ESP8266 Strålemønster: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

ESP8266 er et populært mikrocontroller -modul, fordi det kan tilsluttes internettet via WiFi ombord. Dette åbner mange muligheder for hobbyisten for at lave fjernstyrede gadgets og IoT -enheder med et minimum af ekstra hardware. De fleste moduler har bekvemt en antenne, enten en trykt kredsløb inverteret F -type eller en keramisk chip. Nogle tavler tillader endda at tilslutte en ekstern antenne for ekstra rækkevidde. De fleste af os er bekendt med særhederne ved radio, tv eller endda mobiltelefonantenner. Efter omhyggelig justering af antennens eller sætets position går signalet støjende, lige når du bevæger dig væk og sætter dig ned! Desværre kan ESP8266 være en trådløs enhed vise lignende asocial adfærd. En metode til måling af strålingsmønsteret for ESP8266 forklares i denne instruktion ved hjælp af RSSI -signalstyrken rapporteret af modulet. Flere antennetyper er testet og sweet spot fremhævet for hver version. En lille trinmotor bruges til at rotere ESP8266 -modulet 360 grader over en periode på 30 minutter og en gennemsnitlig RSSI -måling målt hvert 20. sekund. Dataene sendes til ThingSpeak, en gratis IoT -analysetjeneste, der kortlægger resultaterne som et polært plot, hvorfra retningen for det maksimale signal kan løses. Denne proces blev gentaget for flere orienteringer af ESP8266 -modulet.

Forbrugsvarer

Komponenter til dette projekt findes let på internettet fra leverandører som eBay, Amazon osv., Hvis de ikke allerede er i din skraldespand.

28BYJ48 5V stepper motor ULN2003 driver board Arduino UNO eller lignende ESP8266 moduler til test Ekstern antenne USB strømforsyning Arduino IDE og ThingSpeak konto Diverse - plastrør, wire, Blu tak

Trin 1: Oversigt over systemet

En Arduino Uno bruges til at køre trinmotoren gennem en fuld rotation over en periode på 30 minutter. Da motoren tager mere strøm end tilgængelig fra Uno, bruges ULN2003 driverkortet til at levere den ekstra motorstrøm. Motoren skrues ned på et stykke træ for at give en stabil platform og en længde af plastrør skubbet på motorspindlen, som skal bruges til at montere modulet under test. Når Uno tændes, foretager motorspindlen en fuld rotation hvert 30. minut. Et ESP8266 -modul, der er programmeret til at måle WiFi -signalstyrken, RSSI, sidder fast på plastrøret, så modulet roterer fuldt ud. Hvert 20. sekund sender ESP8266 signalstyrken til ThingSpeak, hvor signalet er afbildet i polære koordinater. RSSI -aflæsningen kan variere mellem chipproducenter, men ligger generelt mellem 0 og -100 med hver enhed svarende til 1 dBm signal. Da jeg hader at håndtere negative tal, er der tilføjet en konstant 100 til RSSI -aflæsningen i polarplottet, så målingerne er positive, og højere værdier angiver en bedre signalstyrke.

Trin 2: Stepper Motor

28BYJ48 stepper motor er let skruet ned til et stykke træ for at give stabilitet. Ca. 8 tommer 1/4”plastrør limes på trinmotorspindlen til montering af modulet under test. Uno, førerkort og motor er kablet op, som det er blevet beskrevet mange gange på internettet. En kort skitse i filen blinkes ind i Uno, så røret roterer en hel cirkel hvert 30. minut, når den tændes.

Skitsen, der bruges til at rotere motoren, er angivet i tekstfilen, intet revolutionerende her.

Trin 3: ESP8266 -test

Modulerne til test blev først blinket med en skitse, der sender RSSI -aflæsningen til ThingSpeak hvert 20. sekund for en fuld omdrejning af trinmotoren. Tre orienteringer blev afbildet for hvert modul betegnet med test A, B og C. I position A er modulet monteret på rørsiden med antennen øverst. Når antennen vender mod, peger antennen RHS på routeren i starten af testen. Desværre blev jeg adlet af negative tal igen, motoren drejer med uret, men polarplottet skaleres mod uret. Det betyder, at den ubemærkede bredde af antennen vender mod routeren ved cirka 270 grader. I position B er modulet monteret vandret på toppen af røret. Antennen peger på routeren som i test A ved testens start. Til sidst placeres modulet som i test A, og derefter drejes modulet 90 grader med uret og monteres for at give test C -positionen.

Tekstfilen giver den kode, der kræves for at sende RSSI -data til ThingSpeak. Du skal tilføje dine egne WiFi -detaljer og API -nøgle, hvis du bruger ThingSpeak.

Trin 4: Omvendte F -udskrivninger på kredsløb

Det første testede modul havde en slynget antennekredsløb, som er den mest almindelige type, fordi den er den billigste at fremstille. Polarplottet viser, hvordan signalstyrken ændres, når modulet roteres. Husk at RSSI er baseret på en logskala, så en ændring på 10 RSSI -enheder er en 10 gange ændring i signaleffekt. Test A med antennen øverst på modulet giver det højeste signal. Den bedste position er også, når printkortet vender mod routeren. De dårligere resultater sker i test B, hvor der er meget afskærmning fra de andre komponenter på brættet. Test C lider også af komponentafskærmning, men der er nogle positioner, hvor PCB -sporet har en klar vej til routeren. Den bedste måde at montere modulet på er med antennen øverst med PCB -sporet mod routeren. I dette tilfælde kan vi forvente en signalstyrke på omkring 35 enheder. Ikke -optimale positioner kan let reducere signalstyrken med en faktor ti. Normalt ville modulet blive monteret i en kasse til både fysisk og miljøbeskyttelse, vi kunne forvente, at dette vil reducere signalet endnu mere … En test for fremtiden.

ThingSpeak har brug for en smule kode for at organisere dataene og lave polare plots. Dette findes i den integrerede tekstfil.

Trin 5: Keramiske flisresultater

Nogle ESP8266 -moduler bruger en keramisk chip til antennen i stedet for det trykte kredsløbsspor. Jeg aner ikke, hvordan de fungerer, undtagen keramikkens høje dielektriske konstant muligvis muliggør en krympning i fysisk størrelse. Fordelen ved chipantennen er et mindre fodaftryk på bekostning af omkostninger. Signalstyrketest blev gentaget på et modul med en keramisk chip -antenne, der gav resultaterne på billedet. Chip -antennen kæmper for at opnå en signalstyrke større end 30 sammenlignet med 35 med PCB -designet. Måske betyder størrelsen trods alt noget? Montering af modulet med chippen øverst giver den bedste transmission. Men i test B med brættet monteret vandret, er der meget afskærmning fra de andre komponenter på brættet i visse positioner. Endelig i test C er der positioner, hvor chippen har en klar vej til routeren og andre gange, hvor der er forhindring fra de andre kortkomponenter.

Trin 6: Omni -retningsantenneresultater

Det keramiske chip -modul havde mulighed for at tilslutte en ekstern antenne via et IPX -stik. Inden stikket kan bruges, skal der flyttes et link for at skifte signalvejen fra chippen til IPX -stikket. Dette viste sig ganske let ved at holde forbindelsen med en pincet og derefter opvarme forbindelsen med et loddejern. Når loddetøjet smelter, kan forbindelsen løftes af og placeres i den nye position. En anden klat med loddejernet vil lodde forbindelsen tilbage til den nye position. Test af omni -antennen var lidt anderledes. Først blev antennen testet ved at dreje den vandret. Dernæst blev antennen klikket i en 45 graders position og testet. Endelig blev der lavet et plot med antennen lodret. Snarere overraskende var den dårligere position en lodret position for antennen, især da routerantennerne var lodrette og i et lignende plan. De bedste positioner var med antennen mellem vandret og 45 grader med en rotationsvinkel på cirka 120 grader. Under disse forhold nåede signalstyrken 40, en betydelig forbedring i forhold til den originale chipantenne. Plotterne viser kun den mindste lighed med de smukt symmetriske donutdiagrammer vist i lærebøger til antenner. I virkeligheden påvirker mange andre kendte og ukendte faktorer signalstyrken, hvilket gør eksperimentel måling til den bedste måde at teste systemet på.

Trin 7: Den optimale antenne

Som en sidste test blev den rundstrålende antenne indstillet til 45 grader i positionen med den højeste signalstyrke. Denne gang blev antennen ikke drejet, men overladt til datalog i 30 minutter for at give en idé om målevariationen. Plottet angiver, at målingen er stabil til inden for +/- 2 RSSI-enheder. Alle disse resultater blev taget i en elektrisk travl husstand. Der blev ikke gjort forsøg på at slukke DECT -telefoner, mikrobølgeovne eller andre WiFi- og Bluetooth -enheder for at reducere elektrisk støj. Dette er den virkelige verden … Denne instruktør viser, hvordan man måler effektiviteten af antenner, der bruges på ESP8266 og lignende moduler. En trykt sporantenne giver en bedre signalstyrke sammenlignet med en chipantenne. Som forventet giver en ekstern antenne dog det bedste resultat.