ESP8266 الگوی تابش: 7 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

ESP8266 یک ماژول میکروکنترلر محبوب است زیرا می تواند از طریق WiFi داخلی به اینترنت متصل شود. این امر فرصت های زیادی را برای علاقمندان ایجاد می کند تا ابزارها و دستگاه های اینترنت اشیا را با حداقل سخت افزار اضافی کنترل کند. به راحتی ، اکثر ماژول ها دارای آنتن هستند ، یا مدار چاپی نوع F وارونه یا تراشه سرامیکی. برخی از تخته ها حتی اجازه می دهند تا یک آنتن خارجی برای برد بیشتر متصل شود. اکثر ما با ویژگی های رادیو ، تلویزیون یا حتی آنتن های تلفن همراه آشنا هستیم. پس از تنظیم دقیق موقعیت آنتن یا مجموعه ، سیگنال درست هنگام دور شدن و نشستن پر سر و صدا می شود! متأسفانه ESP8266 یک دستگاه بی سیم است و می تواند رفتارهای ضد اجتماعی مشابهی از خود نشان دهد. روش اندازه گیری الگوی تابش ESP8266 در این دستورالعمل با استفاده از قدرت سیگنال RSSI گزارش شده توسط ماژول توضیح داده شده است. چندین نوع آنتن مورد آزمایش قرار می گیرد و نقطه شیرین برای هر نسخه مشخص می شود. یک موتور پله ای کوچک برای چرخاندن ماژول ESP8266 تا 360 درجه در مدت 30 دقیقه استفاده می شود و میانگین خوانش RSSI هر 20 ثانیه اندازه گیری می شود. داده ها به ThingSpeak ، یک سرویس تجزیه و تحلیل رایگان IoT ارسال می شود که نتایج را به صورت نمودار قطبی نشان می دهد که جهت حداکثر سیگنال را می توان از آن حل کرد. این روند برای چندین جهت ماژول ESP8266 تکرار شد.

تدارکات

اجزای این پروژه به راحتی در اینترنت از تأمین کنندگان مانند eBay ، Amazon و غیره یافت می شود ، اگر قبلاً در جعبه آشغال شما نیست.

28BYJ48 5V موتور پله ای ULN2003 برد راننده Arduino UNO یا ماژول های مشابه ESP8266 برای تست آنتن خارجی منبع تغذیه USB Arduino IDE و حساب ThingSpeak Sundries - لوله پلاستیکی ، سیم ، Blu tak

مرحله 1: مروری بر سیستم

Arduino Uno برای حرکت کامل موتور پله ای در یک چرخش کامل در مدت 30 دقیقه استفاده می شود. از آنجا که موتور جریان بیشتری نسبت به یونو دارد ، از برد راننده ULN2003 برای تأمین جریان اضافی موتور استفاده می شود. موتور روی یک تکه چوب پیچ می خورد تا یک پلت فرم پایدار داشته باشد و یک طول لوله پلاستیکی روی دوک موتور رانده شود که برای نصب ماژول مورد آزمایش استفاده می شود. هنگامی که Uno روشن می شود ، اسپیندل موتور هر 30 دقیقه یک دور کامل می چرخاند. یک ماژول ESP8266 که برای اندازه گیری قدرت سیگنال WiFi ، RSSI برنامه ریزی شده است ، به لوله پلاستیکی چسبیده است تا ماژول یک چرخش کامل انجام دهد. هر 20 ثانیه ، ESP8266 قرائت قدرت سیگنال را به ThingSpeak ارسال می کند ، جایی که سیگنال در مختصات قطبی رسم می شود. خوانش RSSI می تواند بین تولیدکنندگان تراشه متفاوت باشد ، اما به طور کلی بین 0 تا -100 با هر واحد مربوط به 1dBm سیگنال است. از آنجایی که از برخورد با اعداد منفی متنفرم ، یک عدد ثابت 100 به قرائت RSSI در نمودار قطبی اضافه شده است به طوری که خوانش ها مثبت هستند و مقادیر بالاتر نشان دهنده قدرت سیگنال بهتر است.

مرحله 2: استپر موتور

موتور پله ای 28BYJ48 برای ایجاد ثبات ، به آرامی روی یک تکه چوب پیچ می شود. حدود 8 اینچ لوله پلاستیکی 1/4 اینچی برای نصب ماژول مورد آزمایش روی دوک موتور استپر چسبانده شده است. Uno ، برد راننده و موتور همانطور که بارها در اینترنت توضیح داده شده است ، وصل شده اند. یک طرح کوتاه در پرونده در Uno قرار می گیرد تا لوله هنگام روشن شدن هر 30 دقیقه یک دایره کامل بچرخد.

طرح مورد استفاده برای چرخاندن موتور در فایل متنی ذکر شده است ، در اینجا هیچ چیز انقلابی نیست.

مرحله 3: آزمایش ESP8266

ماژول های آزمایش ابتدا با یک طرح نشان داده می شوند که RSSI را هر 20 ثانیه به ThingSpeak برای چرخش کامل موتور پله ای ارسال می کند. سه جهت برای هر ماژول با آزمایش A ، B و C ترسیم شد. در موقعیت A ، ماژول در بالای لوله با آنتن در بالای صفحه نصب شده است. هنگام روبرو شدن با آنتن ، RHS آنتن در ابتدای آزمایش به روتر اشاره می کند. متأسفانه ، من دوباره با اعداد منفی نجیب شدم ، موتور در جهت عقربه های ساعت می چرخد ، اما نمودار قطبی در خلاف جهت عقربه های ساعت مقیاس می یابد. این بدان معناست که قسمت وسیعی از آنتن در مساحت 270 درجه روتر است. در موقعیت B ، ماژول به صورت افقی در بالای لوله نصب شده است. آنتن در روتر مانند آزمایش A در ابتدای آزمایش قرار می گیرد. در نهایت ، ماژول مانند آزمایش A قرار می گیرد و سپس ماژول در جهت عقربه های ساعت 90 درجه پیچ خورده و برای ایجاد موقعیت آزمون C نصب می شود.

فایل متنی کد مورد نیاز برای ارسال داده های RSSI به ThingSpeak را می دهد. اگر از ThingSpeak استفاده می کنید ، باید جزئیات WiFi و کلید API خود را اضافه کنید.

مرحله 4: نتایج مدار چاپی F معکوس

اولین ماژول مورد آزمایش دارای آنتن مدار چاپی پر پیچ و خم بود که رایج ترین نوع آن است زیرا ارزان ترین نوع تولید است. نمودار قطبی نشان می دهد که چگونه قدرت سیگنال با چرخاندن ماژول تغییر می کند. به یاد داشته باشید RSSI بر اساس مقیاس log است و بنابراین تغییر 10 واحد RSSI 10 برابر تغییر در قدرت سیگنال است. تست A با آنتن در بالای ماژول بالاترین سیگنال را می دهد. همچنین بهترین موقعیت زمانی است که مسیر PCB روتر باشد. نتایج بدتر در آزمایش B رخ می دهد که در آن محافظت زیادی از سایر اجزای روی برد وجود دارد. تست C همچنین از محافظت از قطعات رنج می برد ، اما برخی موقعیت ها وجود دارد که مسیر PCB مسیر مشخصی به روتر دارد. بهترین راه برای نصب ماژول آنتن بالای صفحه و مسیر PCB روتر است. در این حالت ، ما می توانیم انتظار قدرت سیگنال حدود 35 واحد را داشته باشیم. موقعیت های غیر بهینه می توانند به راحتی قدرت سیگنال را تا ده برابر کاهش دهند. به طور معمول ، ماژول برای حفاظت فیزیکی و محیطی در یک جعبه نصب می شود ، ما می توانیم انتظار داشته باشیم که این امر سیگنال را حتی بیشتر کاهش دهد … یک آزمایش برای آینده.

ThingSpeak برای سازماندهی داده ها و ایجاد نمودارهای قطبی به کمی کد نیاز دارد. این را می توان در فایل متنی تعبیه شده یافت.

مرحله 5: نتایج تراشه سرامیک

برخی از ماژول های ESP8266 به جای قطعه مدار چاپی از تراشه سرامیکی برای آنتن استفاده می کنند. من هیچ نظری در مورد نحوه عملکرد آنها ندارم مگر اینکه ثابت دی الکتریک بالای سرامیک احتمالاً باعث کوچک شدن اندازه فیزیکی می شود. مزیت تراشه آنتن ، رد پای کوچکتر در هزینه است. آزمایشات قدرت سیگنال بر روی یک ماژول با آنتن تراشه سرامیکی تکرار شد و نتایج را در تصویر نشان داد. آنتن تراشه برای بدست آوردن قدرت سیگنال بیشتر از 30 در مقایسه با 35 با طراحی PCB تلاش می کند. شاید به هر حال اندازه مهم است؟ نصب ماژول با تراشه فوقانی بهترین انتقال را می دهد. با این حال در آزمایش B با برد نصب شده به صورت افقی ، محافظت زیادی از سایر اجزای روی برد در موقعیت های خاص وجود دارد. سرانجام در تست C موقعیت هایی وجود دارد که در آن تراشه مسیر مشخصی به روتر دارد و زمان های دیگری که مانعی از دیگر اجزای برد وجود دارد.

مرحله 6: نتایج آنتن جهت دار Omni

ماژول تراشه سرامیکی گزینه اتصال آنتن خارجی از طریق اتصال IPX را داشت. قبل از استفاده از کانکتور ، یک پیوند باید منتقل شود تا مسیر سیگنال از تراشه به سوکت IPX عوض شود. این امر با نگه داشتن پیوند با موچین و سپس گرم کردن پیوند با آهن لحیم کاری بسیار آسان است. هنگامی که لحیم ذوب می شود ، می توان پیوند را برداشته و در موقعیت جدید قرار داد. یک تکه دیگر با آهن لحیم کاری پیوند را به موقعیت جدید لحیم می کند. آزمایش آنتن همه کاره کمی متفاوت بود. ابتدا آنتن با چرخاندن افقی آن آزمایش شد. سپس آنتن را در موقعیت 45 درجه کلیک کرده و آزمایش می شود. سرانجام نقشه ای با آنتن عمودی ساخته شد. در کمال تعجب ، موقعیت بدتر یک موقعیت عمودی برای آنتن بود ، به ویژه اینکه آنتن های روتر عمودی و در یک سطح مشابه بودند. بهترین موقعیت با آنتن بین افقی و 45 درجه با زاویه چرخش در حدود 120 درجه بود. در این شرایط ، قدرت سیگنال به 40 رسید ، پیشرفت قابل توجهی نسبت به آنتن تراشه اصلی. نمودارها تنها کوچکترین شباهت را با آن نمودارهای زیبا و متقارن پیراشکی نشان داده شده در کتابهای درسی برای آنتن ها نشان می دهند. در حقیقت ، بسیاری از عوامل دیگر ، شناخته شده و ناشناخته ، بر قدرت سیگنال تأثیر می گذارند و اندازه گیری تجربی را به بهترین روش برای آزمایش سیستم تبدیل می کند.

مرحله 7: آنتن مطلوب

به عنوان آخرین آزمایش ، آنتن جهت همه جانبه 45 درجه در موقعیت بیشترین قدرت سیگنال تنظیم شد. این بار آنتن چرخانده نشد بلکه به مدت 30 دقیقه به دیتاگوگ واگذار شد تا ایده ای از تغییرات اندازه گیری ارائه شود. نمودار نشان می دهد که اندازه گیری تا +/- 2 واحد RSSI پایدار است. همه این نتایج در یک خانواده شلوغ برقی گرفته شد. هیچ تلاشی برای خاموش کردن تلفن های DECT ، اجاق های مایکروویو یا سایر دستگاه های WiFi و بلوتوث برای کاهش نویز الکتریکی انجام نشده است. این دنیای واقعی است … این دستورالعمل نحوه اندازه گیری اثربخشی آنتن های مورد استفاده در ESP8266 و ماژول های مشابه را نشان می دهد. یک آنتن آهنگ چاپ شده در مقایسه با آنتن تراشه ، قدرت سیگنال بهتری می دهد. با این حال ، همانطور که انتظار می رفت ، یک آنتن خارجی بهترین نتیجه را می دهد.