ESP8266 Μοτίβο ακτινοβολίας: 7 βήματα

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-23 14:39

Το ESP8266 είναι μια δημοφιλής μονάδα μικροελεγκτή επειδή μπορεί να συνδεθεί στο διαδίκτυο μέσω του ενσωματωμένου WiFi. Αυτό ανοίγει πολλές ευκαιρίες για τον χομπίστα να φτιάξει τηλεχειριζόμενα gadget και συσκευές IoT με το ελάχιστο επιπλέον υλικό. Βολικά, οι περισσότερες μονάδες ενσωματώνουν μια κεραία, είτε ένα τυπωμένο κύκλωμα ανεστραμμένου τύπου F είτε ένα κεραμικό τσιπ. Μερικοί πίνακες επιτρέπουν ακόμη και μια εξωτερική κεραία να συνδεθεί για επιπλέον εμβέλεια. Οι περισσότεροι από εμάς είναι εξοικειωμένοι με τις ιδιαιτερότητες του ραδιοφώνου, της τηλεόρασης ή ακόμα και των κεραιών κινητού τηλεφώνου. Αφού ρυθμίσετε προσεκτικά τη θέση της κεραίας ή του σετ, το σήμα γίνεται θορυβώδες καθώς απομακρύνεστε και κάθεστε! Δυστυχώς, το ESP8266 ως ασύρματη συσκευή, μπορεί να εμφανίσει παρόμοια αντικοινωνική συμπεριφορά. Μια μέθοδος μέτρησης του μοτίβου ακτινοβολίας του ESP8266 εξηγείται σε αυτό το Instructable χρησιμοποιώντας την ισχύ του σήματος RSSI που αναφέρεται από τη μονάδα. Δοκιμάζονται διάφοροι τύποι κεραιών και το γλυκό σημείο επισημαίνεται για κάθε έκδοση. Ένας μικρός βηματικός κινητήρας χρησιμοποιείται για την περιστροφή της μονάδας ESP8266 κατά 360 μοίρες σε διάστημα 30 λεπτών και μέση ένδειξη RSSI που μετράται κάθε 20 δευτερόλεπτα. Τα δεδομένα αποστέλλονται στο ThingSpeak, μια δωρεάν υπηρεσία ανάλυσης IoT που διαγράφει τα αποτελέσματα ως ένα πολικό διάγραμμα από το οποίο μπορεί να επιλυθεί η κατεύθυνση του μέγιστου σήματος. Αυτή η διαδικασία επαναλήφθηκε για αρκετούς προσανατολισμούς της μονάδας ESP8266.

Προμήθειες

Τα στοιχεία για αυτό το έργο βρίσκονται εύκολα στο διαδίκτυο από προμηθευτές όπως το eBay, το Amazon κ.λπ., αν όχι ήδη στο junk box σας.

28BYJ48 5V stepper motor ULN2003 πίνακας οδηγών Arduino UNO ή παρόμοιες μονάδες ESP8266 για δοκιμή Εξωτερική κεραία Τροφοδοτικό USB Arduino IDE και λογαριασμός ThingSpeak Sundries - πλαστικός σωλήνας, σύρμα, Blu tak

Βήμα 1: Επισκόπηση του συστήματος

Ένα Arduino Uno χρησιμοποιείται για την οδήγηση του βηματικού κινητήρα σε πλήρη περιστροφή σε διάστημα 30 λεπτών. Καθώς ο κινητήρας παίρνει περισσότερο ρεύμα από το διαθέσιμο από το Uno, η πλακέτα οδηγού ULN2003 χρησιμοποιείται για την παροχή επιπλέον ρεύματος κινητήρα. Ο κινητήρας βιδώνεται σε ένα κομμάτι ξύλου για να δώσει μια σταθερή πλατφόρμα και ένα μήκος πλαστικού σωλήνα που ωθείται στον άξονα του κινητήρα, ο οποίος θα χρησιμοποιηθεί για την τοποθέτηση της υπό δοκιμή μονάδας. Όταν ενεργοποιείται το Uno, ο άξονας του κινητήρα κάνει πλήρη περιστροφή κάθε 30 λεπτά. Μια μονάδα ESP8266 προγραμματισμένη για τη μέτρηση της ισχύος του σήματος WiFi, RSSI, είναι κολλημένη στον πλαστικό σωλήνα, έτσι ώστε η μονάδα να κάνει πλήρη περιστροφή. Κάθε 20 δευτερόλεπτα, το ESP8266 στέλνει την ένδειξη ισχύος σήματος στο ThingSpeak όπου το σήμα απεικονίζεται σε πολικές συντεταγμένες. Η ανάγνωση RSSI μπορεί να διαφέρει μεταξύ κατασκευαστών τσιπ, αλλά γενικά κυμαίνεται μεταξύ 0 και -100 με κάθε μονάδα να αντιστοιχεί σε 1dBm σήματος. Καθώς απεχθάνομαι την αντιμετώπιση αρνητικών αριθμών, μια σταθερά 100 προστέθηκε στην ένδειξη RSSI στο πολικό διάγραμμα, έτσι ώστε οι ενδείξεις να είναι θετικές και οι υψηλότερες τιμές να δείχνουν καλύτερη ισχύ σήματος.

Βήμα 2: Stepper Motor

Ο βηματικός κινητήρας 28BYJ48 βιδώνεται ελαφρά σε ένα κομμάτι ξύλου για να παρέχει σταθερότητα. Περίπου 8 ίντσες από πλαστικό σωλήνα 1/4”είναι κολλημένες στον άξονα του βηματικού κινητήρα για την τοποθέτηση της υπό δοκιμή μονάδας. Το Uno, ο πίνακας οδηγού και ο κινητήρας είναι συνδεδεμένοι όπως έχει περιγραφεί πολλές φορές στο διαδίκτυο. Ένα σύντομο σκίτσο στο αρχείο αναβοσβήνει στο Uno, έτσι ώστε ο σωλήνας να περιστρέφεται έναν πλήρη κύκλο κάθε 30 λεπτά όταν ενεργοποιείται.

Το σκίτσο που χρησιμοποιείται για την περιστροφή του κινητήρα παρατίθεται στο αρχείο κειμένου, τίποτα επαναστατικό εδώ.

Βήμα 3: Δοκιμή ESP8266

Οι μονάδες για δοκιμή αναβοσβήνουν πρώτα με ένα σκίτσο που στέλνει την ένδειξη RSSI στο ThingSpeak κάθε 20 δευτερόλεπτα για πλήρη περιστροφή του βηματικού κινητήρα. Τρεις προσανατολισμοί σχεδιάστηκαν για κάθε μονάδα που υποδηλώνεται με τη δοκιμή Α, Β και Γ. Στη θέση Α, η μονάδα είναι τοποθετημένη στην πλευρά του σωλήνα με την κεραία πάνω. Όταν βλέπετε την κεραία, το RHS της κεραίας δείχνει στο δρομολογητή στην αρχή της δοκιμής. Δυστυχώς, με ευνόησαν και πάλι αρνητικοί αριθμοί, ο κινητήρας γυρίζει δεξιόστροφα, αλλά το πολικό διάγραμμα κλιμακώνεται αριστερόστροφα. Αυτό σημαίνει ότι το απροσδιόριστο πλάτος της κεραίας βλέπει το δρομολογητή σε περίπου 270 μοίρες. Στη θέση Β, η μονάδα είναι τοποθετημένη οριζόντια στην κορυφή του σωλήνα. Η κεραία δείχνει στο δρομολογητή όπως στη δοκιμή Α στην αρχή της δοκιμής. Τέλος, η μονάδα τοποθετείται όπως στη δοκιμή Α και στη συνέχεια η μονάδα περιστρέφεται δεξιόστροφα κατά 90 μοίρες και τοποθετείται για να δώσει τη θέση δοκιμής C.

Το αρχείο κειμένου δίνει τον κωδικό που απαιτείται για την αποστολή των δεδομένων RSSI στο ThingSpeak. Πρέπει να προσθέσετε τις δικές σας λεπτομέρειες WiFi και κλειδί API εάν χρησιμοποιείτε το ThingSpeak.

Βήμα 4: Αποτελέσματα ανεστραμμένου F τυπωμένου κυκλώματος

Η πρώτη μονάδα που δοκιμάστηκε είχε μια κεραία τυπωμένου κυκλώματος που περιπλανιόταν, η οποία είναι η πιο κοινή, επειδή είναι η φθηνότερη στην κατασκευή. Το πολικό διάγραμμα δείχνει πώς αλλάζει η ισχύς του σήματος καθώς περιστρέφεται η μονάδα. Θυμηθείτε ότι το RSSI βασίζεται σε μια κλίμακα καταγραφής και έτσι μια αλλαγή 10 μονάδων RSSI είναι 10 φορές αλλαγή στην ισχύ σήματος. Η δοκιμή A με την κεραία στο επάνω μέρος της μονάδας δίνει το υψηλότερο σήμα. Επίσης, η καλύτερη θέση είναι όταν το κομμάτι PCB βλέπει στο δρομολογητή. Τα χειρότερα αποτελέσματα εμφανίζονται στη δοκιμή Β όπου υπάρχει μεγάλη θωράκιση από τα άλλα εξαρτήματα στον πίνακα. Η δοκιμή C πάσχει επίσης από θωράκιση εξαρτημάτων, αλλά υπάρχουν ορισμένες θέσεις όπου το κομμάτι PCB έχει μια σαφή διαδρομή προς το δρομολογητή. Ο καλύτερος τρόπος για να τοποθετήσετε τη μονάδα είναι με την κεραία στην κορυφή με το κομμάτι PCB να βλέπει στο δρομολογητή. Σε αυτή την περίπτωση, μπορούμε να αναμένουμε μια ισχύ σήματος περίπου 35 μονάδων. Οι μη βέλτιστες θέσεις μπορούν εύκολα να μειώσουν την ισχύ του σήματος κατά ένα συντελεστή δέκα. Κανονικά, η μονάδα θα τοποθετηθεί σε ένα κουτί τόσο για φυσική όσο και για περιβαλλοντική προστασία, θα μπορούσαμε να περιμένουμε ότι αυτό θα μειώσει το σήμα ακόμη περισσότερο … Μια δοκιμή για το μέλλον.

Το ThingSpeak χρειάζεται λίγο κώδικα για να οργανώσει τα δεδομένα και να δημιουργήσει τα πολικά διαγράμματα. Αυτό μπορεί να βρεθεί στο ενσωματωμένο αρχείο κειμένου.

Βήμα 5: Αποτελέσματα κεραμικών τσιπ

Ορισμένες μονάδες ESP8266 χρησιμοποιούν κεραμικό τσιπ για την κεραία αντί για το κομμάτι τυπωμένου κυκλώματος. Δεν έχω ιδέα πώς λειτουργούν εκτός από την υψηλή διηλεκτρική σταθερά του κεραμικού που πιθανώς επιτρέπει τη συρρίκνωση του φυσικού μεγέθους. Το πλεονέκτημα του chip Antenna είναι ένα μικρότερο αποτύπωμα σε βάρος του κόστους. Οι δοκιμές ισχύος σήματος επαναλήφθηκαν σε μια μονάδα με κεραμική κεραία τσιπ δίνοντας τα αποτελέσματα στην εικόνα. Η κεραία τσιπ παλεύει να επιτύχει ισχύ σήματος μεγαλύτερη από 30 σε σύγκριση με 35 με το σχέδιο PCB. Sizeσως τελικά το μέγεθος να έχει σημασία; Η τοποθέτηση της μονάδας με το τσιπ στην κορυφή δίνει την καλύτερη μετάδοση. Ωστόσο, στη δοκιμή Β με την πλακέτα τοποθετημένη οριζόντια, υπάρχει μεγάλη θωράκιση από τα άλλα εξαρτήματα της πλακέτας σε ορισμένες θέσεις. Τέλος, στο Test C υπάρχουν θέσεις όπου το τσιπ έχει σαφή διαδρομή προς το δρομολογητή και άλλες φορές όταν υπάρχει εμπόδιο από τα άλλα εξαρτήματα της πλακέτας.

Βήμα 6: Αποτελέσματα κεραίας κατεύθυνσης Omni

Η μονάδα κεραμικών τσιπ είχε την επιλογή σύνδεσης εξωτερικής κεραίας μέσω υποδοχής IPX. Πριν από τη χρήση του συνδέσμου, πρέπει να μετακινηθεί ένας σύνδεσμος για να αλλάξει η διαδρομή σήματος από το τσιπ στην υποδοχή IPX. Αυτό αποδείχθηκε αρκετά εύκολο κρατώντας το σύνδεσμο με τσιμπιδάκια και στη συνέχεια θερμαίνοντας το σύνδεσμο με κολλητήρι. Μόλις λιώσει η κόλλα, ο σύνδεσμος μπορεί να αφαιρεθεί και να τοποθετηθεί στη νέα θέση. Ένα άλλο ταμπλό με το συγκολλητικό σίδερο θα συγκολλήσει ξανά τη σύνδεση στη νέα θέση. Η δοκιμή της κεραίας omni ήταν ελαφρώς διαφορετική. Αρχικά δοκιμάστηκε η κεραία περιστρέφοντάς την οριζόντια. Στη συνέχεια, η κεραία έγινε κλικ σε μια θέση 45 μοιρών και δοκιμάστηκε. Τέλος, έγινε μια πλοκή με την κεραία κάθετη. Μάλλον εκπληκτικά, η χειρότερη θέση ήταν μια κατακόρυφη θέση για την κεραία, ειδικά επειδή οι κεραίες του δρομολογητή ήταν κάθετες και σε παρόμοιο επίπεδο. Οι καλύτερες θέσεις ήταν με την κεραία μεταξύ οριζόντιων και 45 μοιρών με γωνία περιστροφής περίπου 120 μοίρες. Υπό αυτές τις συνθήκες, η ισχύς του σήματος έφτασε το 40, μια σημαντική βελτίωση σε σχέση με την αρχική κεραία τσιπ. Τα γραφήματα δείχνουν μόνο την παραμικρή ομοιότητα με εκείνα τα υπέροχα συμμετρικά διαγράμματα ντόνατ που εμφανίζονται σε βιβλία σχολίων για κεραίες. Στην πραγματικότητα, πολλοί άλλοι παράγοντες, γνωστοί και άγνωστοι, επηρεάζουν την ισχύ του σήματος καθιστώντας την πειραματική μέτρηση τον καλύτερο τρόπο δοκιμής του συστήματος.

Βήμα 7: Η βέλτιστη κεραία

Ως τελική δοκιμή, η κεραία κατεύθυνσης καθολικής ρύθμισης ήταν 45 μοίρες στη θέση της υψηλότερης ισχύος σήματος. Αυτή τη φορά η κεραία δεν περιστράφηκε αλλά αφέθηκε στο datalog για 30 λεπτά για να δώσει μια ιδέα για τη διακύμανση της μέτρησης. Το διάγραμμα δείχνει ότι η μέτρηση είναι σταθερή εντός +/- 2 μονάδων RSSI. Όλα αυτά τα αποτελέσματα λήφθηκαν σε ένα ηλεκτρικά απασχολημένο νοικοκυριό. Δεν έγινε προσπάθεια απενεργοποίησης τηλεφώνων DECT, φούρνων μικροκυμάτων ή άλλων συσκευών WiFi και Bluetooth για τη μείωση του ηλεκτρικού θορύβου. Αυτός είναι ο πραγματικός κόσμος … Αυτό το εγχειρίδιο δείχνει πώς μπορείτε να μετρήσετε την αποτελεσματικότητα των κεραιών που χρησιμοποιούνται στο ESP8266 και παρόμοιες μονάδες. Μια εκτυπωμένη κεραία κομματιών δίνει καλύτερη ισχύ σήματος σε σύγκριση με μια κεραία τσιπ. Ωστόσο, όπως ήταν αναμενόμενο, μια εξωτερική κεραία δίνει το καλύτερο αποτέλεσμα.