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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

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 modificirani modul.

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

Ovaj modul bi također trebao skoro udvostručiti udaljenost u odnosu na standardni nRF24 modul kada se koristi s aplikacijama za gledanje; poput RF aviona, četverokrilnih bakra, automobila i čamaca (100 metara). Nisam napravio jasnu liniju ispitivanja vida. U mojim testovima bilo je kuhinjskih aparata i ormara i 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 velikog i sve većeg broja dizajna antena (posebno za visokofrekventne kompaktne antene), pa se lako osjećati pomalo izgubljeno u šumi. Dakle, eksperimentiranje igra ključnu ulogu.

Nakon što sam prošao kroz sve ovo, ovdje vam dajem implementaciju moje rezultirajuće modifikacije 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.
• Tačan nož (ili drugi način za struganje zaštitnih premaza)
• 24ga. Puna žica (opcionalno do 30ga.)

Korak 2: Izmjena radio 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 naizgled izvršio prilagođavanje empirijskim testiranjem.

Na slici je nekoliko mojih testnih jedinica. Neki tragovi su uklonjeni dok sam lemio, lemio, savijao i ponovo 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 po pitanju performansi. 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 PCB antene, kao što se vidi na slici na prvoj slici iznad. Ovo efikasno uklanja postojeću antenu iz kola.
2. S druge strane, pomoću noža sa tačnim o ostružite zaštitni premaz preko ruba ravnine tla, kako je naznačeno na drugoj slici iznad
3. Izrežite dva 24ga. Žice do pribl. 50mm
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 tragova rezanja, drugi na rubu ravnine tla sa stražnje strane. Dvije žice moraju ležati paralelno i udaljene 6 mm.
7. Nakon što se ljepilo učvrsti, stavite lemnu pastu na mjesto na koje ćete lemiti, a zatim ih lemite. Preporučujem korištenje fluksa kako bi vam lemljenje brzo potrajalo i nećete pregrijati ploču.
8. Oštro savijte pravi kut 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 sa finim vlaknima na vrhu gdje da režem.
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 radio snage. To biste trebali otkriti, čak i sa samo jednim mijenjanjem radija (predajnika ili prijemnika); i ostvarite dvostruku korist kada koristite modificiranu jedinicu na oba kraja. Ne zaboravite usmjeriti antene paralelno jedna s drugom. Ja provodim projekt s više udaljenih senzorskih jedinica koji koriste ove modificirane radijske postaje (okomito orijentirane s nogama prema dolje), koji će svi razgovarati sa centralnom baznom stanicom koristeći NRF24L01+PA+LNA i vanjsku antenu.

Antene predajnika i prijemnika u vašem projektu moraju biti orijentirane na sličan način, vodoravno ili okomito, a po mogućnosti paralelno jedna s drugom. Osim toga, možda u komplementarnoj 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, najbolje je 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 malo poboljšanja malo teško kvantificirati; ali u mojoj aplikaciji sam to stavio na 50 do 100% u odnosu na neizmijenjene verzije. Mislim da je barem dobra kao jedinica sa vanjskom antenom od 2,5 db; ali nije tako efikasan kao jedinica NRF24L01+PA+LNA.

Glavna namjera ovog Instructable -a je jednostavno dati upute o tome kako osmisliti modificirani NRF24L01+ s vrhunskom dipolnom antenom kako bi se postigla veća sposobnost odašiljanja i prijema i bolja upotrebljivost u projektima.

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

Dakle, u ovom trenutku … imajte na umu; i obavijestite me o vašim uspjesima sa vašim projektima koristeći vlastite prilagođene radijske postaje.

Ako želite unaprijed testirati svoje izmijenjene radije, uključio sam softver koji sam stvorio za 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 ovo uputstvo nije u fokusu kako implementirati testiranje.

Za testiranje bilo kojih Arduino ili sličnih ploča, zajedno s NRF24L01+ modulima, može se koristiti. Verzije 01+ su potrebne sa testnim softverom, kako je napisano, jer koristi 250KHz brzinu prenosa. Radio obavezno napajajte samo s naponima 1,9-3,6v.

Za testiranje pouzdanosti dometa, koristio sam pro-mini Arduino i nemodificirani NRF24L01+ kao daljinski. Koji jednostavno prima paket podataka 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 stacionaran i davao je rezultate ispitivanja (putem LCD ekrana 16x02 ili serijskog monitora). Rano sam ustanovio da bi poboljšana antena rezultirala i boljim prijenosom i prijemom. Nadalje, dobio bih iste rezultate testa s datim modificiranim radijem koji se koristi na oba kraja. Imajte na umu da u testu svaka strana prenosi i prima, to je zato što nakon prijenosa postoji potvrda koju je potrebno primiti da bi se to računalo kao uspješna komunikacija.

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

• Dodirnite, ili približno tako, RF24 modul ili žice na njega.
• Nečije telo je u liniji sa 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". Zato sam pokušao uglavnom testirati u povoljnim uslovima. Ponovio bih test da dobijem najbolje rezultate za datu jedinicu koja se testira, a kasnije bih te rezultate usporedio sa uporednim rezultatima dobijenim na drugim testnim jedinicama.

U zatvorenim prostorima je teže dobiti pouzdane rezultate ispitivanja u odnosu na otvoreni prostor 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 sačinjene od barijera i reflektirajućih putanja signala. Drugi faktor mogu biti uzorci jačine antenskog signala, ali sumnjam da bi to moglo uzrokovati drastične razlike u kretanju od nekoliko centimetara jednu do druge.

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

Osim toga, postavio sam, koliko god je to moguće, uvjete ispitivanja. Poput zalijepljivanja na označeno mjesto, antene (Tx & Rx) postavljene u istoj orijentaciji za svaku bateriju testova performansi. Rezultati testova u nastavku predstavljaju kombinirani prosjek više testova s više lokacija. Pod korišćenim uslovima testiranja, nemodifikovani radio nije mogao da dobije uspešne poruke.

Najbolje rezultate sam postigao sa 24ga. preko 30ga. žica. Rezultati su bili samo malo bolji; recimo 10 posto. Doduše, pokušao sam samo dvije slično povezane instalacije, a možda je došlo do razlike od 1 mm u ukupnoj topologiji antene (zbroj razlika po segmentima). Nadalje, prilagodio sam prvu iteraciju koristeći 30ga.; izvršivši nekoliko podešavanja od 1 mm. Zatim smo duplirali te dužine žica sa 24ga. bez daljnjih usporedivih eksperimenata u dužinama sa 24 ga. Žica.

[Pogledajte Tabelu 1 na gornjoj slici]

Budući da sam želio da se moje jedinice uklope u malu kutiju koju sam imao, prešao sam s prenošenja antenskih kabela udaljenih 10 mm i dugih 10 mm na samo 6 mm i 6 mm, a zatim testirao optimalnu dužinu antene za tu konfiguraciju. Evo sažetog sažetka rezultata mojih različitih testova:

[Pogledajte Tabelu 2 rezultate na gornjoj slici]

Daljnje testiranje, s boljom laboratorijskom mjernom opremom, bez sumnje je moglo osmisliti i potvrditi poboljšane dužine segmenata (veličinu žice i moguće tačke pričvršćivanja ili orijentacije) za istinski optimalne performanse ove modifikacije antene dipola za nRF24 radijske postaje.

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

Antene predajnika i prijemnika u vašem projektu moraju biti orijentirane na sličan način, vodoravno ili okomito, a po mogućnosti paralelno jedna s drugom. Osim toga, možda u komplementarnoj 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, najbolje je 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 MCU -ova Arduino kompatibilnih

2 NRF24L01+

Ponekad sam koristio i LCD ekran a16x02 (za prikladno gledanje u stvarnom vremenu. Serijska konzola se može koristiti i za dobijanje rezultata ispitivanja) tipku (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 eBay-u ili Pro-Mini:

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

16x02 LCD IC2 modul za prikaz

Ovdje preuzmite datoteke sa zip kodovima: