ESP8266 stralingspatroon - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

De ESP8266 is een populaire microcontrollermodule omdat deze via de ingebouwde wifi met internet kan worden verbonden. Dit opent veel mogelijkheden voor de hobbyist om op afstand bestuurbare gadgets en IoT-apparaten te maken met een minimum aan extra hardware. Handig is dat de meeste modules een antenne bevatten, ofwel een omgekeerd F-type met gedrukte schakeling of een keramische chip. Op sommige boards kan zelfs een externe antenne worden aangesloten voor extra bereik. De meesten van ons zijn bekend met de eigenaardigheden van radio-, tv- of zelfs mobiele telefoonantennes. Na zorgvuldig de positie van de antenne of set af te stellen, wordt het signaal lawaaierig net als je weggaat en gaat zitten! Helaas kan de ESP8266, die een draadloos apparaat is, soortgelijk asociaal gedrag vertonen. Een methode voor het meten van het stralingspatroon van de ESP8266 wordt in deze Instructable uitgelegd met behulp van de RSSI-signaalsterkte die door de module wordt gerapporteerd. Verschillende antennetypes worden getest en de goede plek wordt voor elke versie gemarkeerd. Een kleine stappenmotor wordt gebruikt om de ESP8266-module over een periode van 30 minuten 360 graden te draaien en een gemiddelde RSSI-waarde wordt elke 20 seconden gemeten. De gegevens worden verzonden naar ThingSpeak, een gratis IoT-analyseservice die de resultaten in kaart brengt als een poolplot waaruit de richting van het maximale signaal kan worden afgeleid. Dit proces werd herhaald voor verschillende oriëntaties van de ESP8266-module.

Benodigdheden

Componenten voor dit project zijn gemakkelijk te vinden op internet van leveranciers zoals eBay, Amazon enz. Als ze nog niet in uw junkbox zitten.

28BYJ48 5V stappenmotor ULN2003 driver board Arduino UNO of soortgelijke ESP8266 modules voor test Externe antenne USB voeding Arduino IDE en ThingSpeak account Diversen - plastic buis, draad, Blu tak

Stap 1: Overzicht van systeem

Een Arduino Uno wordt gebruikt om de stappenmotor gedurende een periode van 30 minuten door een volledige rotatie te sturen. Omdat de motor meer stroom verbruikt dan beschikbaar is van de Uno, wordt de ULN2003-driverkaart gebruikt om de extra motorstroom te leveren. De motor wordt op een stuk hout geschroefd om een stabiel platform te geven en een stuk plastic buis wordt op de motorspil geduwd die zal worden gebruikt voor het monteren van de te testen module. Wanneer de Uno wordt ingeschakeld, maakt de motoras elke 30 minuten een volledige rotatie. Een ESP8266-module die is geprogrammeerd om de WiFi-signaalsterkte, RSSI, te meten, wordt op de plastic buis geplakt, zodat de module een volledige rotatie maakt. Elke 20 seconden stuurt de ESP8266 de signaalsterktewaarde naar ThingSpeak, waar het signaal wordt uitgezet in poolcoördinaten. De RSSI-waarde kan variëren tussen chipfabrikanten, maar ligt over het algemeen tussen 0 en -100, waarbij elke eenheid overeenkomt met 1 dBm signaal. Omdat ik een hekel heb aan het omgaan met negatieve getallen, is een constante 100 toegevoegd aan de RSSI-waarde in de polaire plot, zodat de waarden positief zijn en hogere waarden een betere signaalsterkte aangeven.

Stap 2: Stappenmotor

De 28BYJ48 stappenmotor is lichtjes op een stuk hout geschroefd om stabiliteit te bieden. Ongeveer 8 inch van 1/4 plastic buis is op de stappenmotoras gelijmd voor het monteren van de te testen module. De Uno, driver board en motor zijn bedraad zoals al vele malen beschreven op internet. Een korte schets in het bestand wordt in de Uno geflitst, zodat de buis elke 30 minuten een volledige cirkel zal draaien wanneer hij wordt ingeschakeld.

De schets die is gebruikt om de motor te draaien staat in het tekstbestand, niets revolutionairs hier.

Stap 3: ESP8266 testen

De testmodules werden eerst geflitst met een schets die de RSSI-waarde elke 20 seconden naar ThingSpeak stuurt voor een volledige omwenteling van de stappenmotor. Voor elke module zijn drie oriëntaties uitgezet, aangegeven door test A, B en C. In positie A is de module aan de buiszijde gemonteerd met de antenne naar boven. Als je naar de antenne kijkt, wijst de RHS van de antenne aan het begin van de test naar de router. Helaas werd ik weer opgejaagd door negatieve getallen, de motor draait met de klok mee maar de polaire plot is tegen de klok in geschaald. Dit betekent dat de vrije breedte van de antenne ongeveer 270 graden naar de router is gericht. In positie B wordt de module horizontaal op de bovenkant van de buis gemonteerd. De antenne wijst naar de router zoals in test A aan het begin van de test. Ten slotte wordt de module gepositioneerd zoals in test A en vervolgens wordt de module 90 graden rechtsom gedraaid en gemonteerd om de positie van test C te geven.

Het tekstbestand geeft de code die nodig is om de RSSI-gegevens naar ThingSpeak te sturen. U moet uw eigen WiFi-gegevens en API-sleutel toevoegen als u ThingSpeak gebruikt.

Stap 4: Inverted F Printed Circuit-resultaten

De eerste geteste module had een meanderende antenne met gedrukte schakeling, het meest voorkomende type omdat het het goedkoopst te vervaardigen is. De polar plot laat zien hoe de signaalsterkte verandert als de module wordt gedraaid. Onthoud dat de RSSI gebaseerd is op een logschaal en dus een verandering van 10 RSSI-eenheden is een 10 keer verandering in signaalvermogen. Test A met de antenne aan de bovenkant van de module geeft het hoogste signaal. De beste positie is ook wanneer het PCB-spoor naar de router is gericht. De slechtere resultaten doen zich voor in test B waar er veel afscherming is van de andere componenten op het bord. Test C heeft ook last van afscherming van componenten, maar er zijn enkele posities waar de PCB-track een duidelijk pad naar de router heeft. De beste manier om de module te monteren is met de antenne naar boven gericht met de PCB-track naar de router gericht. In dit geval kunnen we een signaalsterkte verwachten van ongeveer 35 eenheden. Niet-optimale posities kunnen de signaalsterkte gemakkelijk met een factor tien verminderen. Normaal gesproken zou de module in een doos worden gemonteerd voor zowel fysieke als omgevingsbescherming, we zouden verwachten dat dit het signaal nog meer zal verminderen … Een test voor de toekomst.

ThingSpeak heeft een beetje code nodig om de gegevens te ordenen en de polaire plots te maken. Deze is te vinden in het ingesloten tekstbestand.

Stap 5: Keramische chipresultaten

Sommige ESP8266-modules gebruiken een keramische chip voor de antenne in plaats van de printbaan. Ik heb geen idee hoe ze werken, behalve dat de hoge diëlektrische constante van het keramiek waarschijnlijk zorgt voor een krimp in fysieke grootte. Het voordeel van de chipantenne is een kleinere footprint ten koste van de kosten. Signaalsterktetests werden herhaald op een module met een keramische chipantenne die de resultaten in de afbeelding opleverde. De chipantenne heeft moeite om een signaalsterkte van meer dan 30 te bereiken in vergelijking met 35 met het PCB-ontwerp. Misschien doet de grootte er toch toe? Het monteren van de module met de chip naar boven geeft de beste transmissie. In Test B met het bord horizontaal gemonteerd, is er in bepaalde posities echter veel afscherming van de andere componenten op het bord. Ten slotte zijn er in Test C posities waar de chip een duidelijk pad naar de router heeft en andere keren dat er obstructie is van de andere bordcomponenten.

Stap 6: Omni Directional Antenne Resultaten

De keramische chipmodule had de mogelijkheid om een externe antenne aan te sluiten via een IPX-connector. Voordat de connector kan worden gebruikt, moet een link worden verplaatst om het signaalpad van de chip naar de IPX-socket te wisselen. Dit bleek vrij eenvoudig door de schakel vast te houden met een pincet en vervolgens de schakel te verhitten met een soldeerbout. Zodra het soldeer smelt, kan de link worden opgetild en in de nieuwe positie worden geplaatst. Nog een schar met de soldeerbout soldeert de link terug in de nieuwe positie. Het testen van de omni-antenne was iets anders. Eerst werd de antenne getest door hem horizontaal te draaien. Vervolgens werd de antenne in een 45 graden positie geklikt en getest. Ten slotte werd een plot gemaakt met de antenne verticaal. Verrassend genoeg was de slechtste positie een verticale positie voor de antenne, vooral omdat de antennes van de router verticaal en in een vergelijkbaar vlak waren. De beste posities waren met de antenne tussen horizontaal en 45 graden met een draaihoek van ongeveer 120 graden. Onder deze omstandigheden bereikte de signaalsterkte 40, een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de originele chipantenne. De grafieken vertonen slechts de minste gelijkenis met die prachtig symmetrische donutdiagrammen die in tekstboeken voor antennes worden getoond. In werkelijkheid beïnvloeden vele andere bekende en onbekende factoren de signaalsterkte, waardoor experimentele metingen de beste manier zijn om het systeem te testen.

Stap 7: De optimale antenne

Als laatste test werd de omnidirectionele antenne op 45 graden gezet in de positie met de hoogste signaalsterkte. Deze keer werd de antenne niet gedraaid, maar gedurende 30 minuten aan de datalog gelaten om een idee te krijgen van de meetvariatie. De grafiek geeft aan dat de meting stabiel is binnen +/- 2 RSSI-eenheden. Al deze resultaten zijn genomen in een elektrisch druk huishouden. Er is geen poging gedaan om DECT-telefoons, magnetrons of andere WiFi- en Bluetooth-apparaten uit te schakelen om elektrische ruis te verminderen. Dit is de echte wereld… Dit Instructable laat zien hoe de effectiviteit van de antennes die worden gebruikt op ESP8266 en soortgelijke modules te meten. Een geprinte spoorantenne geeft een betere signaalsterkte in vergelijking met een chipantenne. Echter, zoals verwacht geeft een externe antenne het beste resultaat.