Radio NRF24L01 yang Ditingkatkan Dengan Modifikasi Antena Dipole DIY.: 5 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Situasinya adalah saya hanya dapat mengirim dan menerima melalui 2 atau 3 dinding dengan jarak sekitar 50 kaki, menggunakan modul standar nRF24L01+. Ini tidak cukup untuk tujuan penggunaan saya.

Saya sebelumnya telah mencoba menambahkan kapasitor yang direkomendasikan, tetapi bagi saya dan perangkat keras saya sangat sedikit atau tidak ada peningkatan. Jadi, tolong abaikan mereka di foto.

Untuk sensor jarak jauh saya, saya tidak ingin sebagian besar unit seperti nRF24L01+PA+LNA dengan SMA Mount dan antena luar. Jadi saya membuat modul yang dimodifikasi ini.

Dengan modul RF24 yang dimodifikasi ini saya dapat melewati empat dinding dengan jarak sekitar 100 kaki.

Modul ini juga harus hampir menggandakan jarak di atas modul nRF24 standar saat digunakan dengan aplikasi line of sight; seperti pesawat RF, quad-tembaga, mobil dan kapal (100 meter). Saya belum membuat tes garis pandang yang jelas. Dalam pengujian saya ada peralatan dapur dan lemari dan lemari penuh barang di antara transceiver.

Berikut adalah beberapa informasi mendalam tentang antena dipole https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna untuk studi antena lebih lanjut coba: https://www.arrl.org atau

Saya telah mempelajari beberapa desain antena, tetapi ada begitu banyak data dan teori desain khusus seputar desain antena yang jumlahnya semakin banyak dan terus bertambah (terutama untuk antena kompak frekuensi tinggi), sehingga mudah untuk merasa sedikit tersesat di hutan. Jadi eksperimen cenderung memainkan peran kunci.

Sekarang setelah melalui semua ini, saya memberi Anda di sini implementasi modifikasi desain yang saya hasilkan.

Langkah 1: Barang yang Anda Butuhkan

Untuk membuat NRF24L01+ Anda sendiri yang disempurnakan dengan antena (Dipole) yang ditingkatkan, Anda memerlukan:

• modul NRF24L01+ https://www.ebay.com/itm/191351948163 atau www.ebay.com/itm/371215258056
• Solder besi dan barang-barang terkait.
• Exact-o-knife (atau cara lain untuk mengikis lapisan pelindung)
• 24ga. Kawat padat (opsional hingga 30ga.)

Langkah 2: Memodifikasi Modul Radio

Saya mulai dengan desain antena dipol dasar dan secara eksperimental menyetelnya.

Beberapa desain yang membutuhkan elemen panjang gelombang memerlukan penyesuaian yang baik karena contoh kapasitansi, impedansi, induktansi dan resonansi. Saya tidak memiliki sarana untuk mengukur karakteristik ini dalam rangkaian 2,4 GHz yang aktif, jadi saya membuat penyesuaian yang tampaknya diperlukan melalui pengujian empiris.

Digambarkan adalah beberapa unit pengujian saya. Beberapa jejak tercabut, saat saya menyolder, tidak menyolder, membengkokkan & membengkokkan antena calon. Dua hal baik muncul dari ini. 1) Saya beralih dari sisi atas ke sisi bawah untuk memasang satu kaki ke tanah, yang ternyata lebih baik secara mekanis dan kinerja. 2) Saya menemukan itu adalah ide yang baik untuk memasang kawat dengan lem super atau lem panas untuk menghilangkan ketegangan (saya terus membengkokkan antena secara tidak sengaja selama semua pengujian.) Selesai terlebih dahulu, ini dapat menahan mereka untuk menyolder.

Langkah-langkah melakukan modifikasi:

1. Buat dua potongan, lebar 1-2 mm, dari jejak di dekat dasar antena PCB, seperti yang terlihat pada gambar gambar pertama di atas. Ini secara efektif mengeluarkan antena yang ada dari sirkuit.
2. Di sisi lain, dengan menggunakan pisau presisi-o, kikis lapisan pelindung di atas tepi bidang tanah, seperti yang ditunjukkan pada gambar kedua di atas
3. Potong dua 24ga. Kabel untuk kira-kira. 50mm
4. Lepaskan beberapa milimeter isolasi dari salah satu ujung setiap kawat.
5. Tekuk bagian yang telanjang pada sudut yang tepat pada kabel yang akan dipasang ke ground.
6. Rekatkan setiap kabel ke bawah (rekomendasikan: lem makan malam atau lem panas), sehingga ujung yang telanjang siap untuk disolder; satu tepat di bawah jejak yang dipotong, yang lain di tepi bidang tanah di belakang. Kedua kawat harus diletakkan sejajar dan terpisah 6mm.
7. Setelah lem terpasang, letakkan pasta fluks solder di tempat Anda akan menyolder, lalu solder. Saya sarankan menggunakan fluks sehingga penyolderan Anda akan berlangsung dengan cepat dan Anda tidak akan membuat papan terlalu panas.
8. Buat lekukan sudut kanan yang tajam pada kabel, menjauh satu sama lain, di tepi PCB, ~6mm ke atas dari ujung bidang dasar. Lihat dua gambar terakhir di atas. Jika Anda belum merekatkan kabel, berhati-hatilah agar tidak terlalu menekan titik solder.
9. Ukur setiap segmen kawat yang membentang di sepanjang tepi papan hingga 30mm dari tikungan 90 derajat dan potong di sana. Saya menemukan bahwa saya tidak dapat mengukur dan memotong secara akurat, jadi saya mengukur dan menandai dengan spidol berujung serat halus di mana saya harus memotong.
10. Dengan pemeriksaan ohm meter untuk memastikan kabel di dekat jejak PCB antena lama tidak memiliki kontinuitas di salah satu potongan yang dibuat pada langkah #1.

Langkah 3: Produk Jadi

Modul NRF24L01+ Anda sekarang akan tampil jauh lebih unggul dalam proyek apa pun yang Anda gunakan. Anda dapat menikmati keandalan yang ditingkatkan dengan jangkauan yang lebih besar atau dengan pengaturan daya radio yang lebih rendah. Anda harus menemukan ini, bahkan dengan hanya memodifikasi satu radio (pemancar atau penerima); dan menuai keuntungan dua kali lipat saat menggunakan unit yang dimodifikasi di kedua ujungnya. Ingatlah untuk memastikan untuk mengarahkan antena sejajar satu sama lain. Saya mengimplementasikan proyek dengan beberapa unit sensor jarak jauh yang menggunakan radio yang dimodifikasi ini (berorientasi vertikal dengan kaki tanah mengarah ke bawah), yang semuanya akan berkomunikasi dengan stasiun pangkalan pusat menggunakan NRF24L01+PA+LNA dan antena eksternal.

Antena pemancar dan penerima, dalam proyek Anda harus berorientasi sama baik horizontal atau vertikal dan sangat disukai paralel satu sama lain. Selain itu, mungkin dalam orientasi gratis jika Anda tahu mereka memiliki preferensi arah (ini umumnya tidak ditunjukkan di sini). Jika antena Anda tidak selalu berbeda secara fisik, seperti Anda tidak menggunakan antena eksternal gain tinggi di satu ujung, maka yang terbaik adalah antena identik dan berorientasi persis sama. Hal ini untuk mencapai keandalan dan jangkauan maksimum, dan mengingat antena dipasang stasioner.

Pada akhirnya jumlah peningkatan agak sulit untuk diukur; tetapi dalam aplikasi saya, saya meletakkannya di 50 hingga 100% di atas versi yang tidak dimodifikasi. Saya pikir itu setidaknya sebagus unit dengan antena eksternal 2.5db; tetapi tidak seefektif unit NRF24L01+PA+LNA.

Tujuan utama dari Instruksi ini hanyalah untuk menginstruksikan tentang bagaimana merancang NRF24L01+ yang dimodifikasi dengan antena dipol yang unggul sehingga akan mencapai kemampuan mengirim dan menerima yang lebih besar dan kegunaan yang lebih baik dalam proyek.

Itu mungkin semua yang kebanyakan orang akan tertarik. Dengan ide: "Apa yang harus saya lakukan untuk mendapatkan jangkauan yang lebih besar dari unit-unit ini?"

Jadi pada titik ini … miliki; dan beri tahu saya tentang kesuksesan Anda dengan proyek Anda menggunakan radio khusus Anda sendiri.

Jika Anda ingin melakukan pra-tes radio modifikasi Anda, saya telah menyertakan perangkat lunak yang saya buat untuk pengujian saya, di langkah selanjutnya.

Langkah 4: Bagaimana Saya Mengoptimalkan Desain Ini

Sekarang bagi mereka yang tertarik, saya akan terus berbagi sedikit tentang bagaimana saya menguji dan meningkatkan calon yang memenuhi syarat. Namun, harap dicatat, bagaimana menerapkan pengujian bukanlah fokus dari instruksi ini.

Untuk menguji Arduino atau papan yang sebanding, bersama dengan modul NRF24L01+, dapat digunakan. Versi 01+ diperlukan dengan perangkat lunak uji, seperti yang tertulis, karena menggunakan kecepatan transmisi 250KHz. Pastikan hanya menyalakan radio dengan voltase 1.9-3.6v.

Untuk pengujian keandalan jangkauan saya, saya menggunakan Arduino pro-mini dan NRF24L01+ yang tidak dimodifikasi sebagai remote. Yang hanya menerima paket data dan menggemakannya kembali sebagai pengakuan. Ini adalah run off dari 3.3V diatur.

Saya memiliki rakitan ini yang direkatkan dalam kotak kecil yang dapat dengan mudah saya, dan berulang kali, posisikan di berbagai lokasi pengujian.

Saya menggunakan MCU Nano3.0 dengan NRF24L01+ yang dimodifikasi sebagai transceiver utama. Ujung ini tidak bergerak dan memberikan hasil pengujian (melalui layar LCD 16x02 atau monitor serial). Sejak awal saya menetapkan bahwa antena yang ditingkatkan akan menghasilkan kemampuan mengirim dan menerima yang lebih baik. Selanjutnya, saya akan mendapatkan hasil tes yang sama dengan radio modifikasi tertentu yang digunakan di kedua ujungnya. Perhatikan bahwa dalam pengujian masing-masing pihak mengirim dan menerima, itu karena setelah transmisi ada pengakuan yang perlu diterima agar dapat dihitung sebagai komunikasi yang berhasil.

Perhatikan bahwa ada banyak hal yang dapat mempengaruhi hasil pengujian:

• Menyentuh, atau hampir, modul RF24 atau kabel ke sana.
• Tubuh seseorang sejajar dengan saluran transmisi.
• Dua di atas memiliki efek positif.
• Karakteristik tegangan suplai
• Yang terpenting, orientasi antena pemancar dan penerima.
• Lalu lintas WiFi lainnya di area tersebut. Ini dapat menyebabkan perbedaan yang dapat terasa seperti 'cuaca baik' hingga 'kondisi badai'. Jadi saya mencoba untuk menguji terutama selama kondisi yang menguntungkan. Saya akan mengulangi tes untuk mendapatkan hasil terbaik untuk unit tertentu yang diuji dan kemudian membandingkan hasil tersebut dengan hasil yang sebanding yang diperoleh pada unit tes lainnya.

Di dalam ruangan lebih sulit untuk mendapatkan hasil tes yang andal dibandingkan dengan di luar ruangan dengan garis pandang. Saya bisa mendapatkan perbedaan hasil yang drastis dengan memindahkan posisi salah satu unit hanya beberapa inci. Ini karena kepadatan dan susunan penghalang dan jalur sinyal reflektif. Faktor lain bisa jadi pola kekuatan sinyal antena, tapi saya ragu itu bisa menyebabkan perbedaan drastis dalam gerakan beberapa inci dari sisi ke sisi.

Saya merancang beberapa perangkat lunak untuk memberi saya beberapa statistik kinerja yang dibutuhkan.

Plus saya mengatur, sebanyak mungkin, kondisi pengujian. Seperti menempelkan ke tempat yang ditandai antena (Tx & Rx) ditempatkan dengan orientasi yang sama untuk setiap baterai tes kinerja. Hasil tes di bawah ini adalah rata-rata gabungan dari beberapa tes dari beberapa lokasi. Di bawah kondisi pengujian yang digunakan, radio yang tidak dimodifikasi tidak dapat mengirimkan pesan yang berhasil.

Saya mendapat hasil terbaik dengan 24ga. lebih dari 30ga. kabel. Hasilnya hanya sedikit lebih baik; katakan 10 persen. Memang saya hanya mencoba dua contoh kabel yang sama, dan mungkin ada perbedaan 1 mm dalam topologi antena total (jumlah perbedaan di seluruh segmen). Selanjutnya, saya mengubah iterasi pertama menggunakan 30ga.; membuat beberapa penyesuaian 1mm. Kemudian digandakan panjang kawat tersebut dengan 24ga. tanpa eksperimen sebanding lebih lanjut panjangnya dengan 24 ga. Kabel.

[Lihat Tabel 1 hasil pada gambar di atas]

Karena saya ingin unit saya muat dalam wadah kecil yang saya miliki, saya beralih dari memiliki kabel transmisi antena yang terpisah 10mm dan panjang 10mm menjadi hanya 6mm dan 6mm, kemudian menguji panjang antena yang disetel optimal untuk konfigurasi itu. Berikut adalah ringkasan hasil dari berbagai tes saya:

[Lihat Tabel 2 hasil pada gambar di atas]

Pengujian lebih lanjut, dengan peralatan pengukuran lab yang lebih baik, tidak diragukan lagi dapat merancang dan memvalidasi peningkatan panjang segmen (ukuran kawat dan kemungkinan titik pemasangan atau orientasi) untuk kinerja optimal yang sebenarnya dari modifikasi antena dipol ini untuk radio nRF24.

Beri tahu kami jika Anda mendapatkan peningkatan yang dapat diverifikasi (melalui konfigurasi 24ga. 6X6mm x 30mm). Banyak dari kita ingin mendapatkan hasil maksimal dari radio ini (tanpa menambahkan antena besar).

Antena pemancar dan penerima, dalam proyek Anda harus berorientasi sama baik horizontal atau vertikal dan sangat disukai paralel satu sama lain. Selain itu, mungkin dalam orientasi gratis jika Anda tahu mereka memiliki preferensi arah (ini umumnya tidak ditunjukkan di sini). Jika antena Anda belum tentu berbeda secara fisik, seperti Anda tidak menggunakan antena eksternal gain tinggi di satu ujung, maka yang terbaik adalah antena identik dan berorientasi persis sama. Hal ini untuk mencapai keandalan dan jangkauan maksimum, dan mengingat antena dipasang stasioner.

Langkah 5: Perangkat Keras dan Perangkat Lunak yang Saya Gunakan dalam Pengujian Saya

Perangkat keras yang saya gunakan untuk menguji 2 MCU yang kompatibel dengan Arduino

2 NRF24L01+

Kadang-kadang saya juga menggunakan layar LCD a16x02 (untuk tampilan real-time yang nyaman. Konsol serial juga dapat digunakan untuk mendapatkan hasil tes) tombol tekan (untuk memulai serangkaian tes baru, jika tidak, Anda harus melalui mengulang kembali)

Tautan ke perangkat keras yang akan saya rekomendasikan dan gunakan:

MCU: Nano V3.0 Atmega328P di eBay atau Pro-Mini:

Modul NRF24L01+ https://ebay.com/itm/191351948163 dan

Modul tampilan IC2 LCD 16x02

Unduh file kode zip di sini: