ESP8266 wzór promieniowania: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

ESP8266 jest popularnym modułem mikrokontrolera, ponieważ można go podłączyć do Internetu za pośrednictwem wbudowanego WiFi. Daje to hobbystom wiele możliwości tworzenia zdalnie sterowanych gadżetów i urządzeń IoT przy minimalnym dodatkowym sprzęcie. Dogodnie większość modułów zawiera antenę, albo z obwodem drukowanym typu odwróconego F, albo z chipem ceramicznym. Niektóre płyty pozwalają nawet na podłączenie anteny zewnętrznej, aby uzyskać większy zasięg. Większość z nas zna dziwactwa anten radiowych, telewizyjnych, a nawet telefonów komórkowych. Po dokładnym dopasowaniu pozycji anteny lub zestawu, sygnał staje się zaszumiony, gdy tylko odejdziesz i usiądziesz! Niestety ESP8266 jako urządzenie bezprzewodowe może wykazywać podobne antyspołeczne zachowanie. Metoda pomiaru charakterystyki promieniowania ESP8266 jest wyjaśniona w tej instrukcji przy użyciu siły sygnału RSSI zgłaszanej przez moduł. Testowanych jest kilka typów anten, a dla każdej wersji podświetlany jest słodki punkt. Mały silnik krokowy służy do obracania modułu ESP8266 o 360 stopni w ciągu 30 minut, a średni odczyt RSSI jest mierzony co 20 sekund. Dane są przesyłane do ThingSpeak, darmowej usługi analizy IoT, która przedstawia wyniki w postaci wykresu biegunowego, na podstawie którego można określić kierunek maksymalnego sygnału. Proces ten powtórzono dla kilku orientacji modułu ESP8266.

Kieszonkowe dzieci

Komponenty do tego projektu można łatwo znaleźć w Internecie od dostawców takich jak eBay, Amazon itp., o ile nie znajdują się one jeszcze w twoim śmietniku.

28BYJ48 Silnik krokowy 5V ULN2003 Płytka sterownika Arduino UNO lub podobne moduły ESP8266 do testu Antena zewnętrzna Zasilanie USB Arduino IDE i konto ThingSpeak Rozmaitości - rurka plastikowa, przewód, Blu tak

Krok 1: Przegląd systemu

Arduino Uno służy do napędzania silnika krokowego przez pełny obrót przez okres 30 minut. Ponieważ silnik pobiera większy prąd niż dostępny w Uno, płyta sterownika ULN2003 służy do dostarczania dodatkowego prądu silnika. Silnik jest przykręcony do kawałka drewna, aby uzyskać stabilną platformę, a na trzpień silnika wsunięty jest odcinek plastikowej rurki, która posłuży do zamontowania testowanego modułu. Po włączeniu Uno wrzeciono silnika wykonuje pełny obrót co 30 minut. Moduł ESP8266 zaprogramowany do pomiaru siły sygnału WiFi, RSSI, jest przyklejony do plastikowej rurki, dzięki czemu moduł wykonuje pełny obrót. Co 20 sekund ESP8266 wysyła odczyt siły sygnału do ThingSpeak, gdzie sygnał jest wykreślany we współrzędnych biegunowych. Odczyt RSSI może się różnić w zależności od producenta chipów, ale generalnie wynosi od 0 do -100, przy czym każda jednostka odpowiada 1 dBm sygnału. Ponieważ nie znoszę zajmować się liczbami ujemnymi, do odczytu RSSI na wykresie biegunowym dodano stałą 100, aby odczyty były dodatnie, a wyższe wartości wskazywały na lepszą siłę sygnału.

Krok 2: Silnik krokowy

Silnik krokowy 28BYJ48 jest lekko przykręcony do kawałka drewna, aby zapewnić stabilność. Około 8 cali 1/4” plastikowej rurki jest przyklejone do wrzeciona silnika krokowego w celu zamontowania testowanego modułu. Uno, płyta sterownicza i silnik są okablowane, jak wielokrotnie opisano w Internecie. Krótki szkic w pliku jest przesyłany do Uno, aby rura obracała się o pełne koło co 30 minut po włączeniu zasilania.

Szkic używany do obracania silnika jest wymieniony w pliku tekstowym, tutaj nic rewolucyjnego.

Krok 3: Testowanie ESP8266

Moduły do testu zostały najpierw prześwietlone szkicem, który co 20 sekund wysyła odczyt RSSI do ThingSpeak dla pełnego obrotu silnika krokowego. Wykreślono trzy orientacje dla każdego modułu oznaczonego testem A, B i C. W pozycji A moduł jest zamontowany po stronie rury z anteną skierowaną do góry. W kierunku anteny, prawa strona anteny wskazuje na router na początku testu. Niestety znowu zostałem uszlachetniony liczbami ujemnymi, silnik obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, ale wykres biegunowy jest wyskalowany przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Oznacza to, że niezasłonięta burta anteny jest skierowana w stronę routera pod kątem około 270 stopni. W pozycji B moduł jest montowany poziomo na górze rury. Antena jest skierowana na router tak jak w teście A na początku testu. Na koniec, moduł jest ustawiony jak w teście A, a następnie moduł jest skręcany zgodnie z ruchem wskazówek zegara o 90 stopni i montowany, aby uzyskać pozycję testową C.

Plik tekstowy zawiera kod wymagany do wysłania danych RSSI do ThingSpeak. Musisz dodać własne dane Wi-Fi i klucz API, jeśli używasz ThingSpeak.

Krok 4: Wyniki odwróconego obwodu drukowanego F

Pierwszy testowany moduł miał antenę z wijącym się obwodem drukowanym, która jest najczęstszym typem, ponieważ jest najtańsza w produkcji. Wykres biegunowy pokazuje, jak zmienia się siła sygnału podczas obracania modułu. Pamiętaj, że RSSI jest oparte na skali logarytmicznej, więc zmiana 10 jednostek RSSI to 10-krotna zmiana mocy sygnału. Test A z anteną na górze modułu daje najwyższy sygnał. Ponadto najlepsza pozycja jest wtedy, gdy ścieżka PCB jest skierowana w stronę routera. Gorsze wyniki występują w teście B, gdzie na płytce jest dużo ekranowania od innych elementów. Test C również cierpi z powodu ekranowania komponentów, ale są pewne pozycje, w których ścieżka PCB ma wyraźną ścieżkę do routera. Najlepszym sposobem montażu modułu jest ustawienie anteny na górze, ze ścieżką PCB skierowaną w stronę routera. W tym przypadku możemy spodziewać się siły sygnału około 35 jednostek. Nieoptymalne pozycje mogą z łatwością zmniejszyć siłę sygnału dziesięciokrotnie. Normalnie moduł byłby montowany w puszce, zarówno ze względu na ochronę fizyczną, jak i środowiskową, można by się spodziewać, że zmniejszy to sygnał jeszcze bardziej… Test na przyszłość.

ThingSpeak potrzebuje trochę kodu, aby uporządkować dane i stworzyć wykresy biegunowe. Można to znaleźć w osadzonym pliku tekstowym.

Krok 5: Wyniki chipów ceramicznych

Niektóre moduły ESP8266 wykorzystują ceramiczny chip do anteny zamiast toru obwodu drukowanego. Nie mam pojęcia, jak działają, z wyjątkiem wysokiej stałej dielektrycznej ceramiki, która prawdopodobnie pozwala na zmniejszenie rozmiaru fizycznego. Zaletą chipowej anteny jest mniejsza powierzchnia zajmowana kosztem kosztów. Testy siły sygnału zostały powtórzone na module z ceramiczną anteną chipową, co dało wyniki na zdjęciu. Antena chipowa ma problemy z osiągnięciem mocy sygnału większej niż 30 w porównaniu do 35 w przypadku konstrukcji PCB. Może jednak rozmiar ma znaczenie? Zamontowanie modułu chipem do góry daje najlepszą transmisję. Jednak w teście B z płytą zamontowaną poziomo, w niektórych pozycjach na płytce jest dużo ekranowania od innych elementów. Wreszcie w teście C są pozycje, w których chip ma wyraźną ścieżkę do routera i inne sytuacje, w których inne elementy płytki są blokowane.

Krok 6: Wyniki anteny dookólnej

Moduł z chipem ceramicznym posiadał możliwość podłączenia anteny zewnętrznej poprzez złącze IPX. Przed użyciem złącza należy przesunąć łącze, aby zamienić ścieżkę sygnału z chipa na gniazdo IPX. Okazało się to dość łatwe, trzymając ogniwo pęsetą, a następnie podgrzewając ogniwo lutownicą. Po stopieniu się lutowia ogniwo można zdjąć i umieścić w nowej pozycji. Kolejne dotknięcie lutownicą przylutuje link z powrotem do nowej pozycji. Testowanie anteny omni było nieco inne. Najpierw przetestowano antenę obracając ją w poziomie. Następnie antena została ustawiona pod kątem 45 stopni i przetestowana. Na koniec sporządzono wykres z pionową anteną. Co zaskakujące, gorsza pozycja anteny była pionowa, zwłaszcza że anteny routera były ustawione pionowo i w podobnej płaszczyźnie. Najlepsze pozycje były z anteną między poziomą a 45 stopni przy kącie obrotu około 120 stopni. W tych warunkach siła sygnału osiągnęła 40, co stanowi znaczną poprawę w stosunku do oryginalnej anteny chipowej. Wykresy pokazują tylko najmniejsze podobieństwo do tych pięknie symetrycznych diagramów pączkowych, które są pokazane w podręcznikach dotyczących anten. W rzeczywistości na siłę sygnału wpływa wiele innych czynników, znanych i nieznanych, co sprawia, że pomiary eksperymentalne są najlepszym sposobem testowania systemu.

Krok 7: Optymalna antena

W końcowym teście antena dookólna została ustawiona pod kątem 45 stopni w pozycji o największej sile sygnału. Tym razem antena nie została obrócona, ale pozostawiona do rejestracji danych na 30 minut, aby dać wyobrażenie o zmienności pomiaru. Wykres wskazuje, że pomiar jest stabilny z dokładnością do +/- 2 jednostek RSSI. Wszystkie te wyniki zostały zrobione w elektrycznie zajętym gospodarstwie domowym. Nie podjęto próby wyłączenia telefonów DECT, kuchenek mikrofalowych ani innych urządzeń WiFi i Bluetooth w celu zmniejszenia szumów elektrycznych. To jest prawdziwy świat… Ta instrukcja pokazuje, jak mierzyć skuteczność anten używanych w ESP8266 i podobnych modułach. Antena z nadrukiem zapewnia lepszą siłę sygnału w porównaniu z anteną chipową. Jednak zgodnie z oczekiwaniami najlepszy wynik daje antena zewnętrzna.