ESP8266 Strålningsmönster: 7 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:38

ESP8266 är en populär mikrokontroller -modul eftersom den kan anslutas till internet via WiFi ombord. Detta öppnar många möjligheter för amatören att göra fjärrstyrda prylar och IoT -enheter med minst extra hårdvara. Lämpligen innehåller de flesta modulerna en antenn, antingen en tryckt krets inverterad F -typ eller ett keramiskt chip. Vissa kort tillåter till och med att en extern antenn kopplas in för extra räckvidd. De flesta av oss är bekanta med radio, tv eller till och med mobiltelefonantenner. Efter att du noggrant justerat antennens eller inställningens position, blir signalen bullrig precis när du går bort och sätter dig! Tyvärr kan ESP8266 vara en trådlös enhet visa liknande asocialt beteende. En metod för att mäta strålningsmönstret för ESP8266 förklaras i denna instruktion med hjälp av RSSI -signalstyrkan som rapporteras av modulen. Flera antenntyper testas och sweet spot markeras för varje version. En liten stegmotor används för att rotera ESP8266 -modulen 360 grader över en period av 30 minuter och en genomsnittlig RSSI -avläsning mätt var 20: e sekund. Data skickas till ThingSpeak, en gratis IoT -analystjänst som kartlägger resultaten som en polär plot från vilken riktningen för maximal signal kan lösas. Denna process upprepades för flera orienteringar av ESP8266 -modulen.

Tillbehör

Komponenter för detta projekt finns lätt på internet från leverantörer som eBay, Amazon etc. om de inte redan finns i din skräpbox.

28BYJ48 5V stegmotor ULN2003 förarkort Arduino UNO eller liknande ESP8266 moduler för test Extern antenn USB strömförsörjning Arduino IDE och ThingSpeak konto Diverse - plaströr, tråd, Blu tak

Steg 1: Översikt över systemet

En Arduino Uno används för att driva stegmotorn genom en full rotation under en period av 30 minuter. Eftersom motorn tar mer ström än tillgänglig från Uno, används ULN2003 -drivrutinen för att leverera den extra motorströmmen. Motorn skruvas ner på en träbit för att ge en stabil plattform och en längd av plaströr tryckt på motorspindeln som kommer att användas för att montera modulen som testas. När Uno slås på gör motorspindeln en full rotation var 30: e minut. En ESP8266 -modul som är programmerad för att mäta WiFi -signalstyrkan, RSSI, fastnar på plaströret så att modulen roterar helt. Var 20: e sekund skickar ESP8266 signalstyrkan till ThingSpeak där signalen plottas i polära koordinater. RSSI -avläsningen kan variera mellan chipstillverkare men ligger i allmänhet mellan 0 och -100 med varje enhet motsvarande 1dBm signal. Eftersom jag hatar att hantera negativa tal, har en konstant 100 lagts till RSSI -avläsningen i polardiagrammet så att avläsningarna är positiva och högre värden indikerar en bättre signalstyrka.

Steg 2: Stegmotor

Stegmotorn 28BYJ48 skruvas lätt ner till en träbit för att ge stabilitet. Cirka 8 tum med 1/4”plaströr limmas på stegmotorspindeln för montering av modulen som testas. Uno, förarkort och motor är anslutna som har beskrivits många gånger på internet. En kort skiss i filen blinkas in i Uno så att röret roterar en hel cirkel var 30: e minut när den startas.

Skissen som används för att rotera motorn är listad i textfilen, inget revolutionerande här.

Steg 3: ESP8266 -testning

Modulerna för test blinkades först med en skiss som skickar RSSI -avläsningen till ThingSpeak var 20: e sekund för en fullständig varvning av stegmotorn. Tre riktningar ritades för varje modul betecknad med test A, B och C. I läge A är modulen monterad på rörsidan med antennen överst. När antennen vänder mot pekar antennens RHS på routern i början av testet. Tyvärr var jag adlad av negativa siffror igen, motorn svänger medurs men polarplottet skalas moturs. Detta innebär att antennens oskyddade breda sida vetter mot routern i cirka 270 grader. I läge B är modulen monterad horisontellt på rörets ovansida. Antennen pekar på routern som i test A i början av testet. Slutligen placeras modulen som i test A och sedan vrids modulen medurs 90 grader och monteras för att ge test C -positionen.

Textfilen ger den kod som krävs för att skicka RSSI -data till ThingSpeak. Du måste lägga till din egen WiFi -information och API -nyckel om du använder ThingSpeak.

Steg 4: Inverterade F -kretsresultat

Den första testade modulen hade en slingrande kretsantenn som är den vanligaste typen eftersom den är billigast att tillverka. Polardiagrammet visar hur signalstyrkan ändras när modulen roteras. Kom ihåg att RSSI är baserad på en logskala så att en förändring av 10 RSSI -enheter är en 10 gånger förändring i signaleffekt. Test A med antennen högst upp på modulen ger den högsta signalen. Den bästa positionen är också när PCB -spåret vetter mot routern. De sämre resultaten uppstår i test B där det finns mycket avskärmning från de andra komponenterna på brädet. Test C lider också av komponentskärmning men det finns vissa positioner där kretskortsspåret har en fri väg till routern. Det bästa sättet att montera modulen är med antennen uppåt med kretskortsspåret vänd mot routern. I detta fall kan vi förvänta oss en signalstyrka på cirka 35 enheter. Icke optimala positioner kan enkelt minska signalstyrkan med en faktor tio. Normalt skulle modulen monteras i en låda för både fysiskt och miljöskydd, vi kan förvänta oss att detta kommer att minska signalen ännu mer … Ett test för framtiden.

ThingSpeak behöver lite kod för att organisera data och göra polära tomter. Detta finns i den inbäddade textfilen.

Steg 5: Keramiska flisresultat

Vissa ESP8266 -moduler använder ett keramiskt chip för antennen istället för kretsspåret. Jag har ingen aning om hur de fungerar förutom den höga dielektriska konstanten i keramiken förmodligen möjliggör en krympning i fysisk storlek. Fördelen med chipantennen är ett mindre fotavtryck på bekostnad av kostnaden. Signalstyrketester upprepades på en modul med en keramisk chipantenn som gav resultaten i bilden. Chipantennen kämpar för att uppnå en signalstyrka större än 30 jämfört med 35 med PCB -designen. Kanske spelar storleken någon roll trots allt? Att montera modulen med chipet överst ger den bästa överföringen. Men i test B med brädet monterat horisontellt finns det mycket skärmning från de andra komponenterna på brädet i vissa positioner. Slutligen i test C finns det positioner där chipet har en fri väg till routern och andra gånger när det finns hinder från de andra kortkomponenterna.

Steg 6: Omni -riktningsantennresultat

Den keramiska chipmodulen hade möjlighet att ansluta en extern antenn via en IPX -kontakt. Innan kontakten kan användas måste en länk flyttas för att byta signalväg från chipet till IPX -uttaget. Detta visade sig ganska enkelt genom att hålla länken med en pincett och sedan värma länken med ett lödkolv. När lödet har smält kan länken lyftas av och placeras i det nya läget. En annan klick med lödkolven kommer att löda länken tillbaka till den nya positionen. Testa omni -antennen var något annorlunda. Först testades antennen genom att rotera den horisontellt. Därefter klickades antennen i en 45 graders position och testades. Slutligen gjordes en plottning med antennen vertikal. Sämre överraskande var den sämre positionen en vertikal position för antennen, särskilt eftersom routerantennerna var vertikala och i ett liknande plan. De bästa positionerna var med antennen mellan horisontell och 45 grader med en rotationsvinkel på cirka 120 grader. Under dessa förhållanden nådde signalstyrkan 40, en signifikant förbättring jämfört med den ursprungliga chipantennen. Plotterna visar bara den minsta likheten med de vackert symmetriska donutsdiagrammen som visas i läroböcker för antenner. I verkligheten påverkar många andra kända och okända faktorer signalstyrkan vilket gör experimentell mätning till det bästa sättet att testa systemet.

Steg 7: Den optimala antennen

Som ett sista test sattes den rundstrålande antennen 45 grader i positionen för den högsta signalstyrkan. Den här gången roterades inte antennen utan lämnades till dataloggen i 30 minuter för att ge en uppfattning om mätvariationen. Diagrammet indikerar att mätningen är stabil till inom +/- 2 RSSI-enheter. Alla dessa resultat togs i ett elektriskt hektiskt hushåll. Inget försök gjordes att stänga av DECT -telefoner, mikrovågsugnar eller andra WiFi- och Bluetooth -enheter för att minska elbrus. Detta är den verkliga världen … Denna instruktion visar hur man mäter effektiviteten hos antennerna som används på ESP8266 och liknande moduler. En tryckt spårantenn ger en bättre signalstyrka jämfört med en chipantenn. Som förväntat ger dock en extern antenn det bästa resultatet.