Forbedret NRF24L01 -radio med en DIY -dipolantennemodifikation .: 5 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Situationen var, at jeg kun var i stand til at sende og modtage gennem 2 eller 3 vægge med en afstand på omkring 50 fod ved hjælp af standard nRF24L01+ moduler. Dette var utilstrækkeligt til min påtænkte anvendelse.

Jeg havde tidligere prøvet at tilføje anbefalede kondensatorer, men for mig og min hardware blev der meget lidt eller ingen forbedring. Så ignorer dem venligst på billederne.

Til mine fjernsensorer ønskede jeg ikke hovedparten af en enhed som en nRF24L01+PA+LNA med en SMA -holder og en udvendig antenne. Så jeg oprettede dette modificerede modul.

Med dette modificerede RF24 -modul kunne jeg gå gennem fire vægge med en afstand på omkring 100 fod.

Dette modul bør også næsten fordoble afstanden over et standard nRF24 -modul, når det bruges til applikationer til synsfelt; som RF-fly, quad-coppers, biler og både (100 meter). Jeg har ikke foretaget nogen klare synsfeltprøver. I mine tests var der køkkenudstyr og skabe og skabe fulde af ting mellem transceiverne.

Her er nogle detaljerede oplysninger om en dipolantenne https://da.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna for yderligere antennestudie, prøv: https://www.arrl.org eller

Jeg har studeret antennedesign nogle, men der er så mange specifikke designdata og teori omkring et stort og voksende antal antennedesign (især for højfrekvente kompakte antenner), at det er let at føle sig lidt tabt i skoven. Så eksperimentering har en tendens til at spille en nøglerolle.

Efter at have gennemgået alt dette, giver jeg dig her implementeringen af min resulterende designændring.

Trin 1: De elementer, du skal bruge

For at fremstille din egen forbedrede NRF24L01+ med en forbedret (dipol) antenne skal du bruge:

• et NRF24L01+ modul https://www.ebay.com/itm/191351948163 eller www.ebay.com/itm/371215258056
• Loddejern og lignende varer.
• Exact-o-kniv (eller andre midler til at skrabe beskyttende belægninger af)
• 24ga. Massiv tråd (valgfrit op til 30ga.)

Trin 2: Ændring af radiomodulet

Jeg startede med grundlæggende dipolantennedesign og afstemte dem eksperimentelt.

Nogle designs, der kræver et ¼ bølgelængdeelement, har brug for fine justeringer på grund af tilfælde af kapacitans, impedans, induktans og resonanser. Jeg har ikke midler til at måle disse egenskaber i et aktivt 2,4 GHz kredsløb, så jeg foretog den tilsyneladende nødvendige justering gennem empirisk testning.

På billedet ses et par af mine testenheder. Nogle af sporene blev trukket af, da jeg loddet, ikke loddet, bøjet og igen bøjet kommende antenner. To gode ting kom ud af dette. 1) Jeg skifter fra oversiden til undersiden for at fastgøre et ben til jorden, hvilket viste sig at være bedre mekanisk og præstationsmæssigt. 2) Jeg fandt ud af, at det er en god idé at fastgøre tråden med superlim eller varm lim til trækaflastning (jeg blev ved et uheld ved at bøje antennen under al testning.) Færdig først, dette kan holde dem til lodning.

Trin til at foretage ændringen:

1. Lav to udskæringer, 1-2 mm brede, af sporene nær bunden af printkortantennen, som det ses på billedet det første billede ovenfor. Dette tager effektivt den eksisterende antenne ud af kredsløbet.
2. På den anden side skal du med en eksakt-o kniv skrabe den beskyttende belægning over kanten af jordplanet, som angivet i det andet billede ovenfor
3. Skær to 24ga. Ledninger til ca. 50 mm
4. Fjern et par millimeter isolering fra den ene ende af hver ledning.
5. Bøj den bare del i en ret vinkel på den ledning, der skal fastgøres til jorden.
6. Lim hver tråd ned (anbefal: aftensmadslim eller varm lim), så den bare ende er klar til at loddes; den ene lige under de afskårne spor, den anden ved kanten af jordplanet på bagsiden. De to ledninger skal ligge parallelt og 6 mm fra hinanden.
7. Når limen er sat, skal du lægge loddemiddel, hvor du skal lodde, og derefter lodde dem. Jeg anbefaler at bruge flux, så din lodning tager hurtigt, og du ikke overopvarmer brættet.
8. Lav skarpe vinkelbøjninger i ledningerne, væk fra hinanden, ved kanten af printkortet, ~ 6 mm op fra, hvor jordplanet ender. Se de to sidste billeder ovenfor. Hvis du ikke har limet dine ledninger ned, skal du være ekstra forsigtig med ikke at lægge for meget stress på loddepunkterne.
9. Mål hvert trådsegment, der løber langs kanten af brættet til 30 mm fra dets 90 graders bøjning, og skær dem af der. Jeg opdagede, at jeg ikke kunne måle og skære nøjagtigt, så jeg målte og markerede med en fin fiber-spids markør, hvor jeg skulle klippe.
10. Med en ohm -måler kontrolleres det, at ledningen nær de gamle antenne -printkort ikke har kontinuitet på tværs af nogen af nedskæringerne i trin #1.

Trin 3: Det færdige produkt

Dit NRF24L01+ -modul vil nu fungere langt bedre i ethvert projekt, du bruger dem i. Du kan enten nyde forbedret pålidelighed med større rækkevidde eller med lavere radioeffektindstillinger. Du bør finde dette, selvom du kun ændrer én radio (senderen eller modtageren); og høste dobbelt fordelen ved brug af en modificeret enhed i begge ender. Husk at sørge for at orientere antennerne parallelt med hinanden. Jeg implementerer et projekt med flere eksterne sensorenheder, der anvender disse modificerede radioer (lodret orienteret med deres bundben nedad), som alle vil tale med en central basestation ved hjælp af en NRF24L01+PA+LNA og en ekstern antenne.

Senderen og modtagerantennerne i dit projekt skal være orienteret på samme måde både vandret eller lodret og meget gerne parallelt med hinanden. Derudover måske i en gratis orientering, hvis du ved, at de har en retningsbestemt præference (dette er generelt ikke angivet her). Hvis dine antenner ikke nødvendigvis er fysisk forskellige, ligesom du ikke bruger en ekstern antenne med høj forstærkning i den ene ende, er det bedst, at antennerne er identiske og orienteret nøjagtig det samme. Dette er for at opnå maksimal pålidelighed og rækkevidde, og i betragtning af at antennerne er monteret stationære.

I sidste ende er forbedringsmængden lidt svær at kvantificere; men i min ansøgning satte jeg den på fra 50 til 100% i forhold til de uændrede versioner. Jeg synes, det er mindst lige så godt som en enhed med en 2.5db ekstern antenne; men ikke så effektiv som en NRF24L01+PA+LNA -enhed.

Hovedintentionen med denne Instructable er simpelthen at instruere i, hvordan man udtænker en modificeret NRF24L01+ med en overlegen dipolantenne, så den opnår større sende- og modtagekapacitet og bedre anvendelighed i projekter.

Det er nok alt det, de fleste mennesker vil være interesseret i. Med ideen: "Hvad gør jeg for at få større brugbart område ud af disse enheder?"

Så på dette tidspunkt … har det; og lad mig vide om dine succeser med dine projekter ved hjælp af dine egne tilpassede radioer.

Hvis du vil forprøve dine modificerede radio (er), har jeg inkluderet den software, jeg har oprettet til min test, i et senere trin.

Trin 4: Sådan optimerede jeg dette design

Nu for dem, der er interesseret, vil jeg fortsætte med at dele lidt om, hvordan jeg testede og kvalificerede kommende forbedringer. Bemærk dog, at hvordan man implementerer test ikke er fokus for denne instruktive.

Til testning kan enhver Arduino eller lignende tavler sammen med NRF24L01+ moduler bruges. 01+ -versionerne er nødvendige med testsoftwaren, som den er skrevet, fordi den bruger 250KHz -transmissionshastigheden. Sørg for kun at drive radioerne med spændinger på 1,9-3,6v.

Til min test af pålidelighedstest brugte jeg en pro-mini Arduino og en umodificeret NRF24L01+ som fjernbetjening. Som simpelthen modtager en datapakke og ekkoer den tilbage som en bekræftelse. Disse blev afviklet med 3.3V reguleret.

Jeg havde denne samling tapet i en lille kasse, som jeg let og gentagne gange kunne placere forskellige teststeder.

Jeg brugte en Nano3.0 MCU med den modificerede NRF24L01+ som hovedtransceiver. Denne ende var stationær og gav testresultater (enten via et 16x02 LCD -display eller den serielle skærm). Tidligt konstaterede jeg, at en forbedret antenne ville resultere i både bedre sende- og modtagelsesevne. Ydermere ville jeg få de samme testresultater med en given modificeret radio, der blev brugt i hver ende. Bemærk, at i testen hver side både sender og modtager, det er fordi der efter en transmission er en bekræftelse, der skal modtages for at den kan tælles som en vellykket kommunikation.

Bemærk, at der er mange ting, der kan påvirke testresultater:

• Ved at røre, eller næsten, RF24 -modulet eller ledninger til det.
• Ens krop inline med transmissionslinjen.
• Ovenstående to har en positiv effekt.
• Forsyningsspændingsegenskaberne
• Mest af alt orienteringen af sender- og modtagerantennerne.
• Anden WiFi -trafik i området. Disse kan forårsage forskelle, der kan føles som 'godt vejr' til 'stormfulde forhold'. Så jeg forsøgte hovedsageligt at teste under de gunstige forhold. Jeg ville gentage testen for at få de bedste resultater for en given enhed under test og senere sammenligne disse resultater med sammenlignelige resultater opnået på andre testenheder.

Indendørs er sværere at få pålidelige testresultater sammenlignet med udendørs med en synsfelt. Jeg kunne få drastiske forskelle i resultater ved at flytte placeringen af en af enhederne med blot et par centimeter. Dette skyldes densiteter og sammensætning af barrierer og reflekterende signalveje. En anden faktor kan være antennesignalstyrkemønstre, men jeg tvivler på, at det kan forårsage drastiske forskelle i nogle centimeters bevægelse fra side til side.

Jeg udtænkte noget software til at give mig nogle nødvendige præstationsstatistikker.

Plus jeg opsatte faste, så meget som muligt, testbetingelser. Ligesom at tape ned til et markeret sted, placeres antennerne (Tx & Rx) med samme retning for hvert batteri af ydelsestest. Testresultaterne nedenfor er et kombineret gennemsnit af flere tests fra flere steder. Under de brugte testbetingelser kunne en umodificeret radio ikke få nogen vellykkede meddelelser igennem.

Jeg fik de bedste resultater med 24ga. over 30ga. tråd. Resultaterne var kun lidt bedre; siger 10 procent. Ganske vist har jeg kun prøvet to ligetilsluttede eksemplarer, og der kan have været 1 mm forskelle i den samlede antennetopologi (summen af forskelle på tværs af segmenter). Yderligere justerede jeg den første iteration ved hjælp af 30ga.; foretager flere 1 mm justeringer. Derefter duplikerede disse trådlængder med 24ga. uden yderligere sammenlignelige forsøg i længder med de 24 ga. Tråd.

[Se tabel 1 resultater i billedet ovenfor]

Da jeg ville have mine enheder til at passe i et lille kabinet, jeg havde, skiftede jeg fra at have antennetransmissionsledningerne 10 mm fra hinanden og 10 mm lange til kun at være 6 mm og 6 mm, og derefter testet for optimale afstemte antennelængder til den konfiguration. Her er en sammenfattet oversigt over resultaterne fra mine forskellige tests:

[Se tabel 2 resultater i billedet ovenfor]

Yderligere test, med bedre laboratoriemåleudstyr, kunne uden tvivl udtænke og validere forbedrede segmentlængder (trådstørrelse og muligvis fastgørelsespunkter eller orientering) for at opnå en optimal optimal ydelse af denne dipolantennemodifikation til nRF24 -radioer.

Lad os vide, hvis du opnår en verificerbar forbedring (over en 24ga. 6X6mm x 30mm konfiguration). Mange af os vil gerne have mest muligt ud af disse radioer (uden at tilføje en omfangsrig antenne).

Senderen og modtagerantennerne i dit projekt skal være orienteret på samme måde både vandret eller lodret og meget gerne parallelt med hinanden. Derudover måske i en gratis orientering, hvis du ved, at de har en retningsbestemt præference (dette er generelt ikke angivet her). Hvis dine antenner ikke nødvendigvis er fysisk forskellige, ligesom du ikke bruger en ekstern antenne med høj forstærkning i den ene ende, er det bedst, at antennerne er identiske og orienteret nøjagtig det samme. Dette er for at opnå maksimal pålidelighed og rækkevidde, og i betragtning af at antennerne er monteret stationære.

Trin 5: Hardware og software, jeg brugte i min testning

Hardware jeg brugte til min testning af 2 MCU'er Arduino -kompatible

2 NRF24L01+

Til tider brugte jeg også et16x02 LCD-display (til praktisk visning i realtid. Seriekonsollen kan også bruges til at få testresultater) en trykknap (for at starte et nyt sæt tests, ellers skulle du gå igennem en genstart)

Links til hardware jeg vil anbefale og bruge:

MCU'er: Nano V3.0 Atmega328P på eBay eller Pro-Mini:

NRF24L01+ moduler https://ebay.com/itm/191351948163 og

16x02 LCD IC2 display modul

Download zip -kodefilerne her: