एक DIY द्विध्रुवीय एंटीना संशोधन के साथ उन्नत NRF24L01 रेडियो: 5 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

स्थिति यह थी कि मैं मानक nRF24L01+ मॉड्यूल का उपयोग करके लगभग 50 फीट की दूरी के साथ केवल 2 या 3 दीवारों के माध्यम से संचारित और प्राप्त करने में सक्षम था। यह मेरे इच्छित उपयोग के लिए अपर्याप्त था।

मैंने पहले अनुशंसित कैपेसिटर जोड़ने की कोशिश की थी, लेकिन मेरे और मेरे हार्डवेयर में बहुत कम या कोई सुधार नहीं हुआ। तो, कृपया तस्वीरों में उन्हें अनदेखा करें।

अपने रिमोट सेंसर के लिए मैं एक एसएमए माउंट और बाहरी एंटीना के साथ nRF24L01 + PA + LNA जैसी इकाई का बड़ा हिस्सा नहीं चाहता था। इसलिए मैंने यह संशोधित मॉड्यूल बनाया है।

इस संशोधित RF24 मॉड्यूल के साथ मैं लगभग 100 फीट की दूरी के साथ चार दीवारों से गुजर सकता था।

दृष्टि अनुप्रयोगों की लाइन के साथ उपयोग किए जाने पर इस मॉड्यूल को मानक nRF24 मॉड्यूल से दूरी को लगभग दोगुना करना चाहिए; जैसे RF प्लेन, क्वाड-कॉपर, कार और बोट (100s मीटर)। मैंने दृष्टि परीक्षणों की कोई स्पष्ट रेखा नहीं बनाई है। मेरे परीक्षणों में ट्रांसीवर के बीच सामान से भरे रसोई के उपकरण और अलमारियाँ और कोठरी थीं।

आगे एंटेना अध्ययन के लिए एक द्विध्रुवीय एंटीना https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna पर कुछ गहन जानकारी यहां दी गई है: https://www.arrl.org या

मैंने कुछ एंटीना डिज़ाइन का अध्ययन किया है, लेकिन ऐन्टेना डिज़ाइनों की विशाल और बढ़ती संख्या (विशेषकर उच्च आवृत्ति कॉम्पैक्ट एंटेना के लिए) के आसपास इतना विशिष्ट डिज़ाइन डेटा और सिद्धांत है, कि जंगल में थोड़ा खोया हुआ महसूस करना आसान है। इसलिए प्रयोग एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

अब इस सब से गुजरने के बाद, मैं आपको अपने परिणामी डिज़ाइन संशोधन का कार्यान्वयन यहाँ देता हूँ।

चरण 1: आपको जिन वस्तुओं की आवश्यकता होगी

अपने स्वयं के उन्नत NRF24L01+ को एक बेहतर (द्विध्रुवीय) एंटीना के साथ बनाने के लिए आपको निम्न की आवश्यकता होगी:

• एक NRF24L01+ मॉड्यूल https://www.ebay.com/itm/191351948163 या www.ebay.com/itm/371215258056
• टांका लगाने वाला लोहा और संबंधित सामान।
• सटीक-ओ-चाकू (या सुरक्षात्मक कोटिंग्स को हटाने के लिए अन्य साधन)
• 24ga. ठोस तार (वैकल्पिक रूप से 30ga तक।)

चरण 2: रेडियो मॉड्यूल को संशोधित करना

मैंने बुनियादी द्विध्रुवीय एंटीना डिजाइन के साथ शुरुआत की और प्रयोगात्मक रूप से उन्हें ट्यून किया।

कुछ डिज़ाइन जो तरंग दैर्ध्य तत्व की मांग करते हैं, उन्हें समाई, प्रतिबाधा, अधिष्ठापन और अनुनाद के उदाहरणों के कारण ठीक समायोजन की आवश्यकता होती है। मेरे पास इन विशेषताओं को एक सक्रिय 2.4 GHz सर्किट में मापने का साधन नहीं है, इसलिए मैंने अनुभवजन्य परीक्षण के माध्यम से स्पष्ट रूप से आवश्यक समायोजन किया।

चित्र मेरी कुछ परीक्षण इकाइयाँ हैं। कुछ निशान हटा दिए गए, जैसे मैंने सोल्डर किया, बिना सोल्डर किया, झुका हुआ और फिर से झुका हुआ एंटेना होगा। इससे दो अच्छी बातें निकलीं। 1) मैं एक पैर को जमीन से जोड़ने के लिए ऊपर की तरफ से नीचे की तरफ स्विच करता हूं, जो यंत्रवत् और प्रदर्शन के लिहाज से बेहतर निकला। 2) मैंने पाया कि तनाव से राहत के लिए तार को सुपर-गोंद या गर्म गोंद के साथ जोड़ना एक अच्छा विचार है (मैं सभी परीक्षण के दौरान गलती से एंटीना को झुकाता रहा।) पहले किया, यह उन्हें सोल्डरिंग के लिए पकड़ सकता है।

संशोधन करने के लिए कदम:

1. पीसीबी एंटीना के आधार के पास के निशान के 1-2 मिमी चौड़े दो कट बनाएं, जैसा कि ऊपर की पहली छवि में देखा गया है। यह प्रभावी रूप से मौजूदा एंटीना को सर्किट से बाहर ले जाता है।
2. दूसरी तरफ, एक सटीक-ओ चाकू का उपयोग करके, जमीन के तल के किनारे पर सुरक्षात्मक कोटिंग को हटा दें, जैसा कि ऊपर की दूसरी छवि में दर्शाया गया है
3. दो 24ga काटें। तार लगभग। 50 मिमी
4. प्रत्येक तार के एक छोर से कुछ मिलीमीटर इन्सुलेशन को हटा दें।
5. जमीन से जुड़े तार पर नंगे हिस्से को एक समकोण पर मोड़ें।
6. प्रत्येक तार को नीचे गोंद करें (अनुशंसित: रात का खाना-गोंद या गर्म गोंद), ताकि नंगे सिरे को टांका लगाने के लिए तैयार किया जा सके; एक कटे हुए निशान के ठीक नीचे, दूसरा जमीनी तल के किनारे पर। दो तार समानांतर और 6 मिमी अलग रखना चाहिए।
7. एक बार गोंद सेट हो जाने के बाद, सोल्डर फ्लक्स पेस्ट डालें जहां आप सोल्डर में जा रहे हैं, और फिर उन्हें मिलाप करें। मैं फ्लक्स का उपयोग करने की सलाह देता हूं ताकि आपकी सोल्डरिंग जल्दी हो जाए और आप बोर्ड को गर्म न करें।
8. तारों में कुरकुरा समकोण मोड़ें, एक दूसरे से दूर, पीसीबी के किनारे से, ~ 6 मिमी ऊपर जहां से जमीन का विमान समाप्त होता है। उपरोक्त अंतिम दो छवियों का संदर्भ लें। यदि आपने अपने तारों को नीचे नहीं चिपकाया है, तो अतिरिक्त सावधान रहें कि सोल्डर बिंदुओं पर बहुत अधिक तनाव न डालें।
9. बोर्ड के किनारे के साथ चलने वाले प्रत्येक तार खंड को 90 डिग्री के मोड़ से 30 मिमी तक मापें और उन्हें वहीं काट दें। मुझे पता चला कि मैं सटीक रूप से माप और कटौती नहीं कर सकता, इसलिए मैंने एक महीन फाइबर-टिप वाले मार्कर के साथ मापा और चिह्नित किया जहां काटना है।
10. यह सुनिश्चित करने के लिए ओम मीटर की जांच के साथ कि पुराने एंटीना पीसीबी निशान के पास के तार में चरण # 1 में किए गए किसी भी कटौती में निरंतरता नहीं है।

चरण 3: तैयार उत्पाद

आपका NRF24L01+ मॉड्यूल अब आपके द्वारा उपयोग किए जाने वाले किसी भी प्रोजेक्ट में कहीं बेहतर प्रदर्शन करेगा। आप या तो अधिक रेंज के साथ या कम रेडियो पावर सेटिंग्स के साथ बढ़ी हुई विश्वसनीयता का आनंद ले सकते हैं। आपको इसे ऐसा खोजना चाहिए, यहां तक कि केवल एक रेडियो (ट्रांसमीटर या रिसीवर) को संशोधित करने के साथ भी; और दोनों सिरों पर एक संशोधित इकाई का उपयोग करने पर दुगना लाभ प्राप्त करें। एंटेना को एक दूसरे के समानांतर उन्मुख करना सुनिश्चित करना याद रखें। मैं इन संशोधित रेडियो का उपयोग करते हुए कई रिमोट सेंसर इकाइयों के साथ एक परियोजना को कार्यान्वित कर रहा हूं (उनके जमीन के पैरों के साथ लंबवत उन्मुख), जो सभी एनआरएफ 24 एल 01 + पीए + एलएनए और बाहरी एंटीना का उपयोग कर केंद्रीय बेस स्टेशन के साथ बातचीत करेंगे।

आपके प्रोजेक्ट में ट्रांसमीटर और रिसीवर एंटेना समान रूप से क्षैतिज या लंबवत दोनों तरह से उन्मुख होने चाहिए और अत्यधिक अधिमानतः एक दूसरे के समानांतर होना चाहिए। इसके अतिरिक्त, शायद एक मानार्थ अभिविन्यास में यदि आप जानते हैं कि उनकी एक दिशात्मक प्राथमिकता है (यह आमतौर पर यहां इंगित नहीं किया गया है)। यदि आपके एंटेना आवश्यक रूप से शारीरिक रूप से भिन्न नहीं हैं, जैसे कि आप एक छोर पर उच्च लाभ वाले बाहरी एंटीना का उपयोग नहीं कर रहे हैं, तो यह सबसे अच्छा है कि एंटेना समान और उन्मुख हों। यह अधिकतम विश्वसनीयता और सीमा प्राप्त करने के लिए है, और दिए गए एंटेना को स्थिर रखा गया है।

अंत में सुधार की मात्रा को मापना थोड़ा कठिन है; लेकिन मेरे आवेदन में, मैंने इसे असंशोधित संस्करणों पर 50 से 100% तक रखा है। मुझे लगता है कि यह कम से कम 2.5db बाहरी एंटीना वाली इकाई जितना ही अच्छा है; लेकिन NRF24L01+PA+LNA इकाई जितना प्रभावी नहीं है।

इस निर्देश का मुख्य उद्देश्य केवल यह निर्देश देना है कि एक बेहतर द्विध्रुवीय एंटीना के साथ एक संशोधित NRF24L01+ कैसे तैयार किया जाए ताकि यह अधिक से अधिक संचार प्राप्त कर सके और परियोजनाओं में क्षमता और बेहतर उपयोगिता प्राप्त कर सके।

शायद यही वह सब है जिसमें ज्यादातर लोगों की दिलचस्पी होगी। इस विचार के साथ: "इन इकाइयों से अधिक उपयोगी रेंज प्राप्त करने के लिए मैं क्या करूँ?"

तो इस बिंदु पर … इस पर है; और मुझे अपने स्वयं के अनुकूलित रेडियो का उपयोग करके अपनी परियोजनाओं के साथ अपनी सफलताओं के बारे में बताएं।

यदि आप अपने संशोधित रेडियो का पूर्व परीक्षण करना चाहते हैं तो मैंने अपने परीक्षण के लिए बनाए गए सॉफ़्टवेयर को बाद के चरण में शामिल किया है।

चरण 4: मैंने इस डिज़ाइन को कैसे अनुकूलित किया

अब उन लोगों के लिए जो रुचि रखते हैं, मैं इस बारे में कुछ साझा करूंगा कि मैंने कैसे परीक्षण किया और योग्य सुधार किया। हालाँकि, कृपया ध्यान दें, परीक्षण को कैसे लागू किया जाए, यह इस निर्देश का फोकस नहीं है।

किसी भी Arduino या तुलनीय बोर्ड के परीक्षण के लिए, NRF24L01+ मॉड्यूल के साथ, का उपयोग किया जा सकता है। लिखित के रूप में परीक्षण सॉफ्टवेयर के साथ 01+ संस्करणों की आवश्यकता है, क्योंकि यह 250KHz संचारण दर का उपयोग करता है। केवल 1.9-3.6v के वोल्टेज वाले रेडियो को ही पावर देना सुनिश्चित करें।

अपनी रेंज विश्वसनीयता परीक्षण के लिए, मैंने रिमोट के रूप में एक प्रो-मिनी Arduino और एक अनमॉडिफाइड NRF24L01+ का उपयोग किया। जो केवल एक डेटा पैकेट प्राप्त करता है और उसे एक पावती के रूप में वापस प्रतिध्वनित करता है। ये 3.3V रेगुलेटेड के रन ऑफ थे।

मैंने इस असेंबली को एक छोटे से बॉक्स में टेप किया था जिसे मैं आसानी से और बार-बार विभिन्न परीक्षण स्थानों में स्थिति में रख सकता था।

मैंने मुख्य ट्रांसीवर के रूप में संशोधित NRF24L01+ के साथ एक Nano3.0 MCU का उपयोग किया। यह छोर स्थिर था और परीक्षण के परिणाम प्रदान करता था (या तो 16x02 एलसीडी डिस्प्ले या सीरियल मॉनिटर के माध्यम से)। प्रारंभ में मैंने स्थापित किया कि एक बेहतर एंटीना के परिणामस्वरूप बेहतर संचारण और क्षमता प्राप्त होगी। इसके अलावा, मुझे किसी भी अंत में इस्तेमाल किए गए संशोधित रेडियो के साथ एक ही परीक्षा परिणाम मिलेगा। ध्यान दें कि परीक्षण में प्रत्येक पक्ष दोनों संचारित और प्राप्त करता है, ऐसा इसलिए है क्योंकि एक संचरण के बाद एक पावती होती है जिसे एक सफल संचार के रूप में गिना जाने के लिए प्राप्त करने की आवश्यकता होती है।

ध्यान दें कि कई चीजें हैं जो परीक्षण के परिणामों को प्रभावित कर सकती हैं:

• स्पर्श करना, या लगभग इतना ही, RF24 मॉड्यूल या इसके तार।
• किसी का शरीर ट्रांसमिशन लाइन के साथ इनलाइन होता है।
• उपरोक्त दोनों का सकारात्मक प्रभाव पड़ता है।
• आपूर्ति वोल्टेज विशेषताओं
• सबसे बढ़कर, ट्रांसमीटर और रिसीवर एंटेना का अभिविन्यास।
• क्षेत्र में अन्य वाईफाई यातायात। ये मतभेद पैदा कर सकते हैं जो 'अच्छे मौसम' से लेकर 'तूफानी परिस्थितियों' तक महसूस कर सकते हैं। इसलिए मैंने मुख्य रूप से अनुकूल परिस्थितियों में परीक्षण करने की कोशिश की। मैं परीक्षण के तहत दी गई इकाई के लिए सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त करने के लिए परीक्षण दोहराऊंगा और बाद में उन परिणामों की तुलना अन्य परीक्षण इकाइयों पर प्राप्त तुलनीय परिणामों से करूंगा।

दृष्टि की रेखा के साथ बाहर की तुलना में विश्वसनीय परीक्षण परिणाम प्राप्त करना कठिन है। मैं किसी एक इकाई की स्थिति को केवल कुछ इंच आगे बढ़ाकर परिणामों में भारी अंतर प्राप्त कर सकता था। यह घनत्व और बाधाओं और परावर्तक सिग्नल पथों के निर्माण के कारण है। एक अन्य कारक एंटीना सिग्नल शक्ति पैटर्न हो सकता है, लेकिन मुझे संदेह है कि यह कुछ इंच की गति के पक्ष में भारी अंतर पैदा कर सकता है।

मैंने कुछ आवश्यक प्रदर्शन आँकड़े प्रदान करने के लिए कुछ सॉफ़्टवेयर तैयार किए।

इसके अलावा, मैंने जितना संभव हो, परीक्षण की स्थिति तय की है। प्रदर्शन परीक्षणों की प्रत्येक बैटरी के लिए एक ही अभिविन्यास के साथ रखे गए एंटेना (टीएक्स और आरएक्स) को एक चिह्नित स्थान पर टैप करने की तरह। नीचे दिए गए परीक्षा परिणाम कई स्थानों से कई परीक्षणों का संयुक्त औसत हैं। उपयोग की गई परीक्षण स्थितियों के तहत एक असंशोधित रेडियो के माध्यम से कोई भी सफल संदेश प्राप्त करने में असमर्थ था।

मुझे 24ga के साथ सर्वोत्तम परिणाम मिले। 30ga से अधिक। तार परिणाम केवल थोड़े बेहतर थे; 10 प्रतिशत कहो। निश्चित रूप से मैंने केवल दो समान वायर्ड उदाहरणों की कोशिश की, और कुल एंटीना टोपोलॉजी (खंडों में अंतर का योग) में 1 मिमी अंतर हो सकता है। इसके अलावा, मैंने ३०ga का उपयोग करते हुए पहले पुनरावृत्ति में बदलाव किया। कई 1 मिमी समायोजन करना। फिर उन तार लंबाई को 24ga के साथ दोहराया। 24 जीए के साथ लंबाई में और तुलनीय प्रयोगों के बिना। तार।

[ऊपर की छवि में तालिका 1 के परिणाम देखें]

जैसा कि मैं चाहता था कि मेरी इकाइयाँ मेरे पास एक छोटे से मामले में फिट हों, मैंने एंटीना ट्रांसमिशन लीड से 10 मिमी अलग और 10 मिमी लंबा केवल 6 मिमी और 6 मिमी होने से स्विच किया, फिर उस कॉन्फ़िगरेशन के लिए इष्टतम ट्यून किए गए एंटीना लंबाई के लिए परीक्षण किया। यहाँ मेरे विभिन्न परीक्षणों के परिणामों का एक संक्षिप्त सारांश दिया गया है:

[ऊपर की छवि में तालिका 2 के परिणाम देखें]

बेहतर प्रयोगशाला माप उपकरणों के साथ आगे का परीक्षण, निश्चित रूप से nRF24 रेडियो के लिए इस द्विध्रुवीय एंटीना संशोधन के सही इष्टतम प्रदर्शन के लिए बेहतर खंड लंबाई (तार आकार और संभवतः लगाव या अभिविन्यास के बिंदु) को तैयार और मान्य कर सकता है।

हमें बताएं कि क्या आप एक सत्यापन योग्य सुधार प्राप्त करते हैं (24ga से अधिक। 6X6mm x 30mm कॉन्फ़िगरेशन)। हम में से बहुत से लोग इन रेडियो का अधिकतम लाभ उठाना चाहते हैं (बिना भारी एंटीना जोड़े)।

आपके प्रोजेक्ट में ट्रांसमीटर और रिसीवर एंटेना समान रूप से क्षैतिज या लंबवत दोनों तरह से उन्मुख होने चाहिए और अत्यधिक अधिमानतः एक दूसरे के समानांतर होना चाहिए। इसके अतिरिक्त, शायद एक मानार्थ अभिविन्यास में यदि आप जानते हैं कि उनकी एक दिशात्मक प्राथमिकता है (यह आमतौर पर यहां इंगित नहीं किया गया है)। यदि आपके एंटेना आवश्यक रूप से शारीरिक रूप से भिन्न नहीं हैं, जैसे कि आप एक छोर पर उच्च लाभ वाले बाहरी एंटीना का उपयोग नहीं कर रहे हैं, तो यह सबसे अच्छा है कि एंटेना समान और उन्मुख हों। यह अधिकतम विश्वसनीयता और सीमा प्राप्त करने के लिए है, और दिए गए एंटेना को स्थिर रखा गया है।

चरण 5: हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर जिनका मैंने अपने परीक्षण में उपयोग किया है

हार्डवेयर मैंने अपने परीक्षण के लिए इस्तेमाल किया 2 एमसीयू Arduino कॉम्पैटिबल्स

2 एनआरएफ24एल01+

कभी-कभी मैंने a16x02 LCD डिस्प्ले (वास्तविक समय में सुविधाजनक देखने के लिए। सीरियल कंसोल का उपयोग परीक्षण के परिणाम प्राप्त करने के लिए भी किया जा सकता है) एक पुश बटन (परीक्षणों का एक नया सेट शुरू करने के लिए, अन्यथा आपको एक के माध्यम से जाना होगा पुनः आरंभ करें)

हार्डवेयर के लिंक मैं अनुशंसा करता हूं और उपयोग करता हूं:

एमसीयू: ईबे या प्रो-मिनी पर नैनो V3.0 Atmega328P:

NRF24L01+ मॉड्यूल https://ebay.com/itm/191351948163 और

16x02 LCD IC2 डिस्प्ले मॉड्यूल

ज़िप कोड फ़ाइलें यहाँ डाउनलोड करें: