รูปแบบการแผ่รังสี ESP8266: 7 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

ESP8266 เป็นโมดูลไมโครคอนโทรลเลอร์ยอดนิยมเพราะสามารถเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตผ่าน WiFi ในตัว นี่เป็นการเปิดโอกาสมากมายให้กับนักทำอดิเรกในการสร้างอุปกรณ์ควบคุมระยะไกลและอุปกรณ์ IoT ด้วยฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมขั้นต่ำ สะดวกสบาย โมดูลส่วนใหญ่มีเสาอากาศ ไม่ว่าจะเป็นวงจรพิมพ์ชนิด F กลับหัว หรือชิปเซรามิก บอร์ดบางบอร์ดอนุญาตให้เสียบเสาอากาศภายนอกสำหรับช่วงพิเศษ พวกเราส่วนใหญ่คุ้นเคยกับลักษณะเฉพาะของวิทยุ ทีวี หรือแม้แต่เสาอากาศโทรศัพท์มือถือ หลังจากปรับตำแหน่งของเสาอากาศหรือตั้งค่าอย่างระมัดระวัง สัญญาณจะดังเมื่อคุณขยับออกไปและนั่งลง! น่าเสียดายที่ ESP8266 เป็นอุปกรณ์ไร้สาย สามารถแสดงพฤติกรรมต่อต้านสังคมที่คล้ายคลึงกัน วิธีการวัดรูปแบบการแผ่รังสีของ ESP8266 ได้อธิบายไว้ในคำแนะนำนี้โดยใช้ความแรงของสัญญาณ RSSI ที่รายงานโดยโมดูล เสาอากาศหลายประเภทได้รับการทดสอบและเน้นจุดที่น่าสนใจสำหรับแต่ละเวอร์ชัน ใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ขนาดเล็กเพื่อหมุนโมดูล ESP8266 ผ่าน 360 องศาในช่วงเวลา 30 นาที และการอ่าน RSSI เฉลี่ยจะวัดทุกๆ 20 วินาที ข้อมูลจะถูกส่งไปยัง ThingSpeak ซึ่งเป็นบริการวิเคราะห์ IoT ฟรีที่จัดทำแผนภูมิผลลัพธ์เป็นพล็อตขั้วซึ่งทิศทางของสัญญาณสูงสุดสามารถแก้ไขได้ กระบวนการนี้ทำซ้ำหลายครั้งสำหรับโมดูล ESP8266 ในทิศทางต่างๆ

เสบียง

ส่วนประกอบสำหรับโครงการนี้สามารถพบได้ง่ายบนอินเทอร์เน็ตจากซัพพลายเออร์ เช่น eBay, Amazon เป็นต้น หากยังไม่มีอยู่ในกล่องขยะของคุณ

28BYJ48 5V stepper motor ULN2003 บอร์ดควบคุม Arduino UNO หรือโมดูล ESP8266 ที่คล้ายกันสำหรับการทดสอบ เสาอากาศภายนอก แหล่งจ่ายไฟ USB Arduino IDE และบัญชี ThingSpeak ของกระจุกกระจิก - หลอดพลาสติก ลวด Blu tak

ขั้นตอนที่ 1: ภาพรวมของระบบ

Arduino Uno ใช้เพื่อขับเคลื่อนสเต็ปเปอร์มอเตอร์ผ่านการหมุนเต็มที่ในช่วง 30 นาที เนื่องจากมอเตอร์ใช้กระแสไฟมากกว่าที่มีอยู่จาก Uno บอร์ดไดรเวอร์ ULN2003 จึงถูกใช้เพื่อจ่ายกระแสไฟเสริมของมอเตอร์ มอเตอร์ถูกขันลงบนชิ้นไม้เพื่อให้มีฐานที่มั่นคงและท่อพลาสติกยาวกดลงบนแกนหมุนของมอเตอร์ซึ่งจะใช้สำหรับการติดตั้งโมดูลภายใต้การทดสอบ เมื่อ Uno เปิดขึ้น แกนหมุนของมอเตอร์จะหมุนเต็มที่ทุกๆ 30 นาที โมดูล ESP8266 ที่ตั้งโปรแกรมให้วัดความแรงของสัญญาณ WiFi RSSI จะติดอยู่กับท่อพลาสติกเพื่อให้โมดูลหมุนได้เต็มที่ ทุกๆ 20 วินาที ESP8266 จะส่งการอ่านค่าความแรงของสัญญาณไปยัง ThingSpeak โดยที่สัญญาณจะถูกพล็อตในพิกัดเชิงขั้ว การอ่าน RSSI อาจแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตชิป แต่โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 0 ถึง -100 โดยแต่ละหน่วยจะสอดคล้องกับสัญญาณ 1dBm เนื่องจากฉันเกลียดการจัดการกับตัวเลขติดลบ ค่าคงที่ 100 ได้ถูกเพิ่มเข้าไปในการอ่าน RSSI ในแผนภาพเชิงขั้ว เพื่อให้การอ่านเป็นค่าบวก และค่าที่สูงกว่าบ่งบอกถึงความแรงของสัญญาณที่ดีขึ้น

ขั้นตอนที่ 2: สเต็ปเปอร์มอเตอร์

สเต็ปเปอร์มอเตอร์ 28BYJ48 ถูกขันให้เข้ากับชิ้นไม้เบาๆ เพื่อให้มีความมั่นคง ท่อพลาสติกขนาด 1/4” ประมาณ 8 นิ้วติดกาวบนแกนหมุนของสเต็ปเปอร์มอเตอร์สำหรับติดตั้งโมดูลภายใต้การทดสอบ Uno บอร์ดไดรเวอร์และมอเตอร์ต่อสายตามที่อธิบายไว้หลายครั้งบนอินเทอร์เน็ต ภาพสเก็ตช์สั้นๆ ในไฟล์จะกะพริบใน Uno เพื่อให้หลอดหมุนเป็นวงกลมทุก ๆ 30 นาทีเมื่อเปิดเครื่อง

ภาพสเก็ตช์ที่ใช้หมุนมอเตอร์แสดงอยู่ในไฟล์ข้อความ ซึ่งไม่มีการปฏิวัติใดๆ

ขั้นตอนที่ 3: การทดสอบ ESP8266

โมดูลสำหรับการทดสอบถูกแฟลชด้วยภาพสเก็ตช์ที่ส่งการอ่าน RSSI ไปยัง ThingSpeak ทุกๆ 20 วินาทีเพื่อการปฏิวัติเต็มรูปแบบของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ มีการพล็อตการวางแนวสามแบบสำหรับแต่ละโมดูลที่แสดงโดยการทดสอบ A, B และ C ในตำแหน่ง A โมดูลจะติดตั้งที่ด้านท่อโดยให้เสาอากาศอยู่ด้านบนสุด เมื่อหันเข้าหาเสาอากาศ RHS ของเสาอากาศจะชี้ไปที่เราเตอร์เมื่อเริ่มการทดสอบ น่าเสียดายที่ฉันถูกตัวเลขติดลบอีกครั้ง มอเตอร์หมุนตามเข็มนาฬิกา แต่พล็อตขั้วถูกปรับขนาดทวนเข็มนาฬิกา ซึ่งหมายความว่าด้านกว้างของเสาอากาศที่ไม่มีการบดบังหันเข้าหาเราเตอร์ที่ประมาณ 270 องศาในตำแหน่ง B โมดูลจะติดตั้งในแนวนอนที่ด้านบนของท่อ เสาอากาศจะชี้ไปที่เราเตอร์เช่นเดียวกับในการทดสอบ A เมื่อเริ่มการทดสอบ สุดท้าย โมดูลอยู่ในตำแหน่งเดียวกับการทดสอบ A จากนั้นโมดูลจะบิดตามเข็มนาฬิกา 90 องศา และติดตั้งเพื่อให้ตำแหน่งทดสอบ C

ไฟล์ข้อความให้รหัสที่จำเป็นในการส่งข้อมูล RSSI ไปยัง ThingSpeak คุณต้องเพิ่มรายละเอียด WiFi และคีย์ API ของคุณเองหากคุณใช้ ThingSpeak

ขั้นตอนที่ 4: ผลลัพธ์วงจรพิมพ์ F กลับด้าน

โมดูลแรกที่ทดสอบมีเสาอากาศวงจรพิมพ์คดเคี้ยวซึ่งเป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุดเนื่องจากมีราคาถูกที่สุดในการผลิต พล็อตขั้วแสดงให้เห็นว่าความแรงของสัญญาณเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อโมดูลถูกหมุน โปรดจำไว้ว่า RSSI นั้นอิงตามมาตราส่วนบันทึก ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงหน่วย RSSI 10 หน่วยคือการเปลี่ยนแปลงของกำลังสัญญาณ 10 เท่า การทดสอบ A ด้วยเสาอากาศที่ด้านบนของโมดูลจะให้สัญญาณสูงสุด นอกจากนี้ ตำแหน่งที่ดีที่สุดคือเมื่อแทร็ก PCB หันไปทางเราเตอร์ ผลลัพธ์ที่แย่กว่านั้นเกิดขึ้นในการทดสอบ B ซึ่งมีการป้องกันส่วนประกอบอื่นๆ บนบอร์ดเป็นจำนวนมาก การทดสอบ C ยังได้รับผลกระทบจากการป้องกันส่วนประกอบ แต่มีบางตำแหน่งที่แทร็ก PCB มีเส้นทางที่ชัดเจนไปยังเราเตอร์ วิธีที่ดีที่สุดในการติดตั้งโมดูลคือการใช้เสาอากาศบนสุดโดยให้แทร็ก PCB หันไปทางเราเตอร์ ในกรณีนี้ เราสามารถคาดหวังความแรงของสัญญาณได้ประมาณ 35 หน่วย ตำแหน่งที่ไม่เหมาะจะลดความแรงของสัญญาณลงสิบเท่าได้อย่างง่ายดาย โดยปกติ โมดูลจะติดตั้งในกล่องสำหรับการป้องกันทั้งทางกายภาพและสิ่งแวดล้อม เราสามารถคาดหวังว่าสิ่งนี้จะลดสัญญาณมากยิ่งขึ้น… การทดสอบสำหรับอนาคต

ThingSpeak ต้องการโค้ดเล็กน้อยในการจัดระเบียบข้อมูลและสร้างโพลาร์แปลง สามารถพบได้ในไฟล์ข้อความที่ฝังไว้

ขั้นตอนที่ 5: ผลลัพธ์ชิปเซรามิก

โมดูล ESP8266 บางตัวใช้ชิปเซรามิกสำหรับเสาอากาศแทนวงจรพิมพ์ ฉันไม่รู้ว่ามันทำงานอย่างไร ยกเว้นค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงของเซรามิกอาจทำให้ขนาดทางกายภาพเล็กลง ข้อดีของเสาอากาศแบบชิปคือมีขนาดเล็กลงโดยต้องเสียค่าใช้จ่าย ทดสอบความแรงของสัญญาณซ้ำในโมดูลที่มีเสาอากาศชิปเซรามิกซึ่งให้ผลลัพธ์ในภาพ เสาอากาศแบบชิปพยายามดิ้นรนเพื่อให้ได้ความแรงของสัญญาณที่มากกว่า 30 เมื่อเทียบกับ 35 ด้วยการออกแบบ PCB บางทีขนาดก็สำคัญ? การติดตั้งโมดูลด้วยชิปที่อยู่ด้านบนสุดช่วยให้ส่งผ่านได้ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม ในการทดสอบ B กับบอร์ดที่ติดตั้งในแนวนอน มีจำนวนมากที่ป้องกันจากส่วนประกอบอื่นๆ บนบอร์ดในบางตำแหน่ง สุดท้ายในการทดสอบ C มีตำแหน่งที่ชิปมีเส้นทางที่ชัดเจนไปยังเราเตอร์ และในบางครั้งเมื่อมีสิ่งกีดขวางจากส่วนประกอบอื่นๆ ของบอร์ด

ขั้นตอนที่ 6: ผลลัพธ์ของเสาอากาศ Omni Directional

โมดูลชิปเซรามิกมีตัวเลือกในการเชื่อมต่อเสาอากาศภายนอกผ่านขั้วต่อ IPX ก่อนจึงจะสามารถใช้ตัวเชื่อมต่อได้ จะต้องย้ายลิงก์เพื่อสลับเส้นทางสัญญาณจากชิปไปยังซ็อกเก็ต IPX สิ่งนี้พิสูจน์ได้ง่ายมากโดยจับที่ลิงค์ด้วยแหนบแล้วให้ความร้อนที่ลิงค์ด้วยหัวแร้ง เมื่อประสานละลาย ลิงค์สามารถยกออกและวางในตำแหน่งใหม่ ตบเบา ๆ ด้วยหัวแร้งอีกอันจะประสานลิงค์กลับเข้าไปในตำแหน่งใหม่ การทดสอบเสาอากาศ omni นั้นแตกต่างกันเล็กน้อย ขั้นแรกให้ทดสอบเสาอากาศโดยหมุนในแนวนอน ถัดไป เสาอากาศถูกคลิกไปที่ตำแหน่ง 45 องศาและทำการทดสอบ ในที่สุด พล็อตก็ถูกสร้างขึ้นด้วยเสาอากาศในแนวตั้ง ค่อนข้างน่าแปลกที่ตำแหน่งที่แย่กว่านั้นคือตำแหน่งแนวตั้งสำหรับเสาอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเสาอากาศของเราเตอร์อยู่ในแนวตั้งและอยู่ในระนาบที่คล้ายกัน ตำแหน่งที่ดีที่สุดคือเสาอากาศระหว่างแนวนอนและ 45 องศาโดยมีมุมการหมุนประมาณ 120 องศา ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ความแรงของสัญญาณถึง 40 ซึ่งเป็นการปรับปรุงที่สำคัญเหนือเสาอากาศชิปดั้งเดิม แผนภาพแสดงความคล้ายคลึงกันเพียงเล็กน้อยกับไดอะแกรมโดนัทที่สมมาตรอย่างสวยงามที่แสดงในหนังสือเรียนสำหรับเสาอากาศ ในความเป็นจริง ปัจจัยอื่นๆ มากมาย ทั้งที่รู้จักและไม่รู้จัก มีอิทธิพลต่อความแรงของสัญญาณทำให้การวัดทดลองเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการทดสอบระบบ

ขั้นตอนที่ 7: เสาอากาศที่เหมาะสมที่สุด

ในการทดสอบครั้งสุดท้าย เสาอากาศรอบทิศทางถูกตั้งค่าไว้ที่ 45 องศาในตำแหน่งที่มีความแรงของสัญญาณสูงสุด คราวนี้ไม่ได้หมุนเสาอากาศแต่ปล่อยทิ้งไว้ในดาต้าล็อกเป็นเวลา 30 นาทีเพื่อให้ทราบถึงความแปรผันของการวัด พล็อตบ่งชี้ว่าการวัดมีเสถียรภาพภายใน +/- 2 หน่วย RSSI ผลลัพธ์ทั้งหมดเหล่านี้ถ่ายในครัวเรือนที่มีไฟฟ้าใช้ ไม่มีการพยายามปิดโทรศัพท์ DECT เตาอบไมโครเวฟหรืออุปกรณ์ WiFi และ Bluetooth อื่น ๆ เพื่อลดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า นี่คือโลกแห่งความเป็นจริง…คำแนะนำนี้แสดงวิธีการวัดประสิทธิภาพของเสาอากาศที่ใช้กับ ESP8266 และโมดูลที่คล้ายกัน เสาอากาศแบบแทร็กที่พิมพ์ออกมาให้ความแรงของสัญญาณที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับเสาอากาศแบบชิป อย่างไรก็ตาม ตามที่คาดไว้ เสาอากาศภายนอกให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด