Karakteristike napona napajanja
• Najviše od svega, orijentacija odašiljačkih i prijemnih antena.
• Ostali WiFi promet na tom području. To bi moglo uzrokovati razlike koje se mogu osjećati poput onih "dobrog vremena" do "olujnih uvjeta". Stoga sam pokušao uglavnom testirati u povoljnim uvjetima. Ponovio bih ispitivanje kako bih postigao najbolje rezultate za datu jedinicu koja se testira, a kasnije bih te rezultate usporedio sa usporedivim rezultatima dobivenim na drugim ispitnim jedinicama.

U zatvorenom prostoru teže je dobiti pouzdane rezultate ispitivanja u usporedbi s vanjskim prostorom s vidnom linijom. Mogao sam doći do drastičnih razlika u rezultatima pomicanjem položaja jedne od jedinica za samo nekoliko centimetara. To je zbog gustoće i sastavljene od prepreka i reflektirajućih signalnih putova. Drugi faktor mogao bi biti uzorak jačine antenskog signala, ali sumnjam da bi to moglo uzrokovati drastične razlike u kretanju nekoliko centimetara bočno.

Osmislio sam softver koji će mi pružiti potrebne statističke podatke o izvedbi.

Osim toga, postavio sam, koliko je god moguće, uvjete ispitivanja. Poput zalijepljenja na označeno mjesto, antene (Tx & Rx) postavljene u istoj orijentaciji za svaku bateriju testova performansi. Dolje navedeni rezultati ispitivanja kombinirani su prosjek više testova s više lokacija. Pod korištenim testnim uvjetima, nemodificirani radio nije mogao dobiti uspješne poruke.

Najbolje sam rezultate postigao s 24ga. preko 30 g. žica. Rezultati su bili samo malo bolji; recimo 10 posto. Doduše, pokušao sam samo dvije slične ožičene instalacije, a možda je došlo do razlike od 1 mm u ukupnoj topologiji antene (zbroj razlika po segmentima). Nadalje, prvu iteraciju sam dotjerao koristeći 30ga.; izvršivši nekoliko podešavanja od 1 mm. Zatim smo duplirali te žice s 24ga. bez daljnjih usporedivih pokusa u duljinama s 24 ga. Žica.

[Pogledajte tablicu 1 rezultate na gornjoj slici]

Budući da sam želio da se moje jedinice uklope u malo kućište koje sam imao, prešao sam s toga da su vodiči za prijenos antene udaljeni 10 mm i dugi 10 mm na samo 6 mm i 6 mm, a zatim testirani na optimalnu podešenu duljinu antene za tu konfiguraciju. Evo sažetog sažetka rezultata mojih različitih testova:

[Pogledajte tablicu 2 rezultate na gornjoj slici]

Daljnje testiranje, s boljom laboratorijskom mjernom opremom, moglo bi bez sumnje osmisliti i potvrditi poboljšane duljine segmenata (veličinu žice i moguće točke pričvršćivanja ili orijentacije) za istinske optimalne performanse ove modifikacije dipolne antene za radio nRF24.

Javite nam ako dobijete provjerljivo poboljšanje (preko konfiguracije od 24 ga. 6X6 mm x 30 mm). Mnogi od nas željeli bi izvući najviše iz ovih radija (bez dodavanja glomazne antene).

Antene odašiljača i prijamnika u vašem projektu moraju biti orijentirane na sličan način, vodoravno ili okomito i po mogućnosti paralelno jedna s drugom. Osim toga, možda u besplatnoj orijentaciji ako znate da imaju usmjerenje (ovo ovdje općenito nije naznačeno). Ako vaše antene nisu nužno fizički različite, kao što ne koristite vanjsku antenu s visokim pojačanjem na jednom kraju, tada je najbolje da su antene identične i usmjerene potpuno isto. To je kako bi se postigla maksimalna pouzdanost i domet, a s obzirom na to da su antene postavljene nepomično.

Korak 5: Hardver i softver koji sam koristio pri testiranju

Hardver koji sam koristio za testiranje 2 kompatibilna Arduino MCU -a

2 NRF24L01+

Ponekad sam koristio i LCD zaslon a16x02 (za prikladno gledanje u stvarnom vremenu. Serijska konzola može se koristiti i za dobivanje rezultata ispitivanja), gumb za odabir (da biste pokrenuli novi skup testova, inače ćete morati proći kroz ponovno pokretanje)

Veze do hardvera koje bih preporučio i koristio:

MCU-ovi: Nano V3.0 Atmega328P na eBayu ili Pro-Mini:

NRF24L01+ moduli https://ebay.com/itm/191351948163 i

16x02 LCD IC2 modul zaslona

Ovdje preuzmite datoteke ZIP koda: