ESP8266 Strålemønster: 7 trinn

2025 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2025-01-23 15:02

ESP8266 er en populær mikrokontroller -modul fordi den kan kobles til internett via innebygd WiFi. Dette åpner mange muligheter for hobbyisten for å lage fjernstyrte gadgets og IoT -enheter med minimum ekstra maskinvare. De fleste modulene har praktisk en antenne, enten en omvendt F -type med krets eller en keramisk brikke. Noen tavler tillater til og med å koble til en ekstern antenne for ekstra rekkevidde. De fleste av oss er kjent med særtrekkene ved radio, TV eller mobiltelefonantenner. Etter nøye justering av posisjonen til antennen eller settet, blir signalet bråkete akkurat når du beveger deg bort og setter deg ned! Dessverre kan ESP8266 som en trådløs enhet vise lignende antisosial oppførsel. En metode for måling av strålingsmønsteret til ESP8266 er forklart i denne instruksen ved hjelp av RSSI -signalstyrken rapportert av modulen. Flere antennetyper er testet og sweet spot uthevet for hver versjon. En liten trinnmotor brukes til å rotere ESP8266 -modulen 360 grader over en periode på 30 minutter og en gjennomsnittlig RSSI -måling målt hvert 20. sekund. Dataene sendes til ThingSpeak, en gratis IoT -analysetjeneste som kartlegger resultatene som et polært plott hvorfra retningen til maksimalt signal kan løses. Denne prosessen ble gjentatt for flere retninger av ESP8266 -modulen.

Rekvisita

Komponenter for dette prosjektet er lett å finne på internett fra leverandører som eBay, Amazon etc. hvis de ikke allerede er i søppelfeltet.

28BYJ48 5V trinnmotor ULN2003 driverkort Arduino UNO eller lignende ESP8266 moduler for test Ekstern antenne USB strømforsyning Arduino IDE og ThingSpeak konto Diverse - plastrør, wire, Blu tak

Trinn 1: Oversikt over systemet

En Arduino Uno brukes til å drive trinnmotoren gjennom en full rotasjon over en periode på 30 minutter. Siden motoren tar mer strøm enn tilgjengelig fra Uno, brukes ULN2003 -driverkortet for å levere den ekstra motorstrømmen. Motoren er skrudd ned på et trestykke for å gi en stabil plattform og et lengde av plastrør presset på motorspindelen som skal brukes til montering av modulen som testes. Når Uno slås på, gjør motorspindelen en full rotasjon hvert 30. minutt. En ESP8266 -modul som er programmert til å måle WiFi -signalstyrken, RSSI, sitter fast på plastrøret slik at modulen roterer fullstendig. Hvert 20. sekund sender ESP8266 signalstyrken til ThingSpeak hvor signalet er avsatt i polære koordinater. RSSI -avlesningen kan variere mellom brikkeprodusenter, men ligger vanligvis mellom 0 og -100 med hver enhet tilsvarende 1 dBm signal. Siden jeg hater å håndtere negative tall, har en konstant 100 blitt lagt til RSSI -avlesningen i polarplottet slik at avlesningene er positive og høyere verdier indikerer en bedre signalstyrke.

Trinn 2: Steppermotor

Stepper -motoren 28BYJ48 skrus lett ned på et treverk for å gi stabilitet. Omtrent 8 tommer 1/4”plastrør limes på trinnmotorspindelen for montering av modulen som testes. Uno, førerkort og motor er koblet til som har blitt beskrevet mange ganger på internett. En kort skisse i filen blinker inn i Uno slik at røret roterer en hel sirkel hvert 30. minutt når den slås på.

Skissen som ble brukt til å rotere motoren er oppført i tekstfilen, ingenting revolusjonerende her.

Trinn 3: ESP8266 -testing

Modulene for test ble først blinket med en skisse som sender RSSI -avlesningen til ThingSpeak hvert 20. sekund for en full omdreining av trinnmotoren. Tre orienteringer ble plottet for hver modul angitt med test A, B og C. I posisjon A er modulen montert på rørsiden med antennen øverst. Når du vender mot antennen, peker RHS på antennen til ruteren ved starten av testen. Dessverre ble jeg adlet av negative tall igjen, motoren svinger med klokken, men polarplottet skaleres mot klokken. Dette betyr at den usikre bredden av antennen vender mot ruteren på omtrent 270 grader. I posisjon B er modulen montert horisontalt på toppen av røret. Antennen peker på ruteren som i test A ved starten av testen. Til slutt plasseres modulen som i test A og deretter vrides modulen med 90 grader med klokken og monteres for å gi test C -posisjonen.

Tekstfilen gir koden som kreves for å sende RSSI -dataene til ThingSpeak. Du må legge til dine egne WiFi -detaljer og API -nøkkel hvis du bruker ThingSpeak.

Trinn 4: Inverterte F -utskriftskretsresultater

Den første modulen som ble testet hadde en slynget kretstypeantenne som er den vanligste typen fordi den er den billigste å produsere. Polarplottet viser hvordan signalstyrken endres når modulen roteres. Husk at RSSI er basert på en loggskala, så en endring på 10 RSSI -enheter er en 10 ganger endring i signaleffekt. Test A med antennen øverst på modulen gir det høyeste signalet. Den beste posisjonen er også når PCB -sporet vender mot ruteren. De verre resultatene skjer i test B hvor det er mye skjerming fra de andre komponentene på brettet. Test C lider også av komponentavskjerming, men det er noen posisjoner der PCB -sporet har fri vei til ruteren. Den beste måten å montere modulen på er med antennen øverst med PCB -sporet vendt mot ruteren. I dette tilfellet kan vi forvente en signalstyrke på omtrent 35 enheter. Ikke -optimale posisjoner kan enkelt redusere signalstyrken med en faktor ti. Normalt ville modulen være montert i en boks for både fysisk og miljøvern, vi kunne forvente at dette vil redusere signalet enda mer … En test for fremtiden.

ThingSpeak trenger litt kode for å organisere dataene og lage polare plott. Dette finnes i den innebygde tekstfilen.

Trinn 5: Keramiske flisresultater

Noen ESP8266 -moduler bruker en keramisk brikke for antennen i stedet for kretssporet. Jeg aner ikke hvordan de fungerer, bortsett fra at keramikkens høye dielektriske konstant muligens reduserer fysisk størrelse. Fordelen med brikkeantennen er et mindre fotavtrykk på bekostning av kostnaden. Signalstyrketester ble gjentatt på en modul med en keramisk chip -antenne som ga resultatene i bildet. Chip -antennen sliter med å oppnå en signalstyrke større enn 30 sammenlignet med 35 med PCB -designet. Kanskje betyr det tross alt størrelsen? Montering av modulen med brikken øverst gir den beste overføringen. Men i test B med brettet montert horisontalt, er det mye skjerming fra de andre komponentene på brettet i visse posisjoner. Til slutt i test C er det posisjoner der brikken har en klar vei til ruteren og andre ganger når det er hindring fra de andre brettkomponentene.

Trinn 6: Omni Directional Antenna Results

Den keramiske brikkemodulen hadde muligheten til å koble til en ekstern antenne gjennom en IPX -kontakt. Før kontakten kan brukes, må en kobling flyttes for å bytte signalbane fra brikken til IPX -kontakten. Dette viste seg ganske enkelt ved å holde koblingen med pinsett og deretter varme opp koblingen med et loddejern. Når loddetinnet smelter, kan koblingen løftes av og plasseres i den nye posisjonen. En annen dab med loddejernet vil lodde lenken tilbake til den nye posisjonen. Testing av omni -antennen var litt annerledes. Først ble antennen testet ved å rotere den horisontalt. Deretter ble antennen klikket i en 45 graders posisjon og testet. Til slutt ble det laget et plott med antennen loddrett. Svært overraskende var den verre posisjonen en vertikal posisjon for antennen, spesielt da ruteantennene var vertikale og i et lignende plan. De beste posisjonene var med antennen mellom horisontal og 45 grader med en rotasjonsvinkel på omtrent 120 grader. Under disse forholdene nådde signalstyrken 40, en betydelig forbedring i forhold til den originale brikkeantennen. Plottene viser bare den minste likhet med de vakkert symmetriske smultringdiagrammene som er vist i lærebøker for antenner. I virkeligheten påvirker mange andre faktorer, kjente og ukjente, signalstyrken, noe som gjør eksperimentell måling til den beste måten å teste systemet på.

Trinn 7: Den optimale antennen

Som en siste test ble den retningsbestemte antennen satt til 45 grader i posisjonen med høyeste signalstyrke. Denne gangen ble ikke antennen rotert, men overlatt til dataloggen i 30 minutter for å gi en ide om målevariasjonen. Plottet indikerer at målingen er stabil til +/- 2 RSSI-enheter. Alle disse resultatene ble tatt i en elektrisk travel husholdning. Det ble ikke forsøkt å slå av DECT -telefoner, mikrobølgeovner eller andre WiFi- og Bluetooth -enheter for å redusere elektrisk støy. Dette er den virkelige verden … Denne instruksen viser hvordan du måler effektiviteten til antennene som brukes på ESP8266 og lignende moduler. En trykt sporantenne gir en bedre signalstyrke sammenlignet med en brikkeantenne. Som forventet gir imidlertid en ekstern antenne det beste resultatet.