Verbeterde NRF24L01 -radio met 'n DIY -tweepool -antenna -aanpassing .: 5 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Die situasie was dat ek slegs deur 2 of 3 mure met 'n afstand van ongeveer 50 voet kon stuur en ontvang met behulp van standaard nRF24L01+ modules. Dit was onvoldoende vir my beoogde gebruik.

Ek het vroeër probeer om aanbevole kapasitors by te voeg, maar vir my en my hardeware is daar min of geen verbetering nie. Dus, ignoreer hulle asseblief op die foto's.

Vir my afstandsensors wou ek nie die grootste deel van 'n eenheid hê nie, soos 'n nRF24L01+PA+LNA met 'n SMA -berging en 'n buiteantenne. Ek het dus hierdie aangepaste module geskep.

Met hierdie aangepaste RF24 -module kon ek deur vier mure gaan met 'n afstand van ongeveer 100 voet.

Hierdie module behoort ook byna die afstand oor 'n standaard nRF24 -module byna te verdubbel wanneer dit gebruik word met toepassings met siglyn; soos RF-vliegtuie, vierwielers, motors en bote (100 meter). Ek het geen duidelike sigstoetse gemaak nie. In my toetse was daar kombuistoestelle en kaste en kaste vol goed tussen die ontvangers.

Hier is 'n paar diepgaande inligting oor 'n dipoolantenne https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna vir verdere studie van antennes: https://www.arrl.org of

Ek het 'n paar antenna -ontwerp bestudeer, maar daar is soveel spesifieke ontwerpdata en teorie rondom 'n groot en groeiende aantal antenna -ontwerpe (veral vir kompakte antennas met 'n hoë frekwensie), dat dit maklik is om 'n bietjie verlore in die bos te voel. Eksperimentering speel dus 'n sleutelrol.

Nadat ek dit alles deurgemaak het, gee ek u hier die implementering van my gevolglike ontwerpaanpassing.

Stap 1: Die items wat u benodig

Om u eie verbeterde NRF24L01+ te vervaardig met 'n verbeterde (dipool) antenna, benodig u:

• 'n NRF24L01+ module https://www.ebay.com/itm/191351948163 of www.ebay.com/itm/371215258056
• Soldeerbout en verwante items.
• Presiese mes (of ander maniere om beskermende bedekkings af te skrap)
• 24ga. Soliede draad (opsioneel tot 30ga.)

Stap 2: Die radiomodule verander

Ek het begin met basiese ontwerpe van die dipoolantennas en dit eksperimenteel ingestel.

Sommige ontwerpe wat 'n ¼ golflengte -element benodig, benodig fyn aanpassings weens gevalle van kapasitansie, impedansie, induktansie en resonansies. Ek het nie die middele om hierdie eienskappe in 'n aktiewe 2,4 GHz -stroombaan te meet nie, en daarom het ek die empatieklike aanpassing moontlik gemaak deur middel van empiriese toetse.

Op die foto is 'n paar van my toetseenhede. Sommige van die spore is afgetrek terwyl ek soliede, ongesoldeerde, geboë en weer geboë antennes vasgebuig het. Twee goeie dinge het hieruit gekom. 1) Ek skakel van die boonste kant na die onderkant om die een been aan die grond vas te maak, wat meganies en prestasiegewys beter blyk te wees. 2) Ek het gevind dat dit 'n goeie idee is om die draad vas te maak met supergom of warm gom vir rekverligting (ek het die antenna per ongeluk buig tydens al die toetse.) Eerstens kan dit vasgemaak word vir soldeer.

Stappe om die wysiging aan te bring:

1. Maak twee snitte, 1-2 mm breed, van die spore naby die basis van die PCB-antenna, soos gesien in die prentjie die eerste prent hierbo. Dit neem die bestaande antenna effektief uit die kring.
2. Aan die ander kant, met 'n presiese mes, skraap die beskermende laag oor die rand van die grondvlak af, soos aangedui in die tweede prent hierbo
3. Sny twee 24ga. Drade tot ongeveer. 50 mm
4. Trek 'n paar millimeter isolasie van die een kant van elke draad af.
5. Buig die kaal gedeelte in 'n regte hoek op die draad wat aan die grond geheg moet word.
6. Plak elke draad vas (beveel aan: aandete-gom of warm gom) sodat die kaal punt gereed is vir soldeer; die een net onder die gesnyde spore, die ander aan die rand van die grondvlak agterop. Die twee draad moet parallel en 6 mm uitmekaar lê.
7. Sodra die gom vas is, plaas soldeervloeipasta waar u gaan soldeer en soldeer dit dan. Ek raai u aan om vloeistof te gebruik, sodat u soldeer vinnig sal neem en die bord nie te warm word nie.
8. Maak skerp, reghoekige draaie in die drade, weg van mekaar, aan die rand van die printplaat, ongeveer 6 mm van waar die grondvlak eindig. Verwys na die laaste twee beelde hierbo. As u nie u drade vasgeplak het nie, wees ekstra versigtig om nie te veel spanning op die soldeerpunte te plaas nie.
9. Meet elke draadsegment wat langs die rand van die bord loop tot 30 mm van die buiging van 90 grade af en sny dit daar af. Ek het ontdek dat ek nie akkuraat kon meet en sny nie, en ek het gemeet en gemerk met 'n fyn veselpunt-merker waar ek moes sny.
10. Met 'n ohm -meter om seker te maak dat die draad naby die ou antenna -PCB -spore nie kontinuïteit het in enige van die snitte wat in stap #1 gemaak is nie.

Stap 3: Die voltooide produk

Jou NRF24L01+ -module sal nou baie beter presteer in watter projek jy dit ook al gebruik. Jy kan beter betroubaarheid geniet met 'n groter reikwydte of met 'n laer radiokrag -instelling. U moet dit so vind, selfs as u slegs een radio (die sender of ontvanger) verander; en haal twee keer die voordeel uit as u 'n aangepaste eenheid aan beide kante gebruik. Onthou dat u die antennas parallel met mekaar moet oriënteer. Ek implementeer 'n projek met veelvuldige sensoreenhede met behulp van hierdie aangepaste radio's (vertikaal gerig met hul grondbene na onder), wat almal met 'n sentrale basisstasie kan gesels met 'n NRF24L01+PA+LNA en 'n eksterne antenna.

Die sender- en ontvangerantennas in u projek moet op dieselfde manier horisontaal as vertikaal gerig wees en verkieslik parallel met mekaar. Boonop miskien as 'n komplimentêre oriëntasie as u weet dat hulle 'n rigtinggewende voorkeur het (dit word nie algemeen hier aangedui nie). As u antennas nie noodwendig fisies anders is nie, soos dat u nie 'n eksterne antenna aan die een kant gebruik nie, is dit die beste dat die antennas identies en presies dieselfde gerig is. Dit is ten einde maksimum betroubaarheid en reikwydte te bereik, en gegewe die antennas is dit stilstaande.

Uiteindelik is die hoeveelheid verbetering 'n bietjie moeilik om te kwantifiseer; maar in my aansoek stel ek dit van 50 tot 100% bo die onveranderde weergawes. Ek dink dit is ten minste so goed soos 'n eenheid met 'n 2.5db eksterne antenna; maar nie so effektief as 'n NRF24L01+PA+LNA -eenheid nie.

Die hoofdoel van hierdie Instructable is eenvoudig om te leer hoe om 'n aangepaste NRF24L01+ met 'n superieure dipoolantenne te ontwerp, sodat dit 'n groter oordrag- en ontvangvermoë en beter bruikbaarheid in projekte sal behaal.

Dit is waarskynlik alles waarin die meeste mense sal belangstel. Met die idee: "Wat moet ek doen om 'n groter bruikbare reeks uit hierdie eenhede te haal?"

So op hierdie punt … doen dit; en laat my weet van u suksesse met u projekte met u eie radio's.

As u u gewysigde radio (s) vooraf wil toets, het ek die sagteware wat ek vir my toetsing gemaak het, in 'n latere stap ingesluit.

Stap 4: Hoe ek hierdie ontwerp geoptimaliseer het

Vir diegene wat belangstel, vertel ek 'n bietjie hoe ek toekomstige verbeterings getoets en gekwalifiseer het. Let egter daarop dat die implementering van toetsing nie die fokus van hierdie instruksies is nie.

Vir die toetsing kan enige Arduino of vergelykbare borde, saam met NRF24L01+ modules, gebruik word. Die 01+ weergawes is nodig met die toetsprogrammatuur, soos dit geskryf is, omdat dit die 250KHz -oordragsnelheid gebruik. Maak seker dat die radio's slegs met 'n spanning van 1.9-3.6v aangeskakel word.

Vir die toets van my betroubaarheidsreeks het ek 'n pro-mini Arduino en 'n onveranderde NRF24L01+ as afstandsbediening gebruik. Wat eenvoudig 'n datapakket ontvang en dit weergee as 'n erkenning. Dit is afgeskakel van 3.3V gereguleerde.

Ek het hierdie eenheid in 'n klein boks laat plak, wat ek maklik en herhaaldelik op verskillende toetslokasies kon plaas.

Ek het 'n Nano3.0 MCU gebruik met die aangepaste NRF24L01+ as die belangrikste transceiver. Die doel was stil en het toetsresultate verskaf (via 'n 16x02 LCD -skerm of die seriële monitor). Ek het vroeg al vasgestel dat 'n verbeterde antenne beide beter stuur- en ontvangsvermoë tot gevolg sou hê. Verder sou ek dieselfde toetsuitslae kry met 'n gegewe gemodifiseerde radio wat aan weerskante gebruik is. Let daarop dat elke kant in die toets beide stuur en ontvang, dit is omdat daar na 'n oordrag 'n erkenning is wat ontvang moet word om dit as 'n suksesvolle kommunikasie te kan tel.

Let daarop dat daar baie dinge is wat die toetsresultate kan beïnvloed:

• As u die RF24 -module of -drade daaraan raak, of amper.
• 'N Mens se liggaam is in lyn met die transmissielyn.
• Bogenoemde twee het 'n positiewe uitwerking.
• Die eienskappe van die voedingsspanning
• Die oriëntasie van die sender- en ontvangerantennas is veral belangrik.
• Ander WiFi -verkeer in die omgewing. Dit kan verskille wat soos 'goeie weer' kan voel, tot 'stormagtige toestande' veroorsaak. Ek het dus probeer om veral te toets tydens die gunstige toestande. Ek sal die toets herhaal om die beste resultate vir 'n gegewe eenheid te toets en later die resultate te vergelyk met vergelykbare resultate wat op ander toetseenhede verkry is.

Binne is dit moeiliker om betroubare toetsuitslae te kry in vergelyking met buitelug met 'n siglyn. Ek kan drastiese verskille in resultate kry deur die posisie van een van die eenhede net 'n paar sentimeter te skuif. Dit is te danke aan digthede en bestaan uit hindernisse en reflektiewe seinpaaie. 'N Ander faktor kan die sterktepatrone van die antenna wees, maar ek twyfel nie of dit drastiese verskille in beweging van 'n paar sentimeter van kant tot kant kan veroorsaak nie.

Ek het sagteware ontwerp om die nodige prestasiestatistieke te voorsien.

Boonop stel ek die toetstoestande so veel as moontlik op. Soos om die antennas (Tx & Rx) op 'n gemerkte plek vas te plak met dieselfde oriëntasie vir elke battery prestasietoetse. Die onderstaande toetsresultate is 'n gekombineerde gemiddelde van veelvuldige toetse vanaf verskeie plekke. Onder die gebruikte toetsomstandighede kon 'n onveranderde radio geen suksesvolle boodskappe deurbring nie.

Ek het die beste resultate behaal met 24ga. meer as 30 g. draad. Die resultate was net 'n bietjie beter; sê 10 persent. Ek het weliswaar net twee gevalle wat op dieselfde manier aangeskakel is, probeer, en daar was moontlik 'n 1 mm -verskille in die totale antennatopologie (som van die verskille tussen segmente). Verder het ek die eerste iterasie met die 30ga aangepas; verskeie verstellings van 1 mm aanbring. Dupliseer dan die draadlengtes met 24ga. sonder verdere vergelykbare eksperimente in lengtes met die 24 ga. Draad.

[Sien resultate in tabel 1 in die prent hierbo]

Omdat ek wou hê dat my eenhede in 'n klein omhulsel moes pas, het ek oorgeskakel van die antenna -transmissiekabels wat 10 mm uitmekaar en 10 mm lank was tot slegs 6 mm en 6 mm, en daarna getoets vir optimale afgestemde antennelengtes vir die konfigurasie. Hier is 'n saamgevatte opsomming van die resultate van my verskillende toetse:

[Sien resultate in tabel 2 in die prent hierbo]

Verdere toetse, met beter laboratoriummetingstoerusting, kon ongetwyfeld verbeterde segmentlengtes (draadgrootte en moontlik aanhegtings- of oriëntasiepunte) bedink en bekragtig vir ware optimale prestasie van hierdie dipoolantennemodifikasie vir nRF24 -radio's.

Laat ons weet as u 'n bevestigbare verbetering kry (meer as 'n 24ga. 6X6mm x 30mm -konfigurasie). Baie van ons wil die meeste uit hierdie radio's put (sonder om 'n lywige antenna by te voeg).

Die sender- en ontvangerantennas in u projek moet op dieselfde manier horisontaal as vertikaal gerig wees en verkieslik parallel met mekaar. Boonop miskien as 'n komplimentêre oriëntasie as u weet dat hulle 'n rigtinggewende voorkeur het (dit word nie algemeen hier aangedui nie). As u antennas nie noodwendig fisies anders is nie, net soos u nie 'n eksterne antenna aan die een kant gebruik nie, is dit die beste dat die antennas identies en presies dieselfde gerig is. Dit is ten einde maksimum betroubaarheid en reikwydte te bereik, en gegewe die antennas is dit stilstaande.

Stap 5: Hardeware en sagteware wat ek tydens my toetsing gebruik het

Hardeware wat ek gebruik het om my twee Arduino -versoenbare MCU's te toets

2 NRF24L01+

Soms het ek ook 'n 16x02 LCD-skerm gebruik (vir maklike intydse kyk. Die seriële konsole kan ook gebruik word om toetsresultate te kry) 'n drukknop (om 'n nuwe stel toetse te begin, anders sou u 'n begin oor)

Skakels na hardeware wat ek sou aanbeveel en gebruik:

MCU's: Nano V3.0 Atmega328P op eBay of Pro-Mini:

NRF24L01+ modules https://ebay.com/itm/191351948163 en

16x02 LCD IC2 -vertoningsmodule

Laai die poskode -lêers hier af: