Raspberry Pi Zero Wifi Access Point με προσαρμοσμένη κεραία PCB: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Τι φτιάχνουμε;

Ο τίτλος αυτού του σεμιναρίου περιέχει πολλούς τεχνικούς όρους. Ας το σπάσουμε.

Τι είναι το Raspberry Pi Zero (Rπ0); Το Raspberry Pi Zero είναι ένας μικροσκοπικός υπολογιστής. Είναι η μικρότερη έκδοση του Raspberry Pi single board υπολογιστή και μπορεί να χωρέσει σε κουτί 30mm x 65mm επί 5mm. Εκτός από το μικρό του μέγεθος, είναι πολύ φθηνό και πολύ χαμηλής ισχύος. Είναι επίσης αρκετά ισχυρό για να τρέξει ένα πλήρες λειτουργικό σύστημα βασισμένο στο Linux, το Raspbian. Όπως και με οποιονδήποτε άλλο υπολογιστή, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Rπ0 για να περιηγηθείτε στον ιστό, να παίξετε παιχνίδια, να χρησιμοποιήσετε εργαλεία γραφείου, να γράψετε λογισμικό κ.ο.κ. Αυτό το σεμινάριο χρησιμοποιεί το Raspberry Pi Zero Model W, το οποίο διαθέτει ενσωματωμένο προσαρμογέα wifi.

Τι είναι ο προσαρμογέας wifi; Εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε το wifi για να συνδέσετε το κινητό, το tablet ή το φορητό υπολογιστή σας στο διαδίκτυο, η συσκευή σας χρειάζεται προσαρμογέα wifi. Ένας προσαρμογέας wifi περιέχει κύκλωμα και κεραία. Μετατρέπει τα σήματα δεδομένων προς και από ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητα κοντά, για παράδειγμα, στα 2,4 GHz. Τα περισσότερα κινητά τηλέφωνα, tablet και φορητοί υπολογιστές περιέχουν ενσωματωμένο προσαρμογέα wifi. Ωστόσο, μπορείτε επίσης να αγοράσετε έναν εξωτερικό προσαρμογέα wifi ο οποίος συνδέεται σε υπολογιστή μέσω USB. Σε αυτό το έργο, χρησιμοποιούμε τόσο τον εσωτερικό προσαρμογέα wifi του Rπ0 όσο και έναν εξωτερικό προσαρμογέα wifi.

Τι είναι το σημείο πρόσβασης wifi; Πολλά κινητά τηλέφωνα, tablet ή υπολογιστές μπορούν να επικοινωνούν ασύρματα με ένα μόνο σημείο πρόσβασης wifi και τα δεδομένα από αυτές τις συσκευές μεταφέρονται μέσω του σημείου πρόσβασης στο διαδίκτυο. Σε αυτό το έργο, το Rπ0 είναι το σημείο πρόσβασης wifi. Γιατί θέλετε το δικό σας σημείο πρόσβασης wifi; Οι συσκευές πρέπει να βρίσκονται σε απόσταση περίπου 100 μέτρων από ένα σημείο πρόσβασης για επικοινωνία. Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει ένα δημόσιο σημείο πρόσβασης wifi στο κέντρο μιας βιβλιοθήκης. Όποιος έχει φορητό υπολογιστή σε αυτήν την απόσταση μπορεί να χρησιμοποιήσει το σημείο πρόσβασης για ασύρματη σύνδεση στο διαδίκτυο. Τι γίνεται αν θέλετε πρόσβαση στο πάρκο δίπλα στη βιβλιοθήκη, 200 μέτρα μακριά; Μπορείτε να βάλετε ένα νέο σημείο πρόσβασης στην άκρη της ιδιοκτησίας της βιβλιοθήκης, 100 μέτρα από το πρώτο σημείο πρόσβασης. Στη συνέχεια, όποιος έχει φορητό υπολογιστή σε απόσταση 100 μέτρων από αυτό το νέο σημείο πρόσβασης μπορεί επίσης να συνδεθεί στο διαδίκτυο. Μέσα στα όρια του διαθέσιμου εύρους ζώνης, αυτά τα σημεία πρόσβασης μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους για να διαδώσουν την πρόσβαση στο Διαδίκτυο σε μια ευρύτερη περιοχή.

Τι είναι ένας προσαρμοσμένος πίνακας τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB); Ένα PCB είναι ένα κύκλωμα που κατασκευάζεται με την εναπόθεση στρώσεων υλικού σε μια μονωτική σανίδα. Ο χαλκός διαμορφώνεται στις επιθυμητές θέσεις για να σχηματίσει σύρματα και ανοίγονται τρύπες όπου θα τοποθετηθούν εξαρτήματα. Τα προσαρμοσμένα PCB έχουν σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας εξειδικευμένο λογισμικό. Για αυτό το έργο, σχεδιάστηκε ένα προσαρμοσμένο PCB χρησιμοποιώντας το λογισμικό KiCad ανοιχτού κώδικα. Στη συνέχεια, το σχέδιο στάλθηκε σε έναν κατασκευαστή για παραγωγή. Ο σχεδιασμός και η παραγγελία ενός προσαρμοσμένου PCB δεν είναι ούτε ακριβό ούτε χρονοβόρο. Τα βήματα αναφέρονται λεπτομερώς παρακάτω. Εάν σχεδιάσετε ένα PCB χρησιμοποιώντας λογισμικό και το κατασκευάσετε, έχετε ένα κύκλωμα που είναι ανθεκτικό, κατασκευασμένο με ακρίβεια και σχεδιασμένο σύμφωνα με τις ακριβείς προδιαγραφές σας. Σε αυτό το έργο, χρησιμοποιούμε ένα προσαρμοσμένο PCB για να δημιουργήσουμε μια κεραία wifi.

Τι είναι κεραία; Η κεραία είναι το μέρος του υλικού του σημείου πρόσβασης wifi που μετατρέπει σήματα προς και από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Πολλές κεραίες μπορούν να μεταδίδουν και να λαμβάνουν σήματα εξίσου καλά από όλες τις κατευθύνσεις. Άλλες κεραίες είναι κατευθυντικές, λειτουργούν πολύ καλύτερα σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Σε αυτό το έργο, επιλέξαμε να χρησιμοποιήσουμε μια κεραία κατεύθυνσης. Όταν μια κεραία κατεύθυνσης μεταδίδει ένα σήμα, εστιάζει την ενέργεια σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, έτσι ώστε, όλα τα άλλα ίσα, μια καλά ευθυγραμμισμένη κεραία κατεύθυνσης να μπορεί να επικοινωνεί σε μεγαλύτερη απόσταση από αυτήν που δεν είναι κατευθυντική. Αυτό το Instructable ήταν εμπνευσμένο από ένα άλλο Instructable που έκανε μια κατευθυντική κεραία wifi από (κυριολεκτικά) συνδετήρες χαρτιού και popsicle sticks. Το Instructable περιείχε ένα μοτίβο για κεραία wagi Yagi και η κεραία μας είναι κατασκευασμένη από αυτό το μοτίβο με μικρές τροποποιήσεις. Μια κεραία Yagi, που ονομάζεται επίσης κεραία Yagi-Uda, είναι ένας τύπος κεραίας κατεύθυνσης που σχεδιάστηκε αρχικά το 1926. Μια άλλη μεγάλη πηγή σχεδίων κεραίας, καθώς και άλλες πληροφορίες σχετικά με τις κεραίες, είναι το βιβλίο κεραίας ARRL.

Ενώ ορισμένοι άνθρωποι έχουν πρόσβαση στο Διαδίκτυο πολλές φορές την ημέρα, πολλοί άλλοι δεν έχουν αξιόπιστη πρόσβαση στο Διαδίκτυο. Η έλλειψη πρόσβασης στο Διαδίκτυο αποτελεί πρόβλημα τόσο στις αγροτικές όσο και στις αστικές περιοχές και είναι πρόβλημα τόσο στις ανεπτυγμένες όσο και στις αναπτυσσόμενες χώρες. Για παράδειγμα, το 23% των νοικοκυριών στην κομητεία Γουέιν του Μίσιγκαν, το οποίο περιλαμβάνει το Ντιτρόιτ, δεν είχε πρόσβαση στο διαδίκτυο το 2017. Οι λύσεις σε αυτό το πρόβλημα πρέπει να είναι φθηνές, επειδή πολλοί από τους ανθρώπους χωρίς πρόσβαση στον υπολογιστή έχουν περιορισμένους πόρους. Επιπλέον, οι λύσεις πρέπει να λειτουργούν χωρίς να απαιτούνται υποδομές, όπως η τοποθέτηση καλωδίων χαλκού ή καλωδίων οπτικών ινών. Σε αυτές τις οδηγίες δείχνουμε πώς να δημιουργήσετε το δικό σας σημείο πρόσβασης wifi, ώστε να μπορείτε να επεκτείνετε μόνοι σας το διαδίκτυο.

Σχετικά με αυτό το Φροντιστήριο

Αυτές οι οδηγίες είναι αρθρωτές. Μπορείτε να ακολουθήσετε μέρη αυτών των οδηγιών χωρίς απαραίτητα να συμπληρώσετε τα μέρη πριν ή μετά από αυτήν. Για παράδειγμα, εάν ενδιαφέρεστε να χρησιμοποιήσετε ένα Rπ0 ως σημείο πρόσβασης αλλά δεν ενδιαφέρεστε πολύ για κεραίες, μη διστάσετε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε προσαρμογέα wifi και αγνοήστε τα βήματα που περιλαμβάνουν την κατασκευή της κεραίας. Εάν ενδιαφέρεστε να δημιουργήσετε μια προσαρμοσμένη κεραία Yagi, μεταβείτε απευθείας σε αυτό το μέρος του σεμιναρίου. Περιλαμβάνονται τα αρχεία διάταξης PCB για την κεραία.

Το βήμα για την εγκατάσταση του προσαρμογέα wifi και το βήμα για τη ρύθμιση του Rπ0 ως σημείο πρόσβασης δοκιμάστηκαν χρησιμοποιώντας τα Raspbian Stretch 4.14.52 και 4.14.79. Ας ελπίσουμε ότι θα συνεχίσουν να εργάζονται με μελλοντικές εκδόσεις. Ωστόσο, αυτά τα βήματα ενδέχεται να χρειαστεί να τροποποιηθούν εάν τα αρχεία διαμόρφωσης για πρόσβαση Wi -Fi αλλάξουν σε νεότερες εκδόσεις του λειτουργικού συστήματος.

Βήμα 1: Συγκέντρωση προμηθειών

Προμήθειες που απαιτούνται για το Raspberry Pi Zero Setup

• Raspberry Pi Zero W Βεβαιωθείτε ότι έχετε το μοντέλο W που έχει ενσωματωμένο wifi.

  

• Κάρτα Micro SD Αποκτήστε ένα τουλάχιστον 16 GB.
• Αναγνώστης καρτών MicroSD
• Διανομέας USB με υποδοχή MicroUSBhttps://www.amazon.com/gp/product/B01JL837X8/
• Πληκτρολόγιο USB και ποντίκι
• Καλώδιο Mini-HDMI σε HDMI Βεβαιωθείτε ότι έχετε το μέγεθος Mini-HDMI και όχι Micro-HDMI.
• Οθόνη συμβατή με HDMI
• Τροφοδοσία Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια μπαταρία USB αντ 'αυτού.

Απαιτούνται πρόσθετα αναλώσιμα για τη ρύθμιση του σημείου πρόσβασης Wifi

Amazon Basics USB Wifi Adapter with Detachable Antenna

Απαιτούνται πρόσθετα αναλώσιμα για την προσαρμοσμένη κεραία PCB

• RG-58 Solderable Cable ConnectorDigikey αριθμός ανταλλακτικού CONSMA007-R58-ND
• Προσαρμοσμένη πλακέτα τυπωμένων κυκλωμάτων
• Συγκολλητικό σίδερο και μικρό ποσό συγκολλητή

Βήμα 2: Ρυθμίστε το Raspberry Pi Zero

Κατεβάστε το zip αρχείο Raspbian NOOBs Lite από τη διεύθυνση https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs και αποσυμπιέστε το.

Συνδέστε την κάρτα MicroSD στον υπολογιστή χρησιμοποιώντας τη συσκευή ανάγνωσης καρτών MicroSD. Η κάρτα MicroSD πρέπει να είναι είτε νέα είτε πρόσφατα μορφοποιημένη. Αντιγράψτε τα αρχεία στην κάρτα MicroSD.

Το επόμενο βήμα είναι να συνδέσετε το υλικό Rπ0. Τοποθετήστε την κάρτα MicroSD στο Rπ0. Συνδέστε το διανομέα USB στο Rπ0 και συνδέστε το πληκτρολόγιο και το ποντίκι στο διανομέα USB. Συνδέστε το Rπ0 στο τροφοδοτικό και συνδέστε το. Ο προσαρμογέας wifi του Amazon Basics δεν θα χρησιμοποιηθεί σε αυτό το βήμα, οπότε αφήστε το χωρίς σύνδεση.

Ακολουθήστε τις οδηγίες στον οδηγό για να εγκαταστήσετε το λειτουργικό σύστημα Raspbian στο Rπ0. Αυτό το βήμα περιλαμβάνει:

• Σύνδεση στο καθιερωμένο δίκτυο wifi
• Εγκατάσταση του Raspbian Full (Κάντε υπομονή, αυτό διαρκεί λίγο.)
• Ρύθμιση χώρας, ζώνης ώρας και γλώσσας
• Ορισμός κωδικού πρόσβασης για το χρήστη pi
• Σύνδεση στο καθιερωμένο δίκτυο wifi
• Ενημέρωση (Κάντε υπομονή, αυτό διαρκεί λίγο.)
• Επανεκκίνηση

Σε αυτό το σημείο, έχουμε έναν λειτουργικό υπολογιστή Rπ0 που τρέχει το λειτουργικό σύστημα Raspbian. Κάντε κλικ στο εικονίδιο wifi στην επάνω δεξιά γωνία της οθόνης. Θα πρέπει να εμφανίζει το wlan0 συνδεδεμένο στο καθιερωμένο δίκτυο wifi.

Βήμα 3: Εγκαταστήστε το πρόγραμμα οδήγησης προσαρμογέα Wifi

Ο προσαρμογέας wifi της μάρκας Amazon Basics είναι ιδανικός για έργα κεραίας, επειδή η παρεχόμενη κεραία μπορεί να ξεβιδωθεί, ώστε η κεραία μας να βιδωθεί. Δυστυχώς, η Raspbian δεν αναγνωρίζει αυτόν τον προσαρμογέα wifi. Είναι προσαρμογέας Realtek 818b με σειριακό αριθμό 70F11C0531F8. Σύμφωνα με το https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?…, το τσιπ σε αυτό απαιτεί το πρόγραμμα οδήγησης RTL8192EU. Το απαιτούμενο πρόγραμμα οδήγησης είναι διαθέσιμο στο διαδίκτυο από το MrEngman.

Για να εγκαταστήσετε το πρόγραμμα οδήγησης, συνδέστε τον προσαρμογέα wifi Amazon Basic στο διανομέα USB και ανοίξτε ένα τερματικό. Εισαγάγετε τις ακόλουθες εντολές στη γραμμή εντολών:

sudo wget https://fars-robotics.net/install-wifi -O/usr/bin/install-wifi

sudo chmod +x/usr/bin/install-wifi sudo install-wifi -h sudo install-wifi

Κάντε κλικ στο εικονίδιο wifi στην επάνω δεξιά γωνία της οθόνης.

Θα πρέπει να εμφανίζει τα wlan0 και wlan1 και τα δύο θα πρέπει να είναι συνδεδεμένα στο καθιερωμένο δίκτυο wifi. Σε αυτό το σημείο, έχετε έναν λειτουργικό υπολογιστή Rπ0 που λειτουργεί με δύο λειτουργικούς προσαρμογείς wifi, τον εσωτερικό και τον εξωτερικό προσαρμογέα wifi του Amazon Basics.

Βήμα 4: Ρυθμίστε το Rπ0 ως σημείο πρόσβασης

Το επόμενο βήμα είναι να ρυθμίσετε το Rπ0 ώστε να λειτουργεί ως σημείο πρόσβασης wifi. Στο τέλος αυτού του βήματος, ο εξωτερικός προσαρμογέας wifi του Amazon Basics θα ονομάζεται wlan1 από το Rπ0 και θα επικοινωνεί με το καθιερωμένο δίκτυο wifi. Ο εσωτερικός προσαρμογέας wifi θα ονομάζεται wlan0 από το Rπ0 και συσκευές όπως κινητά τηλέφωνα, tablet και φορητοί υπολογιστές μπορούν να συνδεθούν στο Rπ0 στο νέο δίκτυο wifi. Αυτά τα κινητά τηλέφωνα, tablet και φορητοί υπολογιστές θα μπορούν να χρησιμοποιούν αυτό το νέο σημείο πρόσβασης wifi για επικοινωνία στο διαδίκτυο.

Αυτό το Rπ0 μπορεί να επεκτείνει το εύρος ενός καθιερωμένου δικτύου wifi. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να συνδέσουμε ένα κινητό τηλέφωνο στο διαδίκτυο, αλλά το κινητό είναι 200 μέτρα από το καθιερωμένο σημείο πρόσβασης wifi. Το κινητό τηλέφωνο ενδέχεται να μην μπορεί να επικοινωνήσει με το καθιερωμένο σημείο πρόσβασης wifi τόσο μακριά. Ωστόσο, μπορούμε να τοποθετήσουμε το Rπ0 με το νέο σημείο πρόσβασης στη μέση. Στη συνέχεια, το Rπ0 μπορεί να χρησιμοποιήσει τον εξωτερικό προσαρμογέα wifi για να επικοινωνήσει με το καθιερωμένο δίκτυο wifi που απέχει μόλις 100 μέτρα και το Rπ0 μπορεί να χρησιμοποιήσει τον εσωτερικό προσαρμογέα wifi για να επικοινωνήσει με το κινητό τηλέφωνο που βρίσκεται επίσης μόλις 100 μέτρα μακριά.

Το Adafruit έχει ένα εξαιρετικό σεμινάριο για το πώς να ρυθμίσετε ένα Raspberry Pi ως σημείο πρόσβασης wifi. Το σεμινάριο περιγράφει λεπτομερώς τα βήματα που περιλαμβάνουν τη ρύθμιση του σημείου πρόσβασης wifi, την εγκατάσταση των απαραίτητων πακέτων, την επεξεργασία αρχείων διαμόρφωσης και την εκκίνηση υπηρεσιών. Ωστόσο, η διαδικασία περιλαμβάνει πολλά βήματα και οι οδηγίες πρέπει να τροποποιηθούν για τους σκοπούς μας. Χρησιμοποιούμε ένα Rπ0 αντί για το μεγαλύτερο Raspberry Pi και δημιουργούμε μια σύνδεση μεταξύ δύο σημείων ασύρματης πρόσβασης αντί για ενσύρματο και ασύρματο σημείο πρόσβασης. Επιπλέον, απαιτούνται περαιτέρω αλλαγές στα αρχεία διαμόρφωσης για την επιτυχή ρύθμιση του σημείου πρόσβασης.

Γράψαμε ένα πρόγραμμα για να απλοποιήσουμε τη διαδικασία εγκατάστασης. Το συνημμένο αρχείο zip περιέχει τα απαραίτητα τροποποιημένα αρχεία διαμόρφωσης καθώς και ένα μικρό πρόγραμμα C που αυτοματοποιεί τη ρύθμιση του σημείου πρόσβασης. Βασίζεται στενά στο σεμινάριο του Adafruit. Αυτό το πρόγραμμα δημιουργεί αντίγραφα ασφαλείας των υπαρχόντων αρχείων διαμόρφωσης, αντιγράφει στα νέα αρχεία διαμόρφωσης που περιέχονται στο αρχείο zip και ολοκληρώνει την εγκατάσταση του σημείου πρόσβασης.

Απαιτούνται ορισμένα πρόσθετα πακέτα προτού μπορέσουμε να χρησιμοποιήσουμε το σενάριο εγκατάστασης. Χρησιμοποιήστε τις ακόλουθες εντολές για να εγκαταστήσετε το απαραίτητο λογισμικό.

sudo apt-get install hostapd isc-dhcp-server

sudo apt-get install iptables-persistent

Κατεβάστε το συνημμένο αρχείο zip και αποθηκεύστε το σε νέο κατάλογο. Ανοίξτε ένα τερματικό και μεταβείτε σε αυτόν τον κατάλογο. Τα επόμενα βήματα είναι να αποσυμπιέσετε το αρχείο και να εκτελέσετε το σενάριο εγκατάστασης.

tar-xzvf insatll-rpiAP.tar.gz

cd install-rpiAP sudo./install-rpiAP.o

Αυτό το πρόγραμμα θα σας ζητήσει να εισαγάγετε το όνομα του (εγκατεστημένου) δικτύου wifi και τον κωδικό πρόσβασής του. Θα δημιουργήσει ένα νέο σημείο πρόσβασης που ονομάζεται PI_AP με κωδικό Raspberry.

Αφού ολοκληρωθεί το σενάριο, επανεκκινήστε το Rπ0. Τώρα, αν κάνετε κλικ στο εικονίδιο δικτύου στο επάνω δεξί μέρος της οθόνης, λέει ότι δεν βρέθηκαν ασύρματες διεπαφές. Μην ανησυχείτε. υπάρχουν και λειτουργούν. Σε αυτό το σημείο, υπάρχει το αρχικό δίκτυο wifi και έχουμε ένα νέο δίκτυο wifi που ονομάζεται Pi_AP. Πάρτε ένα κινητό τηλέφωνο ή άλλη συσκευή και προσπαθήστε να συνδεθείτε στο νέο σημείο πρόσβασης wifi. Ανοίξτε ένα πρόγραμμα περιήγησης ιστού στη συσκευή για να δοκιμάσετε τη σύνδεση στο Διαδίκτυο κατά τη χρήση αυτού του νέου σημείου πρόσβασης.

Τα ακόλουθα επτά αρχεία διαμόρφωσης τροποποιούνται από το πρόγραμμα εγκατάστασης: /etc/dhcp/dhcpd.conf,/etc/default/isc-dhcp-server,/etc/network/interfaces, /etc/hostapd/hostapd.conf,/κ.λπ. /default/hostapd, /etc/init.d/hostapd και /etc/sysctl.conf. Μπορεί να θέλετε να κάνετε επιπλέον τροποποιήσεις σε αυτά τα αρχεία διαμόρφωσης. Το σεμινάριο Adafruit που αναφέρθηκε παραπάνω παρέχει πρόσθετες λεπτομέρειες. Για παράδειγμα, τροποποιήστε το αρχείο /etc/hostapd/hostapd.conf εάν θέλετε να αλλάξετε το όνομα του νέου σημείου πρόσβασής σας ή τον κωδικό πρόσβασής του. Εάν θέλετε να συνδέσετε πολλά σημεία πρόσβασης Rπ0 στο εγκατεστημένο δίκτυό σας, το καθένα χρειάζεται μια μοναδική διεύθυνση IP. Η διαδικασία εγκατάστασης χρησιμοποιεί 192.168.42.1. Τα αρχεία /etc/dhcp/dhcpd.conf και/etc/network/interfaces θα πρέπει να τροποποιηθούν. Επιπλέον, θα χρειαστείτε την εντολή sudo ifconfig wlan0 192.168.zz.1 όπου το zz αντικαθίσταται από έναν άλλο ακέραιο. Επίσης, αυτό το σημείο πρόσβασης έχει δοκιμαστεί μόνο για επικοινωνία IPv4. Πρόσθετες τροποποιήσεις στη διαδικασία εγκατάστασης ή τα αρχεία διαμόρφωσης μπορεί να χρειαστούν τόσο για επικοινωνία IPv4 όσο και για IPv6 στο σημείο πρόσβασης.

Βήμα 5: Σχεδιάστε την κεραία

Ο σχεδιασμός και η κατασκευή μιας κεραίας είναι ευκολότερος από ό, τι ακούγεται. Η προσέγγισή μας ήταν να ξεκινήσουμε με ένα μοτίβο, να το τροποποιήσουμε, να το προσομοιώσουμε για να διασφαλίσουμε ότι εξακολουθεί να ικανοποιεί τις ανάγκες μας και στη συνέχεια να το τοποθετήσουμε σε ένα PCB. Εάν δεν θέλετε να φτιάξετε τη δική σας κεραία, χρησιμοποιήστε αυτήν που συνοδεύει τον προσαρμογέα wifi. Εναλλακτικά, εάν θέλετε να φτιάξετε, αλλά όχι να σχεδιάσετε ή να προσομοιώσετε, τη δική σας κεραία, επισυνάψαμε τα αρχεία διάταξης PCB. Ωστόσο, διαβάστε αν ενδιαφέρεστε για το σχεδιασμό κεραίας, την προσομοίωση κεραίας ή τη διάταξη PCB. Η κεραία που χρησιμοποιούμε δεν έχει βελτιστοποιηθεί. Ο σκοπός εδώ είναι να δείξετε πώς μπορείτε να φτιάξετε τη δική σας κεραία και όχι να δείξετε μια ιδανική κεραία.

Θέλαμε μια κατευθυντική κεραία που λειτουργεί σε συχνότητες wifi. Το Instructable με το οποίο ξεκινήσαμε περιλαμβάνει ένα λεπτομερές μοτίβο για μια κατευθυντική κεραία Yagi, η οποία μπορεί να κατασκευαστεί από συνδετήρες και ξυλάκια. Κάναμε μόνο μία τροποποίηση. Αυτή η κεραία έχει μήκος 42 εκατοστά και περιέχει 15 αγώγιμα στοιχεία. Ξεφορτωθήκαμε όλα τα στοιχεία εκτός από τέσσερα, οπότε η κεραία θα είναι μικρότερη.

Στη συνέχεια, προσομοιώσαμε την κεραία για να διασφαλίσουμε ότι ήταν ακόμα κατευθυντική, ακόμη και με λιγότερα στοιχεία. Το EZNECby Roy Lewallen είναι ένα εύχρηστο εργαλείο προσομοίωσης κεραίας. Χρησιμοποιήσαμε την έκδοση επίδειξης του EZNEC 6.0. Το πρώτο βήμα για τη χρήση αυτού του λογισμικού είναι η περιγραφή της κεραίας. Κάντε κλικ στο κουμπί Wires και εισαγάγετε τη θέση των στοιχείων της κεραίας. Το μέγεθος και η θέση αυτών των στοιχείων περιγράφονται λεπτομερώς στο μοτίβο κεραίας. Στη συνέχεια, ορίσαμε τη συχνότητα στα 2,4 GHz για σήματα wifi και επιλέξαμε τον τύπο γείωσης να είναι ελεύθερος χώρος. Επισυνάπτεται το αρχείο EZNEC που περιγράφει την κεραία, WifiYagi.ez.

Η έξοδος της προσομοίωσης EZNEC φαίνεται παρακάτω και επαληθεύει ότι η τροποποιημένη κεραία είναι ακόμα κατευθυντική. Το αριστερό μέρος του σχήματος δείχνει την κεραία. Οι μαύρες γραμμές είναι τα αγώγιμα στοιχεία και ο κόκκινος κύκλος στο δεύτερο στοιχείο είναι εκεί που συνδέεται ο προσαρμογέας wifi. Το δεξί μέρος του σχήματος είναι το διάγραμμα σχεδίου τρισδιάστατης ακτινοβολίας. Το σχήμα δείχνει τη σχετική ισχύ του σήματος σε σταθερή απόσταση από μια κεραία εκπομπής σε διαφορετικές γωνίες. Δεδομένου ότι το διάγραμμα είναι μεγαλύτερο σε x διεύθυνση από ό, τι σε άλλες κατευθύνσεις, η κεραία είναι κατευθυντική. Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που μεταδίδεται από την κεραία θα πηγαίνει στην κατεύθυνση x. Εάν προσανατολίσουμε σωστά αυτήν την κεραία και αν υποθέσουμε ότι όλα τα άλλα είναι ίσα, αυτή η κεραία θα πρέπει να μπορεί να επικοινωνεί σε μεγαλύτερες αποστάσεις προς την κατεύθυνση x από ό, τι αν δεν είχαμε χρησιμοποιήσει κεραία κατεύθυνσης.

Το επόμενο βήμα είναι η διαμόρφωση του προσαρμοσμένου PCB. Ενώ το μοτίβο κεραίας με το οποίο ξεκινήσαμε είναι εύκολο να κατασκευαστεί, είναι δύσκολο να κατασκευαστεί με ακρίβεια. Οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων κατασκευάζονται με μεγαλύτερη ακρίβεια και είναι πιο ανθεκτικές. Χρησιμοποιήσαμε το πρόγραμμα ανοιχτού κώδικα KiCad. Τα αρχεία διάταξης PCB μας επισυνάπτονται, στο wifi_pcb.tar.gz. Για να αποσυμπιέσετε το αρχείο, χρησιμοποιήστε την εντολή:

tar -zxvf wifi_pcb.tar.gz

Τα βήματα για την τοποθέτηση του PCB είναι:

• Ανοίξτε ένα νέο έργο KiCad.
• Μεταβείτε στον επεξεργαστή διάταξης PCB.
• Επιλέξτε το κουμπί Προσθήκη γραμμών γραφικών και το επίπεδο Edge. Cuts και καθορίστε την περίμετρο του PCB.
• Επιλέξτε το κουμπί Προσθήκη Γραφικών Γραμμών και το επίπεδο F. Cu και σχεδιάστε τα στοιχεία της κεραίας στο μπροστινό στρώμα χαλκού.
• Επιλέξτε το κουμπί Add Vias και εισαγάγετε δύο οπές όπου θα συνδεθεί ο προσαρμογέας wifi.
• Επιλέξτε το κουμπί Προσθήκη γραφικού πολυγώνου και το στρώμα F. Mask και σχεδιάστε μια τρύπα στη μπροστινή μάσκα συγκόλλησης, ώστε να μην καλύπτει τις διαμπερές οπές. Επαναλάβετε χρησιμοποιώντας το στρώμα B. Mask για να τραβήξετε μια τρύπα και στη μάσκα της πίσω κολλήσης.
• Προσθέστε τυχόν πρόσθετα σήματα ή ετικέτες που επιθυμείτε στα στρώματα της μεταξοτυπίας.
• Επιλέξτε Αρχείο και μετά Σχεδιάστε για να δημιουργήσετε αρχεία Gerber.

Βήμα 6: Φτιάξτε την κεραία

Αγοράσαμε PCB κατασκευασμένα από τη διάταξή μας. Η Adafruit διαθέτει μια λίστα κατασκευαστών PCB που είναι φιλικοί προς τους χομπίστες. Ενώ δοκιμάσαμε μερικούς κατασκευαστές PCB, πραγματικά δεν γνωρίζουμε ποιος είναι ο καλύτερος. Το PCB που εμφανίζεται κατασκευάστηκε από την Oshpark.

Μόλις φτάσει το PCB, το επόμενο βήμα είναι η συγκόλληση στον ομοαξονικό σύνδεσμο RG-58. Το PCB έχει δύο οπές. Ο πείρος που συνοδεύει το βύσμα είναι πολύ κοντός, επομένως συγκολλήστε ένα μικρό κομμάτι σύρματος σε μία από τις οπές. Τοποθετήστε μια μεγάλη κουκκίδα κόλλησης που συνδέει το κέλυφος με το άλλο μέσω οπής. Έχετε τώρα μια κατευθυντική κεραία Yagi wifi κατασκευασμένη από ένα προσαρμοσμένο PCB.

Αποσυνδέστε τον προσαρμογέα wifi του Amazon Basics. Ξεβιδώστε την κεραία που συνοδεύει και βιδώστε τη νέα κεραία PCB. Συνδέστε ξανά τον προσαρμογέα wifi στο διανομέα USB. Το έργο έχει πλέον ολοκληρωθεί.