Подобрено радио NRF24L01 с DIY модификация на диполна антена .: 5 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Ситуацията беше такава, че успях да предавам и приемам само през 2 или 3 стени с разстояние около 50 фута, използвайки стандартни nRF24L01+ модули. Това беше недостатъчно за предназначението ми.

По -рано се опитах да добавя препоръчителни кондензатори, но за мен и моя хардуер се получи много малко или никакво подобрение. Така че, моля, игнорирайте ги на снимките.

За моите дистанционни сензори не исках по -голямата част от устройство като nRF24L01+PA+LNA с SMA монтаж и външна антена. Затова създадох този модифициран модул.

С този модифициран модул RF24 можех да мина през четири стени с разстояние около 100 фута.

Този модул също трябва да удвои разстоянието над стандартен модул nRF24, когато се използва с приложения за видимост; като RF самолети, четворки, мед и коли и лодки (100 метра). Не съм направил никакви ясни тестове за зрение. В моите тестове имаше кухненски уреди и шкафове и килери, пълни с неща между трансиверите.

Ето малко задълбочена информация за диполна антена https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna за по-нататъшно проучване на антените: https://www.arrl.org или

Изучавал съм дизайна на антени, но има толкова много специфични дизайнерски данни и теория около огромен и нарастващ брой антени (особено за високочестотни компактни антени), че е лесно да се почувстваш малко изгубен в гората. Така че експериментите са склонни да играят ключова роля.

След като преминах през всичко това, ви давам тук изпълнението на получената от мен модификация на дизайна.

Стъпка 1: Предметите, от които се нуждаете

За да създадете свой собствен подобрен NRF24L01+ с подобрена (диполна) антена, ще ви трябва:

• модул NRF24L01+ https://www.ebay.com/itm/191351948163 или www.ebay.com/itm/371215258056
• Поялник и свързани с него елементи.
• Точен о-нож (или друго средство за изстъргване на защитни покрития)
• 24га. Плътна жица (по избор до 30ga.)

Стъпка 2: Промяна на радиомодула

Започнах с основни дизайни на диполни антени и експериментално ги настроих.

Някои конструкции, които изискват елемент с дължина на вълната need, се нуждаят от фини настройки поради случаи на капацитет, импеданс, индуктивност и резонанси. Нямам средства за измерване на тези характеристики в активна схема от 2,4 GHz, затова направих очевидно необходимата корекция чрез емпирично тестване.

На снимката са някои от моите тестови единици. Някои от следите бяха извадени, тъй като запоявах, не запоявах, огъвах и повторно огъвах потенциални антени. Две добри неща излязоха от това. 1) Превключвам от горната към долната страна, за да прикрепя единия крак към земята, което се оказа по -добре механично и по отношение на производителността. 2) Открих, че е добра идея да прикрепя жицата със супер-лепило или горещо лепило за облекчаване на напрежението (непрекъснато огъвах антената по време на всички тестове.) Първо направено, това може да ги задържи за запояване.

Стъпки за извършване на промяната:

1. Направете два разреза, широки 1-2 мм, от следите близо до основата на печатната платка антена, както се вижда на изображението първото изображение по-горе. Това ефективно премахва съществуващата антена от веригата.
2. От другата страна, с помощта на точен нож, изстържете защитното покритие над ръба на равнината на земята, както е посочено на второто изображение по-горе
3. Нарежете две 24ga. Проводници до прибл. 50 мм
4. Отстранете няколко милиметра изолация от единия край на всеки проводник.
5. Огънете голата част под прав ъгъл върху жицата, която трябва да бъде прикрепена към земята.
6. Залепете всеки проводник надолу (препоръчително: лепило за вечеря или горещо лепило), така че голият край да е готов за запояване; единият точно под изрязаните следи, другият в края на равнината на земята на гърба. Двата проводника трябва да лежат успоредно и на 6 мм един от друг.
7. След като лепилото се постави, поставете паста от флюс за запояване, където ще запоявате, и след това ги запоявайте. Препоръчвам да използвате флюс, така че запояването ви да отнеме бързо и да не прегрявате дъската.
8. Направете ясни правоъгълни огъвания в проводниците, далеч един от друг, до ръба на печатната платка, ~ 6 мм нагоре от мястото, където завършва заземителната равнина. Вижте последните две изображения по -горе. Ако не сте залепили проводниците си, бъдете особено внимателни, за да не натоварвате твърде много местата за запояване.
9. Измерете всеки сегмент тел, който минава по ръба на дъската на 30 мм от огъването му на 90 градуса и ги отрежете там. Открих, че не мога точно да измервам и изрязвам, затова измерих и маркирах с маркер с фин връх на влакната къде да режа.
10. С ом метър проверете, за да се уверите, че проводникът в близост до старите следи от печатни платки на антената няма непрекъснатост в нито едно от разрезите, направени в стъпка #1.

Стъпка 3: Готовият продукт

Вашият модул NRF24L01+ вече ще се представя много по -добре във всеки проект, в който ги използвате. Можете или да се насладите на повишена надеждност с по -голям обхват, или с по -ниски настройки на радио мощност. Трябва да откриете това така, дори и само с промяна на едно радио (предавателя или приемника); и пожънете два пъти ползата, когато използвате модифицирана единица в двата края. Не забравяйте да ориентирате антените успоредно една на друга. Реализирам проект с множество дистанционни сензорни блокове, използващи тези модифицирани радиостанции (вертикално ориентирани със заземени крака, насочени надолу), които всички ще разговарят с централна базова станция, използвайки NRF24L01+PA+LNA и външна антена.

Антените на предавателя и приемника във вашия проект трябва да бъдат ориентирани по сходен начин както хоризонтално, така и вертикално и за предпочитане успоредни една на друга. Освен това, може би в допълнителна ориентация, ако знаете, че имат предпочитания за посока (това обикновено не е посочено тук). Ако вашите антени не са непременно физически различни, сякаш не използвате външна антена с висока печалба от единия край, тогава е най -добре антените да са идентични и ориентирани абсолютно еднакви. Това е с цел постигане на максимална надеждност и обхват, като се има предвид, че антените са монтирани неподвижно.

В крайна сметка количеството подобрение е малко трудно да се определи количествено; но в моето приложение го поставям от 50 до 100% спрямо немодифицираните версии. Мисля, че е поне толкова добър, колкото единица с 2.5db външна антена; но не толкова ефективен, колкото NRF24L01+PA+LNA единица.

Основното намерение на този Instructable е просто да инструктира как да разработи модифициран NRF24L01+ с превъзходна диполна антена, така че да постигне по -голяма способност за предаване и приемане и по -добра използваемост в проектите.

Това вероятно е всичко, от което повечето хора ще се интересуват. С идеята: „Какво да направя, за да извлека по -голям полезен обхват от тези единици?“

Така че в този момент … имайте го; и ме уведомете за вашите успехи с вашите проекти, като използвате вашите собствени радиостанции.

Ако искате да тествате предварително вашите модифицирани радиостанции, включих софтуера, който създадох за моето тестване, в по-късна стъпка.

Стъпка 4: Как оптимизирах този дизайн

Сега за тези, които се интересуват, ще продължа да споделя малко за това как съм тествал и квалифицирал потенциални подобрения. Моля, имайте предвид обаче, че това как се прилага тестването не е фокусът на тази инструкция.

За тестване могат да се използват всякакви Arduino или подобни платки, заедно с модули NRF24L01+. Версиите 01+ са необходими с тестовия софтуер, както е написано, защото той използва 250KHz скорост на предаване. Не забравяйте да захранвате радиостанциите само с напрежение 1.9-3.6v.

За моите тестове за надеждност на диапазона използвах pro-mini Arduino и немодифициран NRF24L01+ като дистанционно. Което просто получава пакет данни и го отразява обратно като потвърждение. Те са работили от 3.3V регулирани.

Имах тази лепенка залепена в малка кутия, която лесно и многократно да позиционирам на различни места за тестване.

Използвах Nano3.0 MCU с модифицирания NRF24L01+ като основен приемо -предавател. Този край беше неподвижен и предостави резултати от тестове (чрез LCD дисплей 16x02 или сериен монитор). Наскоро установих, че подобрената антена ще доведе до по -добри възможности за предаване и приемане. Освен това щях да получа същите резултати от теста с дадено модифицирано радио, използвано в двата края. Обърнете внимание, че в теста всяка страна едновременно предава и приема, това е така, защото след предаване има потвърждение, което трябва да бъде получено, за да се отчете като успешна комуникация.

Имайте предвид, че има много неща, които могат да повлияят на резултатите от тестването:

• Докосване, или почти така, на модула RF24 или проводниците към него.
• Тялото на един човек е в линия с далекопровода.
• Горните две имат положителен ефект.
• Характеристики на захранващото напрежение
• Най -вече ориентацията на предавателната и приемната антени.
• Друг WiFi трафик в района. Това може да причини различия, които могат да се почувстват като тези от „хубавото време“до „бурни условия“. Затова се опитах да тествам основно при благоприятните условия. Бих повторил теста, за да получа най -добрите резултати за дадена изпитвана единица и по -късно да сравня тези резултати със сравними резултати, получени на други тестови единици.

На закрито е по -трудно да се получат надеждни резултати от тестове в сравнение с открито с видимост. Бих могъл да получа драстични разлики в резултатите, като преместя позицията на една от единиците само с няколко инча. Това се дължи на плътностите и съставянето на бариери и отразяващи сигнални пътища. Друг фактор биха могли да бъдат моделите на силата на антенния сигнал, но се съмнявам, че това би могло да причини драстични разлики в движението на няколко инча отстрани.

Измислих софтуер, който да ми предостави необходимите статистически данни за производителността.

Плюс това, настроих, доколкото е възможно, тестовите условия. Подобно на залепване до маркирано място, антените (Tx & Rx), поставени със същата ориентация за всяка батерия от тестовете за производителност. Резултатите от тестовете по -долу са комбинирана средна стойност от множество тестове от множество места. При използваните условия на изпитване немодифицираното радио не успя да получи успешни съобщения.

Получих най -добри резултати с 24ga. над 30 грама. тел. Резултатите бяха само малко по -добри; да речем 10 процента. Трябва да призная, че опитах само два подобно свързани кабела и може да е имало 1 мм разлики в общата топология на антената (сума от разлики в сегментите). Освен това промених първата итерация, използвайки 30ga.; извършване на няколко корекции от 1 мм. След това дублирайте тези дължини на проводника с 24ga. без допълнителни сравними експерименти по дължини с 24 g. Тел.

[Вижте таблица 1 резултатите на изображението по -горе]

Тъй като исках моите устройства да се поберат в малък калъф, който имах, преминах от това, че кабелите за предаване на антената са на 10 мм един от друг и дълги 10 мм, на само 6 мм и 6 мм, след което се тестваха за оптимално настроени дължини на антената за тази конфигурация. Ето едно обобщено обобщение на резултатите от различните ми тестове:

[Вижте таблица 2 резултатите на изображението по -горе]

По -нататъшното тестване, с по -добро лабораторно измервателно оборудване, без съмнение може да измисли и утвърди подобрените дължини на сегмента (размер на проводника и евентуално точки на закрепване или ориентация) за истинска оптимална работа на тази модификация на диполна антена за nRF24 радиостанции.

Кажете ни, ако получите проверимо подобрение (над конфигурация от 24 грама. 6X6mm x 30mm). Много от нас биха искали да извлекат максимума от тези радиостанции (без да добавят обемиста антена).

Антените на предавателя и приемника във вашия проект трябва да бъдат ориентирани по сходен начин както хоризонтално, така и вертикално и за предпочитане успоредни една на друга. Освен това, може би в допълнителна ориентация, ако знаете, че имат предпочитания за посока (това обикновено не е посочено тук). Ако вашите антени не са непременно физически различни, сякаш не използвате външна антена с висока печалба от единия край, тогава е най -добре антените да са идентични и ориентирани абсолютно еднакви. Това е с цел постигане на максимална надеждност и обхват, като се има предвид, че антените са монтирани неподвижно.

Стъпка 5: Хардуер и софтуер, които използвах при моите тестове

Хардуер, който използвах за моето тестване на 2 MCU -та, съвместими с Arduino

2 NRF24L01+

Понякога използвах и LCD дисплей a16x02 (за удобно гледане в реално време. Серийната конзола може да се използва и за получаване на резултати от тестове) бутон (за да стартирате нов набор от тестове, в противен случай ще трябва да преминете през рестартирам)

Препоръчвам и използвам връзки към хардуер:

MCU: Nano V3.0 Atmega328P на eBay или Pro-Mini:

NRF24L01+ модули https://ebay.com/itm/191351948163 и

16x02 LCD IC2 дисплей модул

Изтеглете файловете с компресиран код тук: