راديو NRF24L01 محسّن مع تعديل هوائي ثنائي القطب: 5 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

كان الموقف أنني كنت قادرًا فقط على الإرسال والاستقبال من خلال 2 أو 3 جدران بمسافة حوالي 50 قدمًا ، باستخدام وحدات nRF24L01 + القياسية. لم يكن هذا كافيًا للاستخدام المقصود.

كنت قد حاولت سابقًا إضافة مكثفات موصى بها ، لكن بالنسبة لي ولم تتحسن أجهزتي إلا قليلاً. لذا من فضلك تجاهلهم في الصور.

بالنسبة لأجهزة الاستشعار عن بعد ، لم أكن أرغب في الحصول على الجزء الأكبر من وحدة مثل nRF24L01 + PA + LNA مع حامل SMA وهوائي خارجي. لذلك قمت بإنشاء هذه الوحدة المعدلة.

باستخدام وحدة RF24 المعدلة ، يمكنني المرور عبر أربعة جدران بمسافة حوالي 100 قدم.

يجب أن تضاعف هذه الوحدة أيضًا المسافة تقريبًا عبر وحدة nRF24 القياسية عند استخدامها مع تطبيقات خط الرؤية ؛ مثل طائرات الترددات اللاسلكية ، والعربات الرباعية والسيارات والقوارب (100 متر). لم أقم بإجراء أي اختبارات واضحة لخط البصر. في اختباراتي ، كانت هناك أدوات مطبخ وخزائن وخزائن مليئة بالأشياء بين أجهزة الإرسال والاستقبال.

فيما يلي بعض المعلومات المتعمقة حول هوائي ثنائي القطب https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna لمزيد من دراسة الهوائيات ، جرب: https://www.arrl.org أو

لقد درست تصميم الهوائي ، ولكن هناك الكثير من بيانات التصميم المحددة والنظرية حول عدد كبير ومتزايد من تصميمات الهوائي (خاصة للهوائيات المدمجة عالية التردد) ، بحيث يسهل الشعور بالضياع قليلاً في الغابة. لذلك يميل التجريب إلى لعب دور رئيسي.

الآن بعد أن مررت بكل هذا ، أقدم لكم هنا تنفيذ تعديل التصميم الناتج.

الخطوة 1: العناصر التي ستحتاجها

لتصنيع NRF24L01 + المحسن الخاص بك بهوائي (ثنائي القطب) محسّن ، ستحتاج إلى:

• وحدة NRF24L01 + https://www.ebay.com/itm/191351948163 أو www.ebay.com/itm/371215258056
• لحام الحديد والمواد ذات الصلة.
• سكين دقيق (أو أي وسيلة أخرى لكشط الطلاءات الواقية)
• 24ga. سلك صلب (اختياريًا يصل إلى 30 جرامًا).

الخطوة 2: تعديل وحدة الراديو

لقد بدأت بتصميمات أساسية للهوائي ثنائي القطب وقمت بضبطها تجريبيًا.

تحتاج بعض التصميمات التي تتطلب عنصر الطول الموجي إلى تعديلات دقيقة بسبب حالات السعة والمقاومة والحث والرنين. ليس لدي وسيلة لقياس هذه الخصائص في دائرة 2.4 جيجا هرتز نشطة ، لذلك قمت بإجراء التعديل المطلوب على ما يبدو من خلال الاختبار التجريبي.

في الصورة عدد قليل من وحدات الاختبار الخاصة بي. تم سحب بعض الآثار ، حيث قمت بلحام الهوائيات المحتملة وغير الملحومة والمثنية وإعادة ثنيها. نتج عن هذا شيئين جيدين. 1) أقوم بالتبديل من الجانب العلوي إلى الجانب السفلي لربط ساق واحدة بالأرض ، والتي تبين أنها أفضل من الناحية الميكانيكية والأداء. 2) لقد وجدت أنه من الجيد إرفاق السلك بالغراء الفائق أو الغراء الساخن لتخفيف الضغط (ظللت أقوم بثني الهوائي عن طريق الخطأ أثناء جميع الاختبارات.) تم أولاً ، هذا يمكن أن يحملهم للحام.

خطوات التعديل:

1. قم بعمل قطعتين بعرض 1-2 مم للآثار بالقرب من قاعدة هوائي ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، كما هو موضح في الصورة الصورة الأولى أعلاه. يؤدي هذا إلى إخراج الهوائي الحالي بشكل فعال من الدائرة.
2. على الجانب الآخر ، باستخدام سكين دقيق ، اكشط الطبقة الواقية فوق حافة المستوى الأرضي ، كما هو موضح في الصورة الثانية أعلاه
3. قطع اثنين 24ga. الأسلاك إلى تقريبا. 50 ملم
4. قم بفصل بضعة ملليمترات من العزل من أحد طرفي كل سلك.
5. ثني الجزء العاري بزاوية قائمة على السلك لتوصيله بالأرض.
6. قم بلصق كل سلك لأسفل (نوصي بما يلي: غراء عشاء أو غراء ساخن) ، بحيث تكون النهاية العارية جاهزة للحام ؛ واحد أسفل آثار القطع مباشرة ، والآخر عند حافة المستوى الأرضي في الخلف. يجب أن يوضع السلكان بشكل متوازٍ ويفصل بينهما مسافة 6 مم.
7. بمجرد ضبط الغراء ، ضع معجون تدفق اللحام حيث ستذهب إلى اللحام ، ثم قم بتثبيته. أوصي باستخدام التدفق حتى يستغرق اللحام الخاص بك بسرعة ولن تقوم بتسخين اللوحة.
8. اجعل ثنيات الزاوية اليمنى واضحة في الأسلاك ، بعيدًا عن بعضها البعض ، على حافة PCB ، حوالي 6 مم من حيث ينتهي المستوى الأرضي. الرجوع إلى الصورتين الأخيرتين أعلاه. إذا لم تقم بلصق الأسلاك الخاصة بك ، فاحرص على عدم وضع الكثير من الضغط على نقاط اللحام.
9. قم بقياس كل مقطع سلك يمتد على طول حافة اللوحة إلى 30 مم من انحناء 90 درجة وقم بقطعها هناك. اكتشفت أنني لا أستطيع القياس والقطع بدقة ، لذلك قمت بالقياس ووضع علامة بعلامة دقيقة ذات رأس من الألياف حيث أقطع.
10. مع فحص مقياس أوم للتأكد من أن السلك الموجود بالقرب من آثار ثنائي الفينيل متعدد الكلور للهوائي القديم لا يحتوي على استمرارية عبر أي من القطع التي تم إجراؤها في الخطوة رقم 1.

الخطوة الثالثة: المنتج النهائي

ستؤدي وحدة NRF24L01 + الآن أداءً أفضل بكثير في أي مشروع تستخدمه فيه. يمكنك إما الاستمتاع بالموثوقية المحسنة بنطاق أكبر أو بإعدادات طاقة لاسلكية أقل. يجب أن تجد هذا الأمر كذلك ، حتى مع تعديل راديو واحد فقط (المرسل أو المستقبل) ؛ وجني ضعف الفائدة عند استخدام وحدة معدلة في كلا الطرفين. تذكر أن تتأكد من توجيه الهوائيات بالتوازي مع بعضها البعض. أقوم بتنفيذ مشروع مع عدة وحدات استشعار عن بعد تستخدم أجهزة الراديو المعدلة هذه (موجهة عموديًا مع توجيه أرجلها الأرضية لأسفل) ، والتي ستتحدث جميعها مع محطة قاعدة مركزية باستخدام NRF24L01 + PA + LNA وهوائي خارجي.

يجب أن يتم توجيه هوائيات جهاز الإرسال والاستقبال في مشروعك بشكل مماثل أفقيًا أو رأسيًا ويفضل أن يكونا متوازيين مع بعضهما البعض. بالإضافة إلى ذلك ، ربما في اتجاه تكميلي إذا كنت تعلم أن لديهم تفضيل اتجاهي (لم يتم الإشارة إلى هذا بشكل عام هنا). إذا لم تكن الهوائيات الخاصة بك مختلفة ماديًا بالضرورة ، مثل عدم استخدام هوائي خارجي عالي الكسب من أحد الطرفين ، فمن الأفضل أن تكون الهوائيات متطابقة وموجهة بنفس الطريقة تمامًا. هذا من أجل تحقيق أقصى قدر من الموثوقية والمدى ، وبالنظر إلى الهوائيات مثبتة ثابتة.

في النهاية ، من الصعب تحديد مقدار التحسن ؛ لكن في تطبيقي ، أضعه بين 50 و 100٪ على الإصدارات غير المعدلة. أعتقد أنها جيدة على الأقل كوحدة بها هوائي خارجي 2.5 ديسيبل ؛ ولكن ليس بنفس فعالية وحدة NRF24L01 + PA + LNA.

الهدف الرئيسي من Instructable هذا هو ببساطة توجيه التعليمات حول كيفية تصميم NRF24L01 + المعدل بهوائي ثنائي القطب فائق بحيث يحقق قدرة إرسال واستقبال أكبر وقابلية استخدام أفضل في المشاريع.

ربما يكون هذا هو كل ما سيهتم به معظم الناس. مع الفكرة: "ماذا أفعل للحصول على نطاق أكبر قابلاً للاستخدام من هذه الوحدات؟"

حتى في هذه المرحلة… في ذلك ؛ واسمحوا لي أن أعرف نجاحاتك في مشاريعك باستخدام أجهزة الراديو المخصصة الخاصة بك.

إذا كنت ترغب في إجراء اختبار مسبق للراديو (الراديو) المعدّل ، فقد قمت بتضمين البرنامج الذي قمت بإنشائه للاختبار الخاص بي ، في خطوة لاحقة.

الخطوة 4: كيف أقوم بتحسين هذا التصميم

الآن بالنسبة لأولئك المهتمين ، سأستمر في مشاركة القليل حول كيفية اختبار التحسينات المحتملة وتأهيلها. ومع ذلك ، يرجى ملاحظة أن كيفية تنفيذ الاختبار ليست محور هذه التعليمات.

لاختبار أي لوحة Arduino أو لوحات مماثلة ، إلى جانب وحدات NRF24L01 + ، يمكن استخدامها. هناك حاجة إلى إصدارات 01+ مع برنامج الاختبار ، كما هو مكتوب ، لأنه يستخدم معدل الإرسال 250 كيلو هرتز. تأكد من تشغيل أجهزة الراديو بجهود من 1.9 إلى 3.6 فولت فقط.

من أجل اختبار موثوقية النطاق الخاص بي ، استخدمت Arduino pro-mini و NRF24L01 + غير المعدل كجهاز تحكم عن بعد. الذي يتلقى ببساطة حزمة بيانات ويرددها مرة أخرى كإقرار. تم تشغيل هذه من 3.3V منظم.

لقد تم تسجيل هذا التجميع في صندوق صغير يمكنني وضعه بسهولة وبشكل متكرر في مواقع اختبار مختلفة.

لقد استخدمت Nano3.0 MCU مع NRF24L01 المعدل كجهاز الإرسال والاستقبال الرئيسي. كانت هذه النهاية ثابتة وقدمت نتائج الاختبار (إما عبر شاشة LCD مقاس 16 × 02 أو الشاشة التسلسلية). لقد أثبتت في وقت مبكر أن الهوائي المحسن سيؤدي إلى قدرة إرسال واستقبال أفضل. علاوة على ذلك ، سأحصل على نفس نتائج الاختبار باستخدام راديو معدل معين يستخدم في أي من الطرفين. لاحظ أنه في الاختبار يقوم كل جانب بالإرسال والاستقبال ، وذلك لأنه بعد الإرسال يوجد إقرار يلزم استلامه حتى يتم اعتباره اتصالاً ناجحًا.

لاحظ أن هناك العديد من الأشياء التي يمكن أن تؤثر على نتائج الاختبار:

• لمس ، أو ما يقرب من ذلك ، وحدة RF24 أو الأسلاك بها.
• جسد المرء يتماشى مع خط النقل.
• ما ورد أعلاه لهما تأثير إيجابي.
• خصائص جهد الإمداد
• الأهم من ذلك كله هو اتجاه هوائيات المرسل والمستقبل.
• حركة مرور WiFi أخرى في المنطقة. يمكن أن تسبب هذه الاختلافات التي يمكن أن تبدو مثل تلك من "الطقس الجيد" إلى "الظروف العاصفة". لذلك حاولت إجراء الاختبار بشكل أساسي خلال الظروف المواتية. أود أن أكرر الاختبار للحصول على أفضل النتائج لوحدة معينة قيد الاختبار ثم أقارن هذه النتائج لاحقًا بالنتائج المماثلة التي تم الحصول عليها في وحدات الاختبار الأخرى.

يصعب الحصول على نتائج اختبار موثوقة في الداخل مقارنةً بالخارج مع خط رؤية. يمكنني الحصول على اختلافات جذرية في النتائج بتحريك موضع إحدى الوحدات ببضع بوصات فقط. ويرجع ذلك إلى الكثافات وتكوين الحواجز ومسارات الإشارات العاكسة. هناك عامل آخر يمكن أن يكون أنماط قوة إشارة الهوائي ، لكنني أشك في أنها قد تسبب اختلافات جذرية في بضع بوصات من الحركة جنبًا إلى جنب.

لقد ابتكرت بعض البرامج لتزودني ببعض إحصائيات الأداء المطلوبة.

بالإضافة إلى أنني قمت بإعداد شروط اختبار ثابتة قدر الإمكان. مثل التسجيل في مكان محدد ، يتم وضع الهوائيات (Tx & Rx) في نفس الاتجاه لكل بطارية من اختبارات الأداء. نتائج الاختبار أدناه عبارة عن متوسط مجمع لاختبارات متعددة من مواقع متعددة. في ظل ظروف الاختبار المستخدمة ، لم يتمكن الراديو غير المعدل من تلقي أي رسائل ناجحة.

حصلت على أفضل النتائج مع 24ga. أكثر من 30 جرام. الأسلاك. كانت النتائج أفضل قليلاً ؛ قل 10 في المئة. من المسلم به أنني جربت فقط حالتين سلكيتين بالمثل ، وربما كان هناك اختلافات 1 مم في الهيكل الكلي للهوائي (مجموع الاختلافات عبر المقاطع). علاوة على ذلك ، قمت بتعديل التكرار الأول باستخدام 30ga ؛ إجراء عدة تعديلات 1 مم. ثم ضاعف أطوال تلك الأسلاك بـ 24ga. بدون تجارب أخرى مماثلة في الأطوال مع 24 ga. الأسلاك.

[انظر الجدول 1 النتائج في الصورة أعلاه]

نظرًا لأنني كنت أرغب في أن تتلاءم وحداتي مع علبة صغيرة ، فقد تحولت من أن يكون انتقال الهوائي متباعدًا 10 مم وطول 10 مم إلى 6 مم و 6 مم فقط ، ثم اختبر أطوال الهوائي المضبوطة المثلى لهذا التكوين. فيما يلي ملخص موجز لنتائج اختباراتي المختلفة:

[انظر نتائج الجدول 2 في الصورة أعلاه]

لا شك في أن المزيد من الاختبارات ، باستخدام معدات قياس معملية أفضل ، يمكن أن تبتكر وتتحقق من صحة أطوال المقاطع المحسّنة (حجم السلك وربما نقاط التعلق أو الاتجاه) للحصول على الأداء الأمثل الحقيقي لتعديل الهوائي ثنائي القطب لأجهزة الراديو nRF24.

أخبرنا إذا حصلت على تحسين يمكن التحقق منه (أكثر من تكوين 24ga. 6X6mm x 30mm). يرغب الكثير منا في تحقيق أقصى استفادة من هذه الأجهزة اللاسلكية (دون إضافة هوائي ضخم).

يجب أن يتم توجيه هوائيات جهاز الإرسال والاستقبال في مشروعك بشكل مماثل أفقيًا أو رأسيًا ويفضل أن يكونا متوازيين مع بعضهما البعض. بالإضافة إلى ذلك ، ربما في اتجاه تكميلي إذا كنت تعرف أن لديهم تفضيل اتجاهي (لم يتم الإشارة إلى هذا بشكل عام هنا). إذا لم تكن الهوائيات الخاصة بك مختلفة ماديًا بالضرورة ، مثل عدم استخدام هوائي خارجي عالي الكسب من أحد الطرفين ، فمن الأفضل أن تكون الهوائيات متطابقة وموجهة بنفس الطريقة تمامًا. هذا من أجل تحقيق أقصى قدر من الموثوقية والمدى ، وبالنظر إلى الهوائيات مثبتة ثابتة.

الخطوة 5: الأجهزة والبرامج التي استخدمتها في الاختبار

الأجهزة التي استخدمتها لاختباري 2 MCUs Arduino المتوافقة

2 NRF24L01 +

في بعض الأحيان ، استخدمت أيضًا شاشة LCD مقاس 16 × 02 (لمشاهدة مريحة في الوقت الفعلي. يمكن أيضًا استخدام وحدة التحكم التسلسلية للحصول على نتائج الاختبار) زر ضغط (من أجل بدء مجموعة جديدة من الاختبارات ، وإلا فستحتاج إلى المرور عبر اعادة البدء)

روابط للأجهزة التي أرشحها وأستخدمها:

MCUs: Nano V3.0 Atmega328P على eBay أو Pro-Mini:

وحدات NRF24L01 + https://ebay.com/itm/191351948163 و

16x02 LCD IC2 وحدة العرض

قم بتنزيل ملفات الأكواد المضغوطة من هنا: