Raspberry Pi Zero Wifi Access Point พร้อมเสาอากาศ PCB แบบกำหนดเอง: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

เรากำลังทำอะไร?

หัวข้อของบทช่วยสอนนี้มีคำศัพท์ทางเทคนิคมากมาย มาทำลายมันกันเถอะ

Raspberry Pi Zero (Rπ0) คืออะไร? Raspberry Pi Zero เป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก เป็นคอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว Raspberry Pi รุ่นเล็กและสามารถใส่ในกล่องขนาด 30 มม. x 65 มม. คูณ 5 มม. นอกจากขนาดที่เล็กแล้ว ยังมีราคาถูกและใช้พลังงานต่ำมากอีกด้วย นอกจากนี้ยังมีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะใช้งานระบบปฏิบัติการบน Linux อย่างเต็มรูปแบบ Raspbian เช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นๆ คุณสามารถใช้ Rπ0 เพื่อท่องเว็บ เล่นเกม ใช้เครื่องมือสำนักงาน เขียนซอฟต์แวร์ และอื่นๆ ได้ บทช่วยสอนนี้ใช้ Raspberry Pi Zero Model W ซึ่งมีอแด็ปเตอร์ไร้สายในตัว

อะแดปเตอร์ไร้สายคืออะไร? หากคุณต้องการใช้ wifi เพื่อเชื่อมต่อโทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต หรือแล็ปท็อปกับอินเทอร์เน็ต อุปกรณ์ของคุณต้องใช้อะแดปเตอร์ wifi อแด็ปเตอร์ wifi ประกอบด้วยวงจรและเสาอากาศ โดยจะแปลงสัญญาณข้อมูลเป็นและจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ใกล้เคียงกัน เช่น 2.4 GHz โทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต และแล็ปท็อปส่วนใหญ่มีอะแดปเตอร์ไร้สายในตัว อย่างไรก็ตาม คุณสามารถซื้ออแด็ปเตอร์ wifi ภายนอกที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ผ่าน USB ได้ ในโครงการนี้ เราใช้ทั้งอแด็ปเตอร์ wifi ภายในของ Rπ0 และอแด็ปเตอร์ wifi ภายนอก

จุดเชื่อมต่อ wifi คืออะไร? โทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต หรือคอมพิวเตอร์หลายเครื่องสามารถสื่อสารแบบไร้สายด้วยจุดเชื่อมต่อ wifi เดียว และข้อมูลจากอุปกรณ์เหล่านี้จะถูกโอนผ่านจุดเชื่อมต่อไปยังอินเทอร์เน็ต ในโครงการนี้ Rπ0 คือจุดเชื่อมต่อ wifi ทำไมคุณถึงต้องการจุดเชื่อมต่อ wifi ของคุณเอง? อุปกรณ์ต้องอยู่ห่างจากจุดเข้าใช้งานประมาณ 100 เมตรจึงจะสื่อสารได้ สมมติว่ามีจุดเชื่อมต่อ wifi สาธารณะอยู่ตรงกลางห้องสมุด ใครก็ตามที่มีแล็ปท็อปอยู่ในระยะนั้นสามารถใช้จุดเชื่อมต่อเพื่อออนไลน์แบบไร้สายได้ จะทำอย่างไรถ้าคุณต้องการเข้าถึงในสวนสาธารณะถัดจากห้องสมุดห่างออกไป 200 เมตร? คุณสามารถวางจุดเชื่อมต่อใหม่ที่ขอบทรัพย์สินของห้องสมุด โดยอยู่ห่างจากจุดเข้าใช้งานจุดแรก 100 ม. จากนั้นใครก็ตามที่มีแล็ปท็อปภายในระยะ 100 เมตรจากจุดเชื่อมต่อใหม่นั้นก็สามารถออนไลน์ได้ ภายในขอบเขตของแบนด์วิดธ์ที่มีอยู่ จุดเชื่อมต่อเหล่านี้สามารถเชื่อมโยงเข้าด้วยกันเพื่อกระจายการเข้าถึงอินเทอร์เน็ตไปยังพื้นที่ที่กว้างขึ้น

แผงวงจรพิมพ์แบบกำหนดเอง (PCB) คืออะไร? PCB เป็นวงจรที่สร้างขึ้นโดยการวางชั้นของวัสดุไว้บนกระดานฉนวน ทองแดงมีลวดลายในตำแหน่งที่ต้องการเพื่อสร้างสายไฟ และเจาะรูในตำแหน่งที่จะวางส่วนประกอบ PCB แบบกำหนดเองได้รับการออกแบบโดยใช้ซอฟต์แวร์พิเศษ สำหรับโครงการนี้ PCB แบบกำหนดเองได้รับการออกแบบโดยใช้ซอฟต์แวร์ KiCad แบบโอเพ่นซอร์ส การออกแบบจึงถูกส่งไปยังผู้ผลิตเพื่อผลิต การออกแบบและการสั่งซื้อ PCB แบบกำหนดเองนั้นไม่แพงและใช้เวลามาก ขั้นตอนมีรายละเอียดด้านล่าง หากคุณจัดวาง PCB โดยใช้ซอฟต์แวร์และผลิตขึ้นมา คุณจะได้วงจรที่ทนทาน ผลิตขึ้นอย่างแม่นยำ และออกแบบตามข้อกำหนดเฉพาะของคุณ ในโครงการนี้ เราใช้ PCB แบบกำหนดเองเพื่อสร้างเสาอากาศ wifi

เสาอากาศคืออะไร? เสาอากาศเป็นส่วนหนึ่งของฮาร์ดแวร์จุดเข้าใช้งาน wifi ซึ่งแปลงสัญญาณเป็นและจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เสาอากาศจำนวนมากสามารถส่งและรับสัญญาณได้ดีเท่าๆ กันจากทุกทิศทาง เสาอากาศแบบอื่นๆ เป็นแบบมีทิศทาง ซึ่งทำงานได้ดีกว่ามากตามทิศทางเฉพาะ ในโครงการนี้ เราเลือกใช้เสาอากาศแบบมีทิศทาง เมื่อเสาอากาศแบบกำหนดทิศทางส่งสัญญาณ มันจะโฟกัสพลังงานไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ดังนั้น ทั้งหมดเท่ากัน เสาอากาศแบบมีทิศทางที่จัดตำแหน่งอย่างดีสามารถสื่อสารในระยะทางที่ไกลกว่าเสาอากาศที่ไม่มีทิศทาง คำแนะนำนี้ได้รับแรงบันดาลใจจาก Instructable อื่นที่สร้างเสาอากาศ wifi แบบมีทิศทางจากคลิปหนีบกระดาษ (ตามตัวอักษร) และแท่งไอติม คำแนะนำนั้นมีรูปแบบสำหรับเสาอากาศ wifi Yagi และเสาอากาศของเราทำจากรูปแบบนั้นโดยมีการดัดแปลงเล็กน้อย เสาอากาศ Yagi หรือที่เรียกว่าเสาอากาศ Yagi-Uda เป็นเสาอากาศแบบกำหนดทิศทางประเภทหนึ่งที่ออกแบบมาในปี 1926 แหล่งข้อมูลการออกแบบเสาอากาศที่ยอดเยี่ยมอีกแหล่งหนึ่งรวมถึงข้อมูลอื่นๆ เกี่ยวกับเสาอากาศคือหนังสือเสาอากาศ ARRL

ในขณะที่บางคนเข้าถึงอินเทอร์เน็ตวันละหลายครั้ง แต่หลายคนยังขาดการเข้าถึงอินเทอร์เน็ตที่เชื่อถือได้ การขาดอินเทอร์เน็ตเป็นปัญหาทั้งในพื้นที่ชนบทและในเมือง และเป็นปัญหาทั้งในประเทศที่พัฒนาแล้วและกำลังพัฒนา ตัวอย่างเช่น 23% ของครัวเรือนใน Wayne County Michigan ซึ่งรวมถึงดีทรอยต์ ขาดการเข้าถึงอินเทอร์เน็ตในปี 2560 วิธีแก้ปัญหานี้ต้องมีราคาไม่แพง เนื่องจากผู้คนจำนวนมากที่ไม่มีคอมพิวเตอร์มีทรัพยากรจำกัด นอกจากนี้ โซลูชันยังต้องทำงานโดยไม่ต้องใช้โครงสร้างพื้นฐาน เช่น การวางลวดทองแดงหรือสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ในคำแนะนำเหล่านี้ เราจะแสดงวิธีสร้างจุดเชื่อมต่อ wifi ของคุณเอง เพื่อให้คุณสามารถขยายอินเทอร์เน็ตได้ด้วยตนเอง

เกี่ยวกับบทช่วยสอนนี้

คำแนะนำเหล่านี้เป็นแบบแยกส่วน คุณสามารถปฏิบัติตามขั้นตอนต่างๆ ของคำแนะนำเหล่านี้ได้โดยไม่ต้องทำส่วนต่างๆ ให้เสร็จก่อนหรือหลัง ตัวอย่างเช่น หากคุณสนใจที่จะใช้ Rπ0 เป็นจุดเข้าใช้งานแต่ไม่สนใจเสาอากาศมากนัก ให้ใช้อแด็ปเตอร์ไร้สายใดก็ได้ และไม่ต้องสนใจขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างเสาอากาศ หากคุณสนใจที่จะสร้างเสาอากาศ Yagi แบบกำหนดเอง ให้ข้ามไปที่ส่วนนั้นของบทช่วยสอนโดยตรง ไฟล์เค้าโครง PCB สำหรับเสาอากาศรวมอยู่ด้วย

ขั้นตอนในการติดตั้งอแด็ปเตอร์ไร้สายและขั้นตอนในการตั้งค่า Rπ0 เป็นจุดเชื่อมต่อได้รับการทดสอบโดยใช้ Raspbian Stretch 4.14.52 และ 4.14.79 หวังว่าพวกเขาจะยังคงทำงานกับเวอร์ชันต่อๆ ไป อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนเหล่านี้อาจต้องได้รับการแก้ไข หากไฟล์กำหนดค่าสำหรับการเข้าถึง wifi เปลี่ยนแปลงในระบบปฏิบัติการเวอร์ชันใหม่กว่า

ขั้นตอนที่ 1: รวบรวมเสบียง

อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับ Raspberry Pi Zero Setup

• Raspberry Pi Zero Wอย่าลืมซื้อรุ่น W ที่มี wifi ในตัวhttps://www.adafruit.com/product/3400

  

• การ์ด Micro SD รับอย่างน้อย 16GB
• เครื่องอ่านการ์ด MicroSD
• ฮับ USB พร้อมขั้วต่อ MicroUSBhttps://www.amazon.com/gp/product/B01JL837X8/
• คีย์บอร์ดและเมาส์ USB
• สาย Mini-HDMI เป็น HDMI ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ขนาด Mini-HDMI ไม่ใช่ Micro-HDMI
• จอภาพที่รองรับ HDMI
• พาวเวอร์ซัพพลาย ใช้ก้อนแบตเตอรี่แบบ USB แทนได้ค่ะhttps://www.adafruit.com/product/1995

อุปกรณ์เพิ่มเติมที่จำเป็นสำหรับการตั้งค่า Wifi Access Point

Amazon Basics USB Wifi Adapter พร้อมเสาอากาศที่ถอดออกได้

อุปกรณ์เพิ่มเติมที่จำเป็นสำหรับเสาอากาศ PCB แบบกำหนดเอง

• RG-58 ขั้วต่อสายบัดกรี Digikey หมายเลขชิ้นส่วน CONSMA007-R58-ND
• แผงวงจรพิมพ์แบบกำหนดเอง
• หัวแร้งและหัวแร้งจำนวนเล็กน้อย

ขั้นตอนที่ 2: ตั้งค่า Raspberry Pi Zero

ดาวน์โหลดไฟล์ซิป Raspbian NOOBs Lite จาก https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs และเปิดเครื่องรูด

เชื่อมต่อการ์ด MicroSD กับคอมพิวเตอร์โดยใช้เครื่องอ่านการ์ด MicroSD การ์ด MicroSD ควรเป็นการ์ดใหม่หรือฟอร์แมตใหม่ คัดลอกไฟล์ไปยังการ์ด MicroSD

ขั้นตอนต่อไปคือการเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์Rπ0 ใส่การ์ด MicroSD ลงใน Rπ0 เชื่อมต่อฮับ USB เข้ากับ Rπ0 และเชื่อมต่อแป้นพิมพ์และเมาส์กับฮับ USB เชื่อมต่อ Rπ0 กับแหล่งจ่ายไฟแล้วเสียบปลั๊ก อะแดปเตอร์ไร้สายของ Amazon Basics จะไม่ใช้ในขั้นตอนนี้ ดังนั้นอย่าเชื่อมต่อ

ทำตามคำแนะนำในตัวช่วยสร้างเพื่อติดตั้งระบบปฏิบัติการ Raspbian ลงใน Rπ0 ขั้นตอนนี้เกี่ยวข้องกับ:

• เข้าสู่ระบบเครือข่าย wifi ที่จัดตั้งขึ้น
• การติดตั้ง Raspbian Full (โปรดอดใจรอสักครู่)
• การตั้งค่าประเทศ เขตเวลา และภาษา
• การตั้งรหัสผ่านสำหรับผู้ใช้ pi
• กำลังเชื่อมต่อกับเครือข่าย wifi ที่จัดตั้งขึ้น
• กำลังอัปเดต (โปรดอดใจรอ การดำเนินการนี้ใช้เวลาสักครู่)
• กำลังรีบูต

ณ จุดนี้ เรามีคอมพิวเตอร์ Rπ0 ที่ใช้งานได้ซึ่งใช้ระบบปฏิบัติการ Raspbian คลิกที่ไอคอน wifi ที่มุมขวาบนของหน้าจอ ควรแสดง wlan0 ที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย wifi ที่คุณสร้างขึ้น

ขั้นตอนที่ 3: ติดตั้งไดรเวอร์อะแดปเตอร์ Wifi

อแด็ปเตอร์ไร้สายของแบรนด์ Amazon Basics เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงการเสาอากาศ เนื่องจากเสาอากาศที่ให้มาสามารถคลายเกลียวได้ เพื่อให้สามารถต่อเสาอากาศของเราได้ ขออภัย Raspbian ไม่รู้จักอแด็ปเตอร์ไร้สายนี้ เป็นอะแดปเตอร์ Realtek 818b ที่มีหมายเลขซีเรียล 70F11C0531F8 ตาม https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?… ชิปในนั้นต้องการไดรเวอร์ RTL8192EU ไดรเวอร์ที่จำเป็นพร้อมใช้งานออนไลน์จาก MrEngman

ในการติดตั้งไดรเวอร์ ให้เสียบอแด็ปเตอร์ wifi ของ Amazon Basic เข้ากับฮับ USB แล้วเปิดเทอร์มินัล ป้อนคำสั่งต่อไปนี้บนบรรทัดคำสั่ง:

sudo wget https://fars-robotics.net/install-wifi -O /usr/bin/install-wifi

sudo chmod +x /usr/bin/install-wifi sudo install-wifi -h sudo ติดตั้ง-wifi

คลิกที่ไอคอน wifi ที่มุมขวาบนของหน้าจอ

ควรแสดง wlan0 และ wlan1 และทั้งคู่ควรเชื่อมต่อกับเครือข่าย wifi ที่สร้างไว้ ณ จุดนี้ คุณมีคอมพิวเตอร์ Rπ0 ที่ใช้งานได้ซึ่งใช้อแด็ปเตอร์ wifi ที่ใช้งานได้สองตัว อะแด็ปเตอร์ภายในและอแด็ปเตอร์ไร้สาย Amazon Basics ภายนอก

ขั้นตอนที่ 4: ตั้งค่า Rπ0 เป็นจุดเข้าใช้งาน

ขั้นตอนต่อไปคือการตั้งค่า Rπ0 เพื่อทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อ wifi ในตอนท้ายของขั้นตอนนี้ อแด็ปเตอร์ไร้สาย Amazon Basics ภายนอกจะเรียกว่า wlan1 โดย Rπ0 และจะสื่อสารกับเครือข่าย wifi ที่จัดตั้งขึ้น Rπ0 อแด็ปเตอร์ไร้สายภายในจะเรียกว่า wlan0 และอุปกรณ์ต่างๆ เช่น โทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต และแล็ปท็อปสามารถเชื่อมต่อกับ Rπ0 บนเครือข่าย wifi ใหม่ได้ โทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต และแล็ปท็อปเหล่านี้จะสามารถใช้จุดเชื่อมต่อ wifi ใหม่นี้เพื่อสื่อสารทางอินเทอร์เน็ต

Rπ0 นี้สามารถขยายช่วงของเครือข่าย wifi ที่จัดตั้งขึ้น ตัวอย่างเช่น สมมติว่าเราต้องการเชื่อมต่อโทรศัพท์มือถือกับอินเทอร์เน็ต แต่โทรศัพท์มือถืออยู่ห่างจากจุดเชื่อมต่อ wifi ที่กำหนดไว้ 200 ม. โทรศัพท์มือถืออาจไม่สามารถสื่อสารกับจุดเชื่อมต่อ wifi ที่จัดตั้งขึ้นที่อยู่ห่างไกล อย่างไรก็ตาม เราสามารถวาง Rπ0 โดยมีจุดเชื่อมต่อใหม่อยู่ตรงกลางได้ จากนั้น Rπ0 สามารถใช้อแด็ปเตอร์ wifi ภายนอกเพื่อสื่อสารกับเครือข่าย wifi ที่สร้างขึ้นซึ่งอยู่ห่างออกไปเพียง 100 ม. และ Rπ0 สามารถใช้อแด็ปเตอร์ wifi ภายในเพื่อสื่อสารกับโทรศัพท์มือถือซึ่งอยู่ห่างออกไปเพียง 100 ม.

Adafruit มีบทช่วยสอนที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับวิธีตั้งค่า Raspberry Pi เป็นจุดเชื่อมต่อ wifi บทช่วยสอนนี้ให้รายละเอียดขั้นตอนต่างๆ ซึ่งรวมถึงการตั้งค่าจุดเชื่อมต่อ wifi การติดตั้งแพ็คเกจที่จำเป็น การแก้ไขไฟล์การกำหนดค่า และการเริ่มต้นบริการ อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนมีหลายขั้นตอน และจำเป็นต้องแก้ไขคำแนะนำเพื่อจุดประสงค์ของเรา เรากำลังใช้ Rπ0 แทน Raspberry Pi ที่ใหญ่กว่า และเรากำลังสร้างการเชื่อมต่อระหว่างจุดเชื่อมต่อไร้สายสองจุดแทนจุดเชื่อมต่อแบบมีสายและไร้สาย นอกจากนี้ จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงไฟล์กำหนดค่าเพิ่มเติมเพื่อตั้งค่าจุดเข้าใช้งานให้สำเร็จ

เราเขียนโปรแกรมเพื่อลดความซับซ้อนของกระบวนการติดตั้ง ไฟล์ zip ที่แนบมาประกอบด้วยไฟล์ปรับแต่งที่แก้ไขแล้ว รวมถึงโปรแกรม C ขนาดเล็กที่ตั้งค่าจุดเข้าใช้งานโดยอัตโนมัติ มีพื้นฐานมาจากการสอน Adafruit อย่างใกล้ชิด โปรแกรมนี้สำรองไฟล์การกำหนดค่าที่มีอยู่ คัดลอกในไฟล์กำหนดค่าใหม่ที่มีอยู่ในไฟล์ zip และทำการติดตั้งจุดเชื่อมต่อให้เสร็จสิ้น

จำเป็นต้องมีแพ็คเกจเพิ่มเติมก่อนที่เราจะสามารถใช้สคริปต์การติดตั้งได้ ใช้คำสั่งต่อไปนี้เพื่อติดตั้งซอฟต์แวร์ที่จำเป็น

sudo apt-get ติดตั้ง hostapd isc-dhcp-server

sudo apt-get install iptables-persistent

ดาวน์โหลดไฟล์ zip ที่แนบมาและบันทึกในไดเร็กทอรีใหม่ เปิดเทอร์มินัลแล้วเปลี่ยนเป็นไดเร็กทอรีนั้น ขั้นตอนต่อไปคือการแตกไฟล์และเรียกใช้สคริปต์การติดตั้ง

tar-xzvf insatll-rpiAP.tar.gz

cd install-rpiAP sudo./install-rpiAP.o

โปรแกรมนี้จะแจ้งให้คุณป้อนชื่อเครือข่าย wifi (ที่จัดตั้งขึ้น) และรหัสผ่าน มันจะตั้งค่าจุดเชื่อมต่อใหม่ชื่อ PI_AP ด้วยรหัสผ่าน Raspberry

หลังจากสคริปต์เสร็จสิ้น ให้รีบูต Rπ0 ตอนนี้ หากคุณคลิกที่ไอคอนเครือข่ายที่ส่วนบนขวาของหน้าจอ ระบบแจ้งว่าไม่พบอินเทอร์เฟซไร้สาย ไม่ต้องกังวล พวกมันมีอยู่และกำลังทำงานอยู่ ณ จุดนี้ เครือข่าย wifi เดิมมีอยู่ และเรามีเครือข่าย wifi ใหม่ชื่อ Pi_AP ใช้โทรศัพท์มือถือหรืออุปกรณ์อื่นๆ แล้วลองเชื่อมต่อกับจุดเข้าใช้งาน wifi ใหม่ เปิดเว็บเบราว์เซอร์บนอุปกรณ์เพื่อทดสอบการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตในขณะที่ใช้จุดเชื่อมต่อใหม่นี้

ไฟล์ปรับแต่งเจ็ดไฟล์ต่อไปนี้ถูกแก้ไขโดยโปรแกรมการติดตั้ง: /etc/dhcp/dhcpd.conf, /etc/default/isc-dhcp-server, /etc/network/interfaces, /etc/hostapd/hostapd.conf, /etc /default/hostapd, /etc/init.d/hostapd และ /etc/sysctl.conf คุณอาจต้องการทำการแก้ไขเพิ่มเติมในไฟล์ปรับแต่งเหล่านี้ บทช่วยสอน Adafruit ที่กล่าวถึงข้างต้นให้รายละเอียดเพิ่มเติม ตัวอย่างเช่น แก้ไขไฟล์ /etc/hostapd/hostapd.conf หากคุณต้องการเปลี่ยนชื่อจุดเข้าใช้งานใหม่หรือรหัสผ่าน หากคุณต้องการเชื่อมต่อจุดเชื่อมต่อ Rπ0 หลายจุดกับเครือข่ายที่คุณสร้างขึ้น แต่ละจุดต้องมีที่อยู่ IP ที่ไม่ซ้ำกัน ขั้นตอนการติดตั้งใช้ 192.168.42.1 ไฟล์ /etc/dhcp/dhcpd.conf และ /etc/network/interfaces จะต้องได้รับการแก้ไข นอกจากนี้ คุณจะต้องใช้คำสั่ง sudo ifconfig wlan0 192.168.zz.1 โดยที่ zz จะถูกแทนที่ด้วยจำนวนเต็มอื่น นอกจากนี้ จุดเชื่อมต่อนี้ได้รับการทดสอบสำหรับการสื่อสาร IPv4 เท่านั้น อาจจำเป็นต้องแก้ไขเพิ่มเติมในขั้นตอนการติดตั้งหรือไฟล์ปรับแต่งสำหรับการสื่อสารทั้ง IPv4 และ IPv6 บนจุดเชื่อมต่อ

ขั้นตอนที่ 5: ออกแบบเสาอากาศ

การออกแบบและสร้างเสาอากาศนั้นง่ายกว่าเสียง แนวทางของเราคือเริ่มต้นด้วยรูปแบบ แก้ไขมัน จำลองเพื่อให้แน่ใจว่ายังคงตอบสนองความต้องการของเรา แล้ววางบน PCB หากคุณไม่ต้องการสร้างเสาอากาศของคุณเอง ให้ใช้อันที่มาพร้อมกับอแด็ปเตอร์ไร้สาย หรือหากคุณต้องการสร้างแต่ไม่ได้ออกแบบหรือจำลองเสาอากาศของคุณเอง เราได้แนบไฟล์เค้าโครง PCB ของเรามาด้วย อย่างไรก็ตาม โปรดอ่านหากคุณสนใจในการออกแบบเสาอากาศ การจำลองเสาอากาศ หรือเค้าโครง PCB เสาอากาศที่เราใช้ไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสม จุดประสงค์คือเพื่อแสดงวิธีการสร้างเสาอากาศของคุณเอง ไม่ใช่เพื่อแสดงเสาอากาศในอุดมคติ

เราต้องการเสาอากาศแบบมีทิศทางที่ทำงานที่ความถี่ wifi คำแนะนำที่เราเริ่มต้นมีรูปแบบโดยละเอียดสำหรับเสาอากาศ Yagi ทิศทางซึ่งสามารถทำจากคลิปหนีบกระดาษและแท่งไอติม เราทำการปรับเปลี่ยนเพียงครั้งเดียว เสาอากาศนี้ยาว 42 ซม. และมีองค์ประกอบนำไฟฟ้า 15 ชิ้น เรากำจัดองค์ประกอบทั้งหมดยกเว้นสี่องค์ประกอบเพื่อให้เสาอากาศสั้นลง

ต่อไป เราจำลองเสาอากาศเพื่อให้แน่ใจว่ายังคงมีทิศทางอยู่ แม้ว่าจะมีองค์ประกอบน้อยลง EZNECby Roy Lewallen เป็นเครื่องมือจำลองเสาอากาศที่ใช้งานง่าย เราใช้เวอร์ชันสาธิตของ EZNEC 6.0 ขั้นตอนแรกในการใช้ซอฟต์แวร์นี้คืออธิบายเสาอากาศ คลิกที่ปุ่ม Wires และป้อนตำแหน่งขององค์ประกอบเสาอากาศ ขนาดและตำแหน่งขององค์ประกอบเหล่านี้มีรายละเอียดในรูปแบบเสาอากาศ ต่อไป เราตั้งค่าความถี่เป็น 2.4 GHz สำหรับสัญญาณ wifi และเราเลือกประเภทกราวด์ให้เป็นพื้นที่ว่าง ไฟล์ EZNEC ที่อธิบายเสาอากาศ WifiYagi.ez แนบมาด้วย

เอาต์พุตของการจำลอง EZNEC แสดงอยู่ด้านล่าง และตรวจสอบว่าเสาอากาศที่แก้ไขแล้วยังคงมีทิศทางอยู่ ส่วนด้านซ้ายของภาพแสดงเสาอากาศ เส้นสีดำเป็นองค์ประกอบนำไฟฟ้า และวงกลมสีแดงบนองค์ประกอบที่สองคือตำแหน่งที่อแด็ปเตอร์ไร้สายเชื่อมต่อ ส่วนทางขวาของภาพคือพล็อตรูปแบบการแผ่รังสี 3 มิติ รูปแสดงความแรงสัมพัทธ์ของสัญญาณที่ระยะคงที่จากเสาอากาศส่งสัญญาณในมุมต่างๆ เนื่องจากโครงเรื่องมีขนาดใหญ่กว่าในทิศทาง x มากกว่าทิศทางอื่น เสาอากาศจึงมีทิศทาง พลังงานส่วนใหญ่ที่ส่งโดยเสาอากาศจะไปในทิศทาง x หากเราจัดทิศทางเสาอากาศนี้อย่างถูกต้อง และสมมติว่าทุกอย่างเท่ากัน เสาอากาศนี้ควรจะสามารถสื่อสารในระยะทางที่ไกลกว่าในทิศทาง x ได้ มากกว่าที่เราไม่ได้ใช้เสาอากาศแบบมีทิศทาง

ขั้นตอนต่อไปคือการวางโครงร่าง PCB แบบกำหนดเอง แม้ว่ารูปแบบเสาอากาศที่เราเริ่มต้นนั้นจะสร้างได้ง่าย แต่ก็ยากที่จะสร้างอย่างแม่นยำ แผงวงจรพิมพ์ถูกผลิตขึ้นอย่างแม่นยำและมีความทนทานมากขึ้น เราใช้โปรแกรมโอเพ่นซอร์ส KiCad ไฟล์เค้าโครง PCB ของเราแนบมาด้วยใน wifi_pcb.tar.gz ในการแตกไฟล์ ให้ใช้คำสั่ง:

tar -zxvf wifi_pcb.tar.gz

ขั้นตอนในการวาง PCB คือ:

• เปิดโครงการ KiCad ใหม่
• ไปที่ตัวแก้ไขเค้าโครง PCB
• เลือกปุ่ม Add Graphic Lines และเลเยอร์ Edge. Cuts และกำหนดขอบเขตของ PCB
• เลือกปุ่ม Add Graphic Lines และเลเยอร์ F. Cu แล้ววาดองค์ประกอบเสาอากาศในเลเยอร์ทองแดงด้านหน้า
• เลือกปุ่ม เพิ่ม Vias และใส่สองรูที่จะเชื่อมต่ออแด็ปเตอร์ wifi
• เลือกปุ่มเพิ่มรูปหลายเหลี่ยมกราฟิกและเลเยอร์ F. Mask แล้ววาดรูในหน้ากากประสานด้านหน้าเพื่อไม่ให้ปิดรูผ่าน ทำซ้ำโดยใช้เลเยอร์ B. Mask เพื่อวาดรูในหน้ากากประสานด้านหลังด้วย
• เพิ่มเครื่องหมายหรือฉลากเพิ่มเติมที่ต้องการให้กับเลเยอร์ซิลค์สกรีน
• เลือก File จากนั้นเลือก Plot เพื่อสร้างไฟล์ Gerber

ขั้นตอนที่ 6: สร้างเสาอากาศ

เราซื้อ PCB ที่ทำจากเค้าโครงของเรา Adafruit มีรายชื่อผู้ผลิต PCB ที่เป็นมิตรกับงานอดิเรก ในขณะที่เราได้ลองใช้ผู้ผลิต PCB มาบ้างแล้ว เราไม่รู้จริงๆ ว่าอันไหนดีที่สุด PCB ที่แสดงนั้นผลิตโดย Oshpark

เมื่อ PCB มาถึง ขั้นตอนต่อไปคือการบัดกรีที่ขั้วต่อโคแอกซ์ RG-58 PCB มีสองรูผ่าน หมุดที่มาพร้อมกับขั้วต่อนั้นสั้นเกินไป ดังนั้นให้บัดกรีลวดเส้นเล็กๆ เข้าไปในรูผ่านทางช่องใดช่องหนึ่ง ใส่จุดบัดกรีขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อเปลือกกับอีกรูหนึ่งผ่านรู ตอนนี้คุณมีเสาอากาศ Yagi wifi แบบกำหนดทิศทางซึ่งทำจาก PCB แบบกำหนดเอง

ถอดอแด็ปเตอร์ wifi ของ Amazon Basics คลายเกลียวเสาอากาศที่มาพร้อมกับ และขันบนเสาอากาศ PCB ใหม่ เสียบอะแดปเตอร์ wifi กลับเข้ากับฮับ USB โครงการเสร็จสมบูรณ์แล้ว