Vzor záření ESP8266: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

ESP8266 je populární modul mikrokontroléru, protože jej lze připojit k internetu prostřednictvím integrovaného WiFi. To fandovi otevírá mnoho příležitostí k výrobě dálkově ovládaných gadgetů a zařízení IoT s minimem dalšího hardwaru. Pohodlně většina modulů obsahuje anténu, buď s obráceným typem F s tištěným obvodem, nebo s keramickým čipem. Některé desky dokonce umožňují připojení externí antény pro větší dosah. Většina z nás zná zvláštnosti rádia, televize nebo dokonce antény mobilního telefonu. Po pečlivém nastavení polohy antény nebo soupravy začne signál šumět, jakmile se vzdálíte a posadíte se! Bohužel, ESP8266 je bezdrátové zařízení, může vykazovat podobné antisociální chování. Způsob měření vyzařovacího diagramu ESP8266 je v tomto Instructable vysvětlen pomocí síly signálu RSSI hlášené modulem. Testováno je několik typů antén a pro každou verzi je zvýrazněno sladké místo. Malý krokový motor používá k otočení modulu ESP8266 o 360 stupňů po dobu 30 minut a průměrná hodnota RSSI se měří každých 20 sekund. Data jsou odeslána do ThingSpeak, bezplatné služby pro analýzu IoT, která mapuje výsledky jako polární graf, ze kterého lze vyřešit směr maximálního signálu. Tento proces se opakoval pro několik orientací modulu ESP8266.

Zásoby

Komponenty pro tento projekt lze snadno najít na internetu od dodavatelů, jako jsou eBay, Amazon atd., Pokud již nejsou ve vašem nevyžádané poště.

28BYJ48 5V krokový motor ULN2003 deska ovladače Arduino UNO nebo podobné moduly ESP8266 pro test Externí anténa Napájení USB Arduino IDE a ThingSpeak Účet Sundries - plastová trubka, drát, Blu tak

Krok 1: Přehled systému

Arduino Uno se používá k pohonu krokového motoru plným otáčením po dobu 30 minut. Jelikož motor odebírá více proudu, než je k dispozici z Uno, je k napájení přídavného proudu motoru použita deska ovladače ULN2003. Motor je přišroubován na kus dřeva, aby poskytl stabilní platformu a plastovou trubku natlačenou na vřeteno motoru, která bude použita pro montáž testovaného modulu. Když je Uno zapnuto, vřeteno motoru provede úplné otáčení každých 30 minut. Modul ESP8266 naprogramovaný pro měření síly signálu WiFi, RSSI, je přilepený k plastové trubce, takže modul provede úplné otočení. Každých 20 sekund odešle ESP8266 čtení síly signálu na ThingSpeak, kde je signál vykreslen v polárních souřadnicích. Čtení RSSI se může u různých výrobců čipů lišit, ale obecně se pohybuje mezi 0 a -100, přičemž každá jednotka odpovídá 1 dBm signálu. Protože nesnáším řešení záporných čísel, ke čtení RSSI v polárním grafu byla přidána konstanta 100, takže hodnoty jsou kladné a vyšší hodnoty indikují lepší sílu signálu.

Krok 2: Krokový motor

Krokový motor 28BYJ48 je lehce přišroubován ke dřevu, aby byla zajištěna stabilita. Pro montáž testovaného modulu je na vřeteno krokového motoru nalepeno asi 8 palců 1/4”plastové trubky. Uno, deska řidiče a motor jsou zapojeny, jak již bylo mnohokrát popsáno na internetu. Krátký náčrt v souboru je vložen do Uno, takže trubice se po zapnutí otočí každých 30 minut o celý kruh.

Skica použitá k otáčení motoru je uvedena v textovém souboru, zde nic převratného.

Krok 3: Testování ESP8266

Moduly pro testování byly nejprve podrobeny náčrtu, který každých 20 sekund odesílá čtení RSSI do ThingSpeak, aby došlo k úplnému otočení krokového motoru. Pro každý modul byly vyneseny tři orientace označené testem A, B a C. V poloze A je modul namontován na straně trubice s anténou nahoře. Když čelíte anténě, ukazuje RHS antény na routeru na začátku testu. Bohužel jsem byl opět ušlechtilý zápornými čísly, motor se otáčí ve směru hodinových ručiček, ale polární děj je zmenšen proti směru hodinových ručiček. To znamená, že nezakrytý bok antény směřuje k routeru přibližně o 270 stupňů. V poloze B je modul namontován vodorovně na horní část trubice. Anténa míří na router jako v testu A na začátku testu. Nakonec je modul umístěn jako v testu A a poté je modul otočen ve směru hodinových ručiček o 90 stupňů a namontován tak, aby poskytl testovací polohu C.

Textový soubor poskytuje kód potřebný k odeslání dat RSSI do ThingSpeak. Pokud používáte ThingSpeak, musíte přidat své vlastní podrobnosti o WiFi a klíč API.

Krok 4: Invertované výsledky F tištěných obvodů

První testovaný modul měl meandrující anténu s tištěným obvodem, což je nejběžnější typ, protože je nejlevnější na výrobu. Polární graf ukazuje, jak se mění síla signálu při otáčení modulu. Pamatujte, že RSSI je založeno na logové stupnici, takže změna 10 jednotek RSSI je 10krát změnou výkonu signálu. Test A s anténou v horní části modulu dává nejvyšší signál. Nejlepší poloha je také tehdy, když je stopa desky plošných spojů obrácena ke směrovači. K horším výsledkům dochází v testu B, kde je na desce mnoho stínění od ostatních komponent. Test C také trpí stíněním součástek, ale v některých polohách má dráha desky plošných spojů volnou cestu k routeru. Nejlepší způsob, jak modul namontovat, je anténa nahoře a stopa desky plošných spojů směřující k routeru. V tomto případě můžeme očekávat sílu signálu zhruba 35 jednotek. Neoptimální polohy mohou snadno snížit sílu signálu desetkrát. Za normálních okolností by byl modul namontován do krabice pro fyzickou i environmentální ochranu. Dalo by se očekávat, že to signál ještě více sníží … Test pro budoucnost.

ThingSpeak potřebuje trochu kódu pro organizaci dat a vytváření polárních grafů. To lze nalézt ve vloženém textovém souboru.

Krok 5: Výsledky keramického čipu

Některé moduly ESP8266 používají místo stopy tištěných obvodů pro anténu keramický čip. Nemám tušení, jak fungují, kromě vysoké dielektrické konstanty keramiky pravděpodobně umožňuje zmenšení fyzické velikosti. Výhodou čipové antény je menší stopa na úkor nákladů. Testy síly signálu byly opakovány na modulu s anténou s keramickým čipem, čímž byly získány výsledky na obrázku. Čipová anténa se snaží dosáhnout síly signálu větší než 30 ve srovnání s 35 s návrhem desky plošných spojů. Možná na velikosti přece jen záleží? Montáž modulu s čipem nahoře zajišťuje nejlepší přenos. Nicméně v testu B s deskou namontovanou vodorovně je v určitých pozicích na desce spousta stínění. Nakonec v testu C existují pozice, kde má čip volnou cestu k routeru a jindy, když je překážka z ostatních komponent desky.

Krok 6: Výsledky všesměrové antény

Modul keramického čipu měl možnost připojení externí antény přes konektor IPX. Než bude možné konektor použít, musí být přesunut odkaz, aby se prohodila cesta signálu z čipu do zásuvky IPX. To se ukázalo celkem snadné, když jsme článek přidrželi pinzetou a poté článek zahřáli páječkou. Jakmile se pájka roztaví, lze článek zvednout a umístit do nové polohy. Další kousek s páječkou pájí spoj zpět do nové polohy. Testování omni antény se mírně lišilo. Nejprve byla testována anténa jejím horizontálním otáčením. Poté byla anténa zacvaknuta do polohy 45 stupňů a testována. Nakonec byl vytvořen graf s vertikální anténou. Poněkud překvapivě byla horší poloha vertikální poloha antény, zejména proto, že antény routeru byly svislé a v podobné rovině. Nejlepší pozice byly s anténou mezi horizontální a 45 stupňů s úhlem otočení asi 120 stupňů. Za těchto podmínek dosáhla síla signálu 40, což je významné zlepšení oproti původní čipové anténě. Grafy ukazují pouze nepatrnou podobnost s těmi krásně symetrickými diagramy koblih zobrazenými v učebnicích pro antény. Ve skutečnosti ovlivňuje sílu signálu mnoho dalších, známých i neznámých faktorů, takže experimentální měření je nejlepším způsobem testování systému.

Krok 7: Optimální anténa

Jako závěrečný test byla všesměrová anténa nastavena o 45 stupňů v poloze nejvyšší síly signálu. Tentokrát nebyla anténa otočena, ale ponechána v záznamu dat po dobu 30 minut, aby měla představu o změnách měření. Graf ukazuje, že měření je stabilní v rozmezí +/- 2 jednotek RSSI. Všechny tyto výsledky byly pořízeny v elektricky vytížené domácnosti. Nebyl učiněn žádný pokus vypnout telefony DECT, mikrovlnné trouby nebo jiná zařízení WiFi a Bluetooth za účelem snížení elektrického šumu. Toto je skutečný svět … Tento návod ukazuje, jak měřit účinnost antén používaných na ESP8266 a podobných modulech. Tištěná stopová anténa poskytuje lepší sílu signálu ve srovnání s čipovou anténou. Podle očekávání však nejlepší výsledek poskytuje externí anténa.