Raspberry Pi Zero Wifi -toegangspunt met 'n pasgemaakte PCB -antenne: 6 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Wat maak ons?

Die titel van hierdie tutoriaal bevat baie tegniese terme. Kom ons breek dit af.

Wat is 'n Raspberry Pi Zero (Rπ0)? 'N Raspberry Pi Zero is 'n klein rekenaar. Dit is die kleiner weergawe van die Raspberry Pi -enkelbordrekenaar, en dit kan in 'n boks van 30 mm by 65 mm by 5 mm pas. Benewens die klein grootte, is dit baie goedkoop en baie lae krag. Dit is ook kragtig genoeg om 'n volledige Linux -gebaseerde bedryfstelsel, Raspbian, te bedryf. Soos met enige ander rekenaar, kan u die Rπ0 gebruik om op die internet te blaai, speletjies te speel, kantoorgereedskap te gebruik, sagteware te skryf, ensovoorts. Hierdie handleiding gebruik die Raspberry Pi Zero Model W, wat 'n ingeboude wifi -adapter het.

Wat is 'n wifi -adapter? As u wifi wil gebruik om u selfoon, tablet of skootrekenaar aan die internet te koppel, benodig u toestel 'n wifi -adapter. 'N Wifi -adapter bevat stroombane en 'n antenna. Dit skakel data seine om na en van elektromagnetiese golwe met frekwensie naby, byvoorbeeld, 2,4 GHz. Die meeste selfone, tablette en skootrekenaars bevat 'n ingeboude wifi -adapter. U kan egter ook 'n eksterne wifi -adapter koop wat via 'n rekenaar met 'n rekenaar verbind word. In hierdie projek gebruik ons beide die interne wifi -adapter van die Rπ0 sowel as 'n eksterne wifi -adapter.

Wat is 'n wifi -toegangspunt? Verskeie selfone, tablette of rekenaars kan draadloos met 'n enkele wifi -toegangspunt kommunikeer, en data van hierdie toestelle word deur die toegangspunt na die internet oorgedra. In hierdie projek is die Rπ0 die wifi -toegangspunt. Waarom wil u u eie wifi -toegangspunt hê? Toestelle moet binne ongeveer 100 meter van 'n toegangspunt wees om te kommunikeer. Gestel daar is 'n openbare wifi -toegangspunt in die middel van 'n biblioteek. Almal met 'n skootrekenaar binne die afstand kan die toegangspunt gebruik om draadloos aanlyn te kom. Wat as u toegang wil hê in die park langs die biblioteek, 200 meter verder? U kan 'n nuwe toegangspunt aan die rand van die biblioteek se eiendom, 100 m van die eerste toegangspunt, plaas. Enigiemand met 'n skootrekenaar binne 100 m van die nuwe toegangspunt kan ook aanlyn kom. Binne die beskikbare bandwydte kan hierdie toegangspunte aan mekaar vasgeketting word om internettoegang oor 'n groter gebied te versprei.

Wat is 'n pasgemaakte printplaat (PCB)? 'N PCB is 'n stroombaan wat gevorm word deur lae materiaal op 'n isolerende plaat te plaas. Koper word op die gewenste plekke gevorm om drade te vorm, en gate word geboor waar komponente geplaas sal word. Pasgemaakte PCB's word ontwerp met behulp van gespesialiseerde sagteware. Vir hierdie projek is 'n pasgemaakte PCB ontwerp met behulp van die open source KiCad -sagteware. Die ontwerp is daarna na 'n vervaardiger gestuur om dit te vervaardig. Die ontwerp en bestelling van 'n pasgemaakte PCB is nie duur of tydrowend nie. Die stappe word hieronder uiteengesit. As u 'n PCB opstel met behulp van sagteware en dit laat vervaardig, kry u 'n stroombaan wat duursaam, presies vervaardig en volgens u presiese spesifikasies ontwerp is. In hierdie projek gebruik ons 'n pasgemaakte PCB om 'n wifi -antenna te maak.

Wat is 'n antenna? Die antenna is die deel van die WiFi -toegangspunt -hardeware wat seine na en van elektromagnetiese straling omskakel. Baie antennas kan seine ewe goed uit alle rigtings stuur en ontvang. Ander antennas is rigtinggewend en werk baie beter in 'n bepaalde rigting. In hierdie projek het ons gekies om 'n rigtingantenne te gebruik. As 'n rigtingantenne 'n sein oordra, fokus dit die energie in 'n bepaalde rigting, sodat alles gelyk kan wees dat 'n goed gerigte rigtingantenne oor 'n langer afstand kan kommunikeer as een wat nie rigtinggewend is nie. Hierdie Instructable is geïnspireer deur 'n ander Instructable wat 'n rigtinggewende wifi -antenna gemaak het van (letterlik) paperclips en popsicle sticks. Die instruksies bevat 'n patroon vir 'n wifi Yagi -antenna, en ons antenna is gemaak van die patroon met geringe aanpassings. 'N Yagi-antenna, ook genoem Yagi-Uda-antenna, is 'n tipe rigtingantenne wat oorspronklik in 1926 ontwerp is.' N Ander bron van antennaontwerpe, sowel as ander inligting oor antennas, is die ARRL-antenneboek.

Sommige mense het verskeie kere per dag toegang tot die internet, maar baie ander mense het nie betroubare internettoegang nie. Gebrek aan internettoegang is 'n probleem in landelike sowel as stedelike gebiede, en dit is 'n probleem in beide ontwikkelde en ontwikkelende lande. Byvoorbeeld, 23% van die huishoudings in Wayne County Michigan, wat Detroit insluit, het internettoegang gehad in 2017. Oplossings vir hierdie probleem moet goedkoop wees omdat baie mense sonder rekenaartoegang beperkte hulpbronne het. Boonop moet oplossings werk sonder dat infrastruktuur soos koperdraad of optiese veselkabels nodig is. In hierdie instruksies wys ons hoe u u eie wifi -toegangspunt kan bou, sodat u self die internet kan uitbrei.

Oor hierdie tutoriaal

Hierdie instruksies is modulêr. U kan dele van hierdie instruksies volg sonder om die dele noodwendig voor of daarna te voltooi. As u byvoorbeeld belangstel om 'n Rπ0 as toegangspunt te gebruik, maar nie te veel belangstel in antennas nie, gebruik gerus enige wifi -adapter en ignoreer die stappe om die antenna te maak. As u belangstel om 'n pasgemaakte Yagi -antenna te maak, gaan dan direk na die deel van die tutoriaal. Die PCB -uitleglêers vir die antenna is ingesluit.

Die stap om die wifi -adapter te installeer en die stap om die Rπ0 as toegangspunt op te stel, is getoets met Raspbian Stretch 4.14.52 en 4.14.79. Hopelik sal hulle aanhou werk met toekomstige weergawes. Hierdie stappe moet egter gewysig word as konfigurasielêers vir wifi -toegang verander in nuwer weergawes van die bedryfstelsel.

Stap 1: Versamel voorraad

Benodighede benodig vir die Raspberry Pi Zero Setup

• Raspberry Pi Zero WMaak seker die model W wat ingeboude wifi het.

  

• Micro SD -kaart Kry ten minste 16 GB.
• MicroSD-kaartleser
• USB -hub met MicroUSB -aansluiting
• USB-sleutelbord en muis
• Mini-HDMI na HDMI-kabel Maak seker dat u die grootte van die Mini-HDMI, nie Micro-HDMI nie.
• HDMI -verenigbare monitor
• Kragtoevoer U kan eerder 'n USB -battery gebruik.

Bykomende benodigdhede benodig vir die opstel van die Wifi -toegangspunt

Amazon Basics USB Wifi-adapter met afneembare antenne

Bykomende benodigdhede benodig vir die persoonlike PCB -antenne

• RG-58 soldeerbare kabelaansluiting Digitale onderdeelnommer CONSMA007-R58-ND
• Pasgemaakte printplaat
• Soldeerbout en klein hoeveelheid soldeersel

Stap 2: Stel die Raspberry Pi Zero op

Laai die Raspbian NOOBs Lite -zip -lêer af van https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs en pak dit uit.

Koppel die MicroSD -kaart aan die rekenaar met die MicroSD -kaartleser. Die MicroSD -kaart moet nuut of nuut geformateer wees. Kopieer die lêers na die MicroSD -kaart.

Die volgende stap is om die Rπ0 -hardeware aan te sluit. Plaas die MicroSD -kaart in die Rπ0. Koppel die USB -hub aan die Rπ0, en koppel die sleutelbord en die muis aan die USB -hub. Koppel die Rπ0 aan die kragtoevoer en steek dit in. Die Amazon Basics wifi -adapter sal nie in hierdie stap gebruik word nie, dus laat dit sonder verbinding.

Volg die instruksies in die towenaar om die Raspbian -bedryfstelsel op die Rπ0 te installeer. Hierdie stap behels:

• Meld aan by die gevestigde wifi -netwerk
• Die installering van Raspbian Full (wees geduldig, dit neem 'n rukkie.)
• Stel die land, tydsone en taal in
• Stel 'n wagwoord in vir gebruiker pi
• Koppel aan die gevestigde wifi -netwerk
• Opdatering (wees geduldig, dit neem 'n rukkie.)
• Herlaai

Op hierdie stadium het ons 'n werkende Rπ0 -rekenaar met die Raspbian -bedryfstelsel. Klik op die wifi -ikoon in die regter boonste hoek van die skerm. Dit moet wys wlan0 wat gekoppel is aan u gevestigde wifi -netwerk.

Stap 3: Installeer die Wifi Adapter -bestuurder

Die Amazon Basics -wifi -adapter is ideaal vir antennaprojekte omdat die meegeleverde antenne losgeskroef kan word sodat ons antenna vasgeskroef kan word. Ongelukkig herken Raspbian hierdie wifi -adapter nie. Dit is 'n Realtek 818b -adapter met reeksnommer 70F11C0531F8. Volgens https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?… benodig die skyfie daarin die RTL8192EU -bestuurder. Die nodige bestuurder is aanlyn beskikbaar by MrEngman.

Om die bestuurder te installeer, koppel die Amazon Basic wifi -adapter aan op die USB -hub en maak 'n terminale oop. Voer die volgende opdragte op die opdragreël in:

sudo wget https://fars-robotics.net/install-wifi -O/usr/bin/install-wifi

sudo chmod +x/usr/bin/install-wifi sudo install-wifi -h sudo install-wifi

Klik op die wifi -ikoon regs bo op die skerm.

Dit moet wlan0 en wlan1 wys, en albei moet aan die gevestigde wifi -netwerk gekoppel wees. Op hierdie stadium het u 'n werkende Rπ0 -rekenaar met twee werkende wifi -adapters, die interne en die eksterne Amazon Basics wifi -adapter.

Stap 4: Stel die Rπ0 op as 'n toegangspunt

Die volgende stap is om die Rπ0 op te stel om as 'n wifi -toegangspunt te dien. Aan die einde van hierdie stap word die eksterne Amazon Basics wifi -adapter deur die Rπ0 wlan1 genoem en kommunikeer dit met die gevestigde wifi -netwerk. Die interne wifi -adapter word deur die Rπ0 wlan0 genoem, en toestelle soos selfone, tablette en skootrekenaars kan aansluit by die Rπ0 op die nuwe wifi -netwerk. Hierdie selfone, tablette en skootrekenaars sal hierdie nuwe wifi -toegangspunt kan gebruik om op die internet te kommunikeer.

Hierdie Rπ0 kan die omvang van 'n gevestigde wifi -netwerk uitbrei. Gestel ons wil byvoorbeeld 'n selfoon aan die internet koppel, maar die selfoon is 200 m van die gevestigde wifi -toegangspunt af. Die selfoon kan moontlik nie met die gevestigde wifi -toegangspunt so ver weg kommunikeer nie. Ons kan egter die Rπ0 met die nuwe toegangspunt in die middel plaas. Die Rπ0 kan dan die eksterne wifi -adapter gebruik om te kommunikeer met die gevestigde wifi -netwerk wat slegs 100 m ver is, en die Rπ0 kan die interne wifi -adapter gebruik om te kommunikeer met die selfoon wat ook slegs 100 m ver is.

Adafruit het 'n uitstekende handleiding oor hoe om 'n Raspberry Pi op te stel as 'n wifi -toegangspunt. Die tutoriaal bevat 'n uiteensetting van die stappe wat insluit die opstel van die wifi -toegangspunt, die installering van benodigde pakkette, die redigering van konfig -lêers en die begin van dienste. Die prosedure het egter verskeie stappe, en die instruksies moet aangepas word vir ons doeleindes. Ons gebruik 'n Rπ0 in plaas van die groter Raspberry Pi, en ons vestig 'n verbinding tussen twee draadlose toegangspunte in plaas van 'n bedrade en draadlose toegangspunt. Boonop is verdere veranderinge aan konfigurasielêers nodig om die toegangspunt suksesvol op te stel.

Ons het 'n program geskryf om die installeringsproses te vereenvoudig. Die aangehegte zip -lêer bevat die gewysigde config -lêers, sowel as 'n klein C -program wat die opstel van die toegangspunt outomatiseer. Dit is nou gebaseer op die Adafruit -tutoriaal. Hierdie program maak 'n rugsteun van bestaande config -lêers, kopieer die nuwe config -lêers in die zip -lêer en voltooi die installering van die toegangspunt.

'N Paar ekstra pakkette is nodig voordat ons die installeringskrip kan gebruik. Gebruik die volgende opdragte om die nodige sagteware te installeer.

sudo apt-get install hostapd isc-dhcp-bediener

sudo apt-get install iptables-persistent

Laai die aangehegte zip -lêer af en stoor dit in 'n nuwe gids. Maak 'n terminale oop en verander na die gids. Die volgende stappe is om die lêer uit te pak en die installeringskrip uit te voer.

tar-xzvf insatll-rpiAP.tar.gz

cd install-rpiAP sudo./install-rpiAP.o

Hierdie program sal u vra om die naam van die (gevestigde) wifi -netwerk en sy wagwoord in te voer. Dit sal 'n nuwe toegangspunt met die naam PI_AP opstel met die wagwoord Raspberry.

Nadat die script klaar is, herlaai die Rπ0. As u nou op die netwerkikoon in die regter boonste gedeelte van die skerm klik, sê dit dat daar geen draadlose koppelvlakke gevind word nie. Moenie bekommerd wees nie; hulle bestaan en werk. Op hierdie stadium bestaan die oorspronklike wifi -netwerk, en ons het 'n nuwe wifi -netwerk met die naam Pi_AP. Neem 'n selfoon of 'n ander toestel en probeer om aan te sluit by die nuwe wifi -toegangspunt. Maak 'n webblaaier op die toestel oop om die internetverbinding te toets terwyl u hierdie nuwe toegangspunt gebruik.

Die volgende sewe konfigurasielêers word deur die installasieprogram gewysig: /etc/dhcp/dhcpd.conf,/etc/default/isc-dhcp-server,/etc/network/interfaces, /etc/hostapd/hostapd.conf,/etc /default/hostapd, /etc/init.d/hostapd, en /etc/sysctl.conf. Miskien wil u addisionele wysigings aan hierdie konfigurasielêers aanbring. Die Adafruit -tutoriaal wat hierbo genoem word, bied addisionele besonderhede. Verander byvoorbeeld die lêer /etc/hostapd/hostapd.conf as u die naam van u nuwe toegangspunt of die wagwoord daarvan wil verander. As u verskeie Rπ0 -toegangspunte aan u gevestigde netwerk wil koppel, benodig elkeen 'n unieke IP -adres. Die installasieproses gebruik 192.168.42.1. Die lêers /etc/dhcp/dhcpd.conf en/etc/network/interfaces moet gewysig word. Boonop benodig u die opdrag sudo ifconfig wlan0 192.168.zz.1 waar zz vervang word deur 'n ander heelgetal. Hierdie toegangspunt is ook slegs vir IPv4 -kommunikasie getoets. Bykomende wysigings aan die installeringsprosedure of die konfigurasielêers kan nodig wees vir beide IPv4- en IPv6 -kommunikasie op die toegangspunt.

Stap 5: Ontwerp die antenna

Dit is makliker om 'n antenna te ontwerp en te maak as wat dit klink. Ons benadering was om met 'n patroon te begin, dit aan te pas, te simuleer om te verseker dat dit steeds aan ons behoeftes voldoen, en dit dan op 'n PCB neerlê. As u nie u eie antenna wil maak nie, gebruik dan die antenna wat by die wifi -adapter kom. Alternatiewelik, as u u eie antenna wil maak, maar nie wil ontwerp of simuleer nie, het ons ons PCB -uitleglêers aangeheg. Lees egter verder as u belangstel in antenna -ontwerp, antennesimulasie of PCB -uitleg. Die antenna wat ons gebruik, is nie geoptimaliseer nie. Die doel hier is om aan te toon hoe u u eie antenna kan maak, nie om 'n ideale antenna te wys nie.

Ons wou 'n rigtingantenne hê wat op wifi -frekwensies werk. Die Instructable waarmee ons begin het, bevat 'n gedetailleerde patroon vir 'n rigting Yagi -antenna wat gemaak kan word uit skuifspelde en popsicle sticks. Ons het slegs een verandering aangebring. Hierdie antenna is 42 cm lank en bevat 15 geleidende elemente. Ons het van alle elemente behalwe vier ontslae geraak, sodat die antenna korter sal wees.

Vervolgens het ons die antenna gesimuleer om te verseker dat dit steeds rigting is, selfs met minder elemente. EZNEC deur Roy Lewallen is 'n maklik om te gebruik antenna simulasie hulpmiddel. Ons het die demo -weergawe van EZNEC 6.0 gebruik. Die eerste stap om hierdie sagteware te gebruik, is om die antenna te beskryf. Klik op die Wires -knoppie en voer die ligging van die antenna -elemente in. Die grootte en ligging van hierdie elemente word in die antennapatroon uiteengesit. Vervolgens stel ons die frekwensie op 2,4 GHz vir wifi -seine, en kies ons die grondtipe as vrye ruimte. Die EZNEC -lêer wat die antenna beskryf, WifiYagi.ez, is aangeheg.

Die uitset van die EZNEC -simulasie word hieronder getoon en dit bevestig dat die aangepaste antenne steeds rigtinggewend is. Die linker gedeelte van die figuur toon die antenna. Die swart lyne is die geleidende elemente, en die rooi sirkel op die tweede element is waar die wifi -adapter verbind is. Die regterkant van die figuur is die 3D -stralingspatroonplot. Die figuur toon die relatiewe sterkte van die sein op 'n vaste afstand van 'n senderantenne in verskillende hoeke. Aangesien die plot groter is in x -rigting as in ander rigtings, is die antenna rigtinggewend. Die meeste energie wat deur die antenna oorgedra word, gaan in die x -rigting. As ons hierdie antenna behoorlik oriënteer en as alles anders gelyk is, behoort hierdie antenna oor langer afstande in die x -rigting te kan kommunikeer as as ons nie 'n rigtingantenne gebruik het nie.

Die volgende stap is om die pasgemaakte PCB uit te lê. Alhoewel die antennapatroon waarmee ons begin het, maklik is om te bou, is dit moeilik om presies te konstrueer. Gedrukte stroombane word meer akkuraat vervaardig en duursaam. Ons het die open source -program KiCad gebruik. Ons PCB -uitleglêers is aangeheg in wifi_pcb.tar.gz. Gebruik die opdrag om die lêer uit te pak:

tar -zxvf wifi_pcb.tar.gz

Die stappe om die PCB uit te lê, is om:

• Maak 'n nuwe KiCad -projek oop.
• Gaan na die PCB Layout Editor.
• Kies die knoppie Voeg grafiese lyne by en die Edge. Cuts -laag en definieer die omtrek van die PCB.
• Kies die knoppie Voeg grafiese lyne by en die F. Cu -laag en teken die antenna -elemente in die voorste koperlaag.
• Kies die Add Vias -knoppie en voeg twee gate in waar die wifi -adapter gekoppel sal word.
• Kies die knoppie Voeg grafiese veelhoek by en die F. Maskerlaag en teken 'n gaatjie in die soldeermasker aan die voorkant sodat dit nie die deurgate sal bedek nie. Herhaal met die B. Mask -laag om ook 'n gaatjie in die masker van die agterste soldeersel te trek.
• Voeg die gewenste bykomende merke of etikette by die seeskermlae.
• Kies File en dan Plot om Gerber -lêers te genereer.

Stap 6: Maak die antenna

Ons het PCB's gekoop wat uit ons uitleg gemaak is. Adafruit het 'n lys met stokperdjie-vriendelike PCB-vervaardigers. Alhoewel ons 'n paar vervaardigers van PCB probeer het, weet ons nie regtig wat die beste is nie. Die gewysde PCB is vervaardig deur Oshpark.

Sodra die PCB kom, is die volgende stap om die RG-58-koaksiale aansluiting te soldeer. Die PCB het twee deurgate. Die pen wat by die aansluiting kom, is te kort, so soldeer 'n klein stuk draad in een van die deurgate. Sit 'n groot stuk soldeer wat die dop met die ander gat verbind. U het nou 'n rigting Yagi wifi -antenna gemaak van 'n pasgemaakte PCB.

Ontkoppel die Amazon Basics wifi -adapter. Skroef die antenne waarmee dit bygevoeg is, en skroef die nuwe PCB -antenne aan. Koppel die wifi -adapter weer aan op die USB -hub. Die projek is nou voltooi.