ESP8266 Patró de radiació: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

L'ESP8266 és un popular mòdul de microcontroladors perquè es pot connectar a Internet mitjançant el WiFi integrat. Això obre a l’aficionat moltes oportunitats per fabricar gadgets i dispositius IoT amb control remot amb el mínim de maquinari addicional. Convenientment, la majoria dels mòduls incorporen una antena, ja sigui un circuit imprès tipus F invertit o un xip ceràmic. Algunes taules permeten fins i tot connectar una antena externa per obtenir un abast addicional. La majoria de nosaltres coneixem les peculiaritats de la ràdio, la TV o fins i tot les antenes de telèfons mòbils. Després d'ajustar acuradament la posició de l'antena o del conjunt, el senyal es fa sorollós en allunyar-se i seure. Malauradament, l’ESP8266, que és un dispositiu sense fils, pot mostrar un comportament antisocial similar. Un mètode per mesurar el patró de radiació de l’ESP8266 s’explica en aquesta instrucció mitjançant la intensitat del senyal RSSI que informa el mòdul. Es proven diversos tipus d’antenes i es ressalta el punt dolç per a cada versió: s’utilitza un petit motor pas a pas per girar el mòdul ESP8266 a 360 graus en un període de 30 minuts i es mesura una lectura RSSI mitjana cada 20 segons. Les dades s’envien a ThingSpeak, un servei d’anàlisi IoT gratuït que mostra els resultats com una trama polar des de la qual es pot resoldre la direcció del senyal màxim. Aquest procés es va repetir durant diverses orientacions del mòdul ESP8266.

Subministraments

Els components d’aquest projecte es poden trobar fàcilment a Internet de proveïdors com eBay, Amazon, etc.

28BYJ48 Motor pas a pas 5V placa de controladors ULN2003 mòdul Arduino UNO o mòduls similars ESP8266 per provar Antena externa Alimentació USB Arduino IDE i compte ThingSpeak Diversos: tub de plàstic, filferro, Blu tak

Pas 1: Visió general del sistema

Un Arduino Uno s’utilitza per conduir el motor pas a pas mitjançant una rotació completa durant un període de 30 minuts. Com que el motor pren més corrent del disponible a l’Uno, la placa de controladors ULN2003 s’utilitza per subministrar el corrent de motor addicional. El motor està cargolat sobre un tros de fusta per donar una plataforma estable i una longitud de tub de plàstic empès a l’eix del motor que s’utilitzarà per muntar el mòdul que es prova. Quan l’Uno s’encén, l’eix del motor fa una rotació completa cada 30 minuts. Un mòdul ESP8266 programat per mesurar la intensitat del senyal WiFi, RSSI, s’enganxa al tub de plàstic de manera que el mòdul fa una rotació completa. Cada 20 segons, l’ESP8266 envia la lectura de la intensitat del senyal a ThingSpeak, on es mostra el senyal en coordenades polars. Com que no m'agrada tractar números negatius, s'ha afegit una constant 100 a la lectura RSSI a la trama polar perquè les lectures siguin positives i els valors més alts indiquin una millor intensitat del senyal.

Pas 2: motor pas a pas

El motor pas a pas 28BYJ48 es cargola lleugerament a una peça de fusta per proporcionar estabilitat. Al voltant de 8 polzades de tub de plàstic de 1/4 està enganxat a l'eix del motor pas a pas per muntar el mòdul en prova. L'Uno, la placa del conductor i el motor estan connectats, tal com s'ha descrit moltes vegades a Internet. Un breu esbós del fitxer apareix a l’Uno de manera que el tub girarà un cercle complet cada 30 minuts quan s’engegui.

L’esbós utilitzat per girar el motor apareix al fitxer de text, aquí no hi ha res de revolucionari.

Pas 3: proves ESP8266

Els mòduls per a la prova es van llançar per primera vegada amb un esbós que envia la lectura RSSI a ThingSpeak cada 20 segons per fer una revolució completa del motor pas a pas. Es van representar tres orientacions per a cada mòdul indicat per les proves A, B i C. A la posició A, el mòdul es munta al costat del tub amb l’antena més amunt. Quan es troba cap a l’antena, l’RHS de l’antena apunta al router al començament de la prova. Desafortunadament, em van tornar a aclaparar els números negatius, el motor gira en sentit horari, però la trama polar es redueix en sentit antihorari. Això significa que la banda ampla de l’antena sense tapar està orientada cap al router a uns 270 graus. A la posició B, el mòdul es munta horitzontalment a la part superior del tub. L’antena apunta al router com a la prova A al començament de la prova. Finalment, el mòdul es col·loca com a la prova A i, a continuació, el mòdul es torça en sentit horari 90 graus i es munta per donar la posició C.

El fitxer de text proporciona el codi necessari per enviar les dades RSSI a ThingSpeak. Heu d’afegir els vostres propis detalls de WiFi i la vostra clau API si utilitzeu ThingSpeak.

Pas 4: Resultats del circuit imprès F invertit

El primer mòdul provat tenia una antena de circuit imprès serpentejant que és el tipus més comú perquè és el més barat de fabricar. La trama polar mostra com canvia la intensitat del senyal a mesura que gira el mòdul. Recordeu que el RSSI es basa en una escala de registre i, per tant, un canvi de 10 unitats RSSI és un canvi de 10 vegades en la potència del senyal. La prova A amb l’antena a la part superior del mòdul proporciona el senyal més alt. A més, la millor posició és quan la pista del PCB es troba cap al router. Els pitjors resultats es produeixen a la prova B, on hi ha molta protecció contra els altres components del tauler. La prova C també té un blindatge de components, però hi ha algunes posicions en què la pista del PCB té un camí clar cap al router. En aquest cas, podem esperar una intensitat de senyal d’unes 35 unitats. Les posicions no òptimes poden reduir fàcilment la intensitat del senyal en un factor de deu. Normalment, el mòdul es muntaria en una caixa per a la protecció tant física com ambiental, podríem esperar que això reduirà encara més el senyal … Una prova per al futur.

ThingSpeak necessita una mica de codi per organitzar les dades i crear les trames polars. Es pot trobar al fitxer de text incrustat.

Pas 5: Resultats de xips de ceràmica

Alguns mòduls ESP8266 utilitzen un xip ceràmic per a l'antena en lloc de la pista del circuit imprès. No tinc ni idea de com funcionen, tret que l’alta constant dielèctrica de la ceràmica probablement permeti una reducció de la mida física. L'avantatge de l'antena del xip és una petjada menor a costa del cost. Les proves de força del senyal es van repetir en un mòdul amb una antena de xip ceràmica que donava els resultats de la imatge. L’antena de xip lluita per aconseguir una intensitat de senyal superior a 30 en comparació amb 35 amb el disseny de PCB. Potser la mida importa al cap i a la fi? El muntatge del mòdul amb el xip superior proporciona la millor transmissió. No obstant això, a la prova B amb la placa muntada horitzontalment, hi ha molta protecció dels altres components de la placa en determinades posicions. Finalment, a la prova C hi ha posicions en què el xip té un camí clar cap al router i altres vegades quan hi ha obstrucció dels altres components de la placa.

Pas 6: Resultats de l'antena omnidireccional

El mòdul de xip ceràmic tenia l’opció de connectar una antena externa mitjançant un connector IPX. Abans que es pugui utilitzar el connector, s’ha de moure un enllaç per canviar la ruta del senyal del xip al sòcol IPX. Això va resultar bastant fàcil mantenint l'enllaç amb unes pinces i després escalfant l'enllaç amb un soldador. Un cop la soldadura es fon, l'enllaç es pot aixecar i col·locar a la nova posició. Un altre cop amb el soldador tornarà a soldar l’enllaç a la nova posició. La prova de l’antena omni va ser lleugerament diferent. Primer es va provar l’antena girant-la horitzontalment. A continuació, es va fer clic a l'antena en una posició de 45 graus i es va provar. Finalment, es va fer un traç amb l’antena vertical. Sorprenentment, la pitjor posició era una posició vertical per a l’antena, sobretot perquè les antenes del router eren verticals i en un pla similar. Les millors posicions van ser amb l’antena entre horitzontal i 45 graus amb un angle de gir d’uns 120 graus. En aquestes condicions, la intensitat del senyal va arribar a 40, una millora significativa respecte a l’antena de xip original. En realitat, molts altres factors, coneguts i desconeguts, influeixen en la intensitat del senyal, cosa que fa que la mesura experimental sigui la millor manera de provar el sistema.

Pas 7: l'antena òptima

Com a prova final, l'antena omnidireccional es va establir a 45 graus en la posició de màxima intensitat del senyal. Aquesta vegada l'antena no s'ha girat, sinó que s'ha deixat al registre de dades durant 30 minuts per donar-se una idea de la variació de la mesura. El gràfic indica que la mesura és estable a +/- 2 unitats RSSI. Tots aquests resultats es van obtenir en una llar ocupada elèctricament. No es va intentar apagar els telèfons DECT, forns de microones o altres dispositius WiFi i Bluetooth per reduir el soroll elèctric. Aquest és el món real … Aquest instructiu mostra com mesurar l'eficàcia de les antenes utilitzades a l'ESP8266 i mòduls similars. Una antena de pista impresa proporciona una millor intensitat del senyal en comparació amb una antena amb xip. Tanmateix, com era d’esperar, una antena externa dóna el millor resultat.