Mô hình bức xạ ESP8266: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

ESP8266 là một mô-đun vi điều khiển phổ biến vì nó có thể được kết nối với internet thông qua WiFi trên bo mạch. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho những người có sở thích tạo ra các tiện ích và thiết bị IoT được điều khiển từ xa với mức tối thiểu là phần cứng bổ sung. Thuận tiện, hầu hết các mô-đun đều kết hợp ăng-ten, hoặc là mạch in kiểu F đảo ngược hoặc chip gốm. Một số bo mạch thậm chí còn cho phép cắm ăng-ten bên ngoài để tăng phạm vi hoạt động. Sau khi điều chỉnh cẩn thận vị trí của ăng-ten hoặc thiết lập, tín hiệu sẽ bị nhiễu ngay khi bạn di chuyển ra xa và ngồi xuống! Thật không may, ESP8266 là một thiết bị không dây, có thể thể hiện hành vi chống đối xã hội tương tự. Phương pháp đo dạng bức xạ của ESP8266 được giải thích trong Tài liệu hướng dẫn này bằng cách sử dụng cường độ tín hiệu RSSI do mô-đun báo cáo. Một số loại ăng-ten được thử nghiệm và điểm ngọt được đánh dấu cho mỗi phiên bản. Một động cơ bước nhỏ được sử dụng để xoay mô-đun ESP8266 qua 360 độ trong khoảng thời gian 30 phút và đọc RSSI trung bình được đo sau mỗi 20 giây. Dữ liệu được gửi đến ThingSpeak, một dịch vụ phân tích IoT miễn phí, lập biểu đồ kết quả dưới dạng biểu đồ phân cực mà từ đó hướng của tín hiệu tối đa có thể được giải quyết. Quá trình này được lặp lại cho một số hướng của mô-đun ESP8266.

Quân nhu

Các thành phần cho dự án này có thể dễ dàng tìm thấy trên internet từ các nhà cung cấp như eBay, Amazon, v.v. nếu chưa có trong hộp rác của bạn.

28BYJ48 Động cơ bước 5V ULN2003 Bảng điều khiển Arduino UNO hoặc các mô-đun ESP8266 tương tự để kiểm tra Ăng-ten ngoài Nguồn điện USB Arduino IDE và ThingSpeak Tài khoản tạp phẩm - ống nhựa, dây, Blu tak

Bước 1: Tổng quan về hệ thống

Arduino Uno được sử dụng để điều khiển động cơ bước qua một vòng quay hoàn toàn trong khoảng thời gian 30 phút. Vì động cơ nhận nhiều dòng hơn khả dụng từ Uno, bảng điều khiển ULN2003 được sử dụng để cung cấp thêm dòng điện cho động cơ. Mô tơ được vặn xuống một miếng gỗ để tạo nền ổn định và một chiều dài của ống nhựa được đẩy lên trục chính của động cơ sẽ được sử dụng để lắp mô-đun đang thử nghiệm. Khi Uno được cấp nguồn, trục chính của động cơ quay hoàn toàn sau mỗi 30 phút. Một mô-đun ESP8266 được lập trình để đo cường độ tín hiệu WiFi, RSSI, được gắn vào ống nhựa để mô-đun quay hoàn toàn. Cứ sau 20 giây, ESP8266 sẽ gửi số đọc cường độ tín hiệu tới ThingSpeak, nơi tín hiệu được vẽ ở các tọa độ cực. Việc đọc RSSI có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất chip nhưng thường nằm trong khoảng từ 0 đến -100 với mỗi đơn vị tương ứng với 1dBm tín hiệu. Vì tôi không thích xử lý các số âm, một hằng số 100 đã được thêm vào số đọc RSSI trong biểu đồ cực để các kết quả đọc là dương và các giá trị cao hơn cho thấy cường độ tín hiệu tốt hơn.

Bước 2: Động cơ bước

Động cơ bước 28BYJ48 được vặn nhẹ xuống miếng gỗ để tạo sự ổn định. Khoảng 8 inch của ống nhựa 1/4”được dán vào trục chính của động cơ bước để gắn mô-đun đang thử nghiệm. Uno, bảng điều khiển và động cơ được nối dây như đã được mô tả nhiều lần trên internet. Một bản phác thảo ngắn trong tệp sẽ được đưa vào Uno để ống sẽ quay một vòng tròn sau mỗi 30 phút khi được cấp nguồn.

Bản phác thảo được sử dụng để xoay động cơ được liệt kê trong tệp văn bản, không có gì mang tính cách mạng ở đây.

Bước 3: Kiểm tra ESP8266

Các mô-đun để thử nghiệm lần đầu tiên được trình chiếu với một bản phác thảo gửi chỉ số RSSI đến ThingSpeak sau mỗi 20 giây cho một cuộc cách mạng đầy đủ của động cơ bước. Ba hướng được vẽ cho mỗi mô-đun được ký hiệu bằng phép thử A, B và C. Ở vị trí A, mô-đun được gắn trên thành ống với ăng-ten ở trên cùng. Khi đối diện với ăng-ten, RHS của ăng-ten chỉ vào bộ định tuyến khi bắt đầu thử nghiệm. Thật không may, tôi đã bị cản trở bởi các số âm một lần nữa, động cơ quay theo chiều kim đồng hồ nhưng biểu đồ cực được điều chỉnh ngược chiều kim đồng hồ. Điều này có nghĩa là mặt rộng không quan sát của ăng-ten hướng về phía bộ định tuyến khoảng 270 độ. Ở vị trí B, mô-đun được gắn theo chiều ngang trên đầu ống. Ăng-ten hướng vào bộ định tuyến như trong thử nghiệm A khi bắt đầu thử nghiệm. Cuối cùng, mô-đun được định vị như trong thử nghiệm A và sau đó mô-đun được xoắn 90 độ theo chiều kim đồng hồ và được gắn để có vị trí C.

Tệp văn bản cung cấp mã cần thiết để gửi dữ liệu RSSI đến ThingSpeak. Bạn cần thêm chi tiết WiFi và khóa API của riêng mình nếu bạn sử dụng ThingSpeak.

Bước 4: Kết quả mạch in F đảo ngược

Mô-đun đầu tiên được thử nghiệm có một ăng-ten mạch in uốn khúc, đây là loại phổ biến nhất vì nó rẻ nhất để sản xuất. Biểu đồ cực cho thấy cường độ tín hiệu thay đổi như thế nào khi xoay mô-đun. Hãy nhớ RSSI dựa trên thang đo nhật ký và vì vậy thay đổi 10 đơn vị RSSI là thay đổi 10 lần công suất tín hiệu. Thử nghiệm A với ăng-ten ở trên cùng của mô-đun cho tín hiệu cao nhất. Ngoài ra, vị trí tốt nhất là khi đường dẫn PCB đối diện với bộ định tuyến. Kết quả tồi tệ hơn xảy ra trong thử nghiệm B, nơi có nhiều sự che chắn từ các thành phần khác trên bo mạch. Thử nghiệm C cũng bị che chắn thành phần nhưng có một số vị trí mà rãnh PCB có đường dẫn rõ ràng đến bộ định tuyến. Trong trường hợp này, chúng ta có thể mong đợi cường độ tín hiệu khoảng 35 đơn vị. Các vị trí không tối ưu có thể dễ dàng làm giảm cường độ tín hiệu đi một phần mười. Thông thường, mô-đun sẽ được gắn trong một hộp để bảo vệ cả vật lý và môi trường, chúng tôi có thể mong đợi rằng điều này sẽ làm giảm tín hiệu hơn nữa… Một thử nghiệm cho tương lai.

ThingSpeak cần một chút mã để tổ chức dữ liệu và tạo các biểu đồ cực. Điều này có thể được tìm thấy trong tệp văn bản được nhúng.

Bước 5: Kết quả chip gốm

Một số mô-đun ESP8266 sử dụng chip gốm cho ăng-ten thay vì rãnh mạch in. Tôi không biết chúng hoạt động như thế nào ngoại trừ hằng số điện môi cao của gốm có thể cho phép thu nhỏ kích thước vật lý. Ưu điểm của chip Antenna là kích thước nhỏ hơn với chi phí thấp hơn. Các bài kiểm tra cường độ tín hiệu được lặp lại trên một mô-đun có ăng-ten chip gốm cho kết quả trong hình. Ăng-ten chip phải vật lộn để đạt được cường độ tín hiệu lớn hơn 30 so với 35 với thiết kế PCB. Có lẽ kích thước không quan trọng sau khi tất cả? Gắn mô-đun với chip trên cùng để truyền tải tốt nhất. Tuy nhiên, trong thử nghiệm B với bảng được gắn theo chiều ngang, có rất nhiều tấm chắn từ các thành phần khác trên bảng ở một số vị trí nhất định. Cuối cùng trong Thử nghiệm C, có những vị trí mà chip có đường dẫn rõ ràng đến bộ định tuyến và những thời điểm khác khi có sự cản trở từ các thành phần bo mạch khác.

Bước 6: Kết quả Ăng-ten định hướng đa hướng

Mô-đun chip gốm có tùy chọn kết nối ăng-ten bên ngoài thông qua đầu nối IPX. Trước khi có thể sử dụng đầu nối, một liên kết phải được di chuyển để hoán đổi đường dẫn tín hiệu từ chip đến ổ cắm IPX. Điều này tỏ ra khá dễ dàng bằng cách giữ liên kết bằng nhíp và sau đó làm nóng liên kết bằng mỏ hàn. Khi chất hàn nóng chảy, liên kết có thể được nhấc ra và đặt vào vị trí mới. Một lần chấm khác với mỏ hàn sẽ hàn lại liên kết vào vị trí mới. Kiểm tra ăng-ten omni hơi khác một chút. Đầu tiên, ăng ten được kiểm tra bằng cách xoay ngang. Tiếp theo, ăng ten được kích vào vị trí 45 độ và thử nghiệm. Cuối cùng, một âm mưu đã được thực hiện với chiều dọc của ăng-ten, điều đáng ngạc nhiên là vị trí tồi tệ hơn là vị trí thẳng đứng của ăng-ten, đặc biệt là khi ăng-ten của bộ định tuyến nằm dọc và trên một mặt phẳng tương tự. Các vị trí tốt nhất là với ăng-ten nằm giữa ngang và 45 độ với góc quay khoảng 120 độ. Trong điều kiện này, cường độ tín hiệu đạt 40, một cải tiến đáng kể so với ăng-ten chip ban đầu. Các biểu đồ chỉ cho thấy sự giống nhau nhỏ nhất với các biểu đồ hình bánh rán đối xứng đẹp mắt được hiển thị trong sách văn bản cho ăng-ten. Trong thực tế, nhiều yếu tố khác, đã biết và chưa biết, ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu làm cho phép đo thực nghiệm trở thành cách tốt nhất để kiểm tra hệ thống.

Bước 7: Ăng-ten tối ưu

Trong thử nghiệm cuối cùng, ăng-ten đa hướng được đặt nghiêng 45 độ ở vị trí có cường độ tín hiệu cao nhất. Lần này ăng-ten không được xoay mà để ở chế độ dữ liệu trong 30 phút để đưa ra ý tưởng về sự thay đổi phép đo. Biểu đồ cho biết phép đo ổn định trong phạm vi +/- 2 đơn vị RSSI. Tất cả những kết quả này được thực hiện trong một hộ gia đình bận rộn về điện. Không cố gắng tắt điện thoại DECT, lò vi sóng hoặc các thiết bị WiFi và Bluetooth khác để giảm tiếng ồn điện. Đây là thế giới thực… Tài liệu hướng dẫn này chỉ ra cách đo lường hiệu quả của các râu được sử dụng trên ESP8266 và các mô-đun tương tự. Ăng-ten theo dõi được in cho cường độ tín hiệu tốt hơn so với ăng-ten chip. Tuy nhiên, đúng như mong đợi, một ăng-ten bên ngoài cho kết quả tốt nhất.