Padrão de radiação ESP8266: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

O ESP8266 é um módulo microcontrolador popular porque pode ser conectado à Internet por meio do WiFi integrado. Isso abre muitas oportunidades para o amador criar gadgets controlados remotamente e dispositivos IoT com o mínimo de hardware extra. Convenientemente, a maioria dos módulos incorpora uma antena, seja um circuito impresso tipo F invertido ou um chip de cerâmica. Algumas placas permitem até que uma antena externa seja conectada para alcance extra. A maioria de nós está familiarizada com as peculiaridades do rádio, TV ou até mesmo das antenas de telefone celular. Depois de ajustar cuidadosamente a posição da antena ou do aparelho, o sinal fica barulhento assim que você se afasta e se senta! Infelizmente, o ESP8266 sendo um dispositivo sem fio, pode apresentar comportamento anti-social semelhante. Um método de medição do padrão de radiação do ESP8266 é explicado neste Instrutível usando a intensidade do sinal RSSI relatada pelo módulo. Vários tipos de antena são testados e o ponto ideal destacado para cada versão. Um pequeno motor de passo é usado para girar o módulo ESP8266 360 graus por um período de 30 minutos e uma leitura RSSI média medida a cada 20 segundos. Os dados são enviados para ThingSpeak, um serviço gratuito de análise de IoT que mapeia os resultados como um gráfico polar a partir do qual a direção do sinal máximo pode ser resolvida. Este processo foi repetido para várias orientações do módulo ESP8266.

Suprimentos

Os componentes para este projeto são facilmente encontrados na Internet em fornecedores como eBay, Amazon etc., se ainda não estiverem em sua caixa de lixo.

28BYJ48 motor de passo 5V ULN2003 placa de driver Arduino UNO ou módulos ESP8266 semelhantes para teste Antena externa Fonte de alimentação USB Arduino IDE e conta ThingSpeak Diversos - tubo de plástico, fio, Blu tak

Etapa 1: Visão geral do sistema

Um Arduino Uno é usado para acionar o motor de passo por uma rotação completa por um período de 30 minutos. Como o motor consome mais corrente do que a disponível no Uno, a placa do driver ULN2003 é usada para fornecer a corrente extra do motor. O motor é aparafusado em um pedaço de madeira para fornecer uma plataforma estável e um pedaço de tubo de plástico inserido no eixo do motor que será usado para montar o módulo em teste. Quando o Uno é ligado, o eixo do motor faz uma rotação completa a cada 30 minutos. Um módulo ESP8266 programado para medir a força do sinal WiFi, RSSI, é preso ao tubo de plástico para que o módulo faça uma rotação completa. A cada 20 segundos, o ESP8266 envia a leitura da força do sinal para ThingSpeak, onde o sinal é plotado em coordenadas polares. A leitura RSSI pode variar entre os fabricantes de chips, mas geralmente fica entre 0 e -100 com cada unidade correspondendo a 1dBm de sinal. Como odeio lidar com números negativos, uma constante 100 foi adicionada à leitura RSSI no gráfico polar para que as leituras sejam positivas e os valores mais altos indiquem uma melhor intensidade do sinal.

Etapa 2: motor de passo

O motor de passo 28BYJ48 é ligeiramente parafusado em um pedaço de madeira para fornecer estabilidade. Cerca de 8 polegadas de um tubo de plástico de 1/4”é colado no eixo do motor de passo para a montagem do módulo em teste. O Uno, a placa do driver e o motor são conectados como já foi descrito várias vezes na internet. Um pequeno esboço no arquivo é exibido no Uno para que o tubo gire um círculo completo a cada 30 minutos quando ligado.

O esboço usado para girar o motor está listado no arquivo de texto, nada de revolucionário aqui.

Etapa 3: Teste ESP8266

Os módulos para teste foram primeiro exibidos com um esboço que envia a leitura RSSI para o ThingSpeak a cada 20 segundos para uma rotação completa do motor de passo. Três orientações foram traçadas para cada módulo denotado pelos testes A, B e C. Na posição A, o módulo é montado no lado do tubo com a antena voltada para cima. Ao ficar de frente para a antena, o RHS da antena aponta para o roteador no início do teste. Infelizmente, fui surpreendido por números negativos novamente, o motor gira no sentido horário, mas o gráfico polar é escalado no sentido anti-horário. Isso significa que o lado não obscurecido da antena está voltado para o roteador em cerca de 270 graus. Na posição B, o módulo é montado horizontalmente na parte superior do tubo. A antena aponta para o roteador como no teste A no início do teste. Finalmente, o módulo é posicionado como no teste A e então o módulo é girado 90 graus no sentido horário e montado para dar a posição C de teste.

O arquivo de texto fornece o código necessário para enviar os dados RSSI para ThingSpeak. Você precisa adicionar seus próprios detalhes de WiFi e chave de API se usar o ThingSpeak.

Etapa 4: Resultados do circuito impresso F invertido

O primeiro módulo testado tinha uma antena sinuosa de circuito impresso que é o tipo mais comum por ser a mais barata de fabricar. O gráfico polar mostra como a intensidade do sinal muda conforme o módulo é girado. Lembre-se de que o RSSI é baseado em uma escala logarítmica e, portanto, uma mudança de 10 unidades RSSI é uma mudança de 10 vezes na potência do sinal. O teste A com a antena na parte superior do módulo fornece o sinal mais alto. Além disso, a melhor posição é quando a trilha do PCB está voltada para o roteador. Os piores resultados ocorrem no teste B, onde há muita blindagem dos outros componentes da placa. O teste C também sofre de blindagem de componente, mas há algumas posições em que o trilho do PCB tem um caminho livre para o roteador. A melhor maneira de montar o módulo é com a antena voltada para cima com o trilho do PCB voltado para o roteador. Nesse caso, podemos esperar uma intensidade de sinal de cerca de 35 unidades. Posições não ideais podem facilmente reduzir a intensidade do sinal por um fator de dez. Normalmente, o módulo seria montado em uma caixa para proteção física e ambiental, podemos esperar que isso reduza o sinal ainda mais … Um teste para o futuro.

ThingSpeak precisa de um pouco de código para organizar os dados e fazer os gráficos polares. Isso pode ser encontrado no arquivo de texto incorporado.

Etapa 5: Resultados do Chip de Cerâmica

Alguns módulos ESP8266 usam um chip de cerâmica para a antena em vez do circuito impresso. Não tenho ideia de como eles funcionam, exceto que a alta constante dielétrica da cerâmica provavelmente permite um encolhimento no tamanho físico. A vantagem do chip Antena é uma pegada menor em detrimento do custo. Os testes de força do sinal foram repetidos em um módulo com uma antena de chip de cerâmica dando os resultados na imagem. A antena do chip se esforça para alcançar uma força de sinal maior que 30 em comparação com 35 com o design PCB. Afinal, talvez o tamanho importe? A montagem do módulo com o chip voltado para cima proporciona a melhor transmissão. No entanto, no Teste B com a placa montada horizontalmente, há muita proteção dos outros componentes da placa em certas posições. Finalmente, no Teste C, há posições em que o chip tem um caminho livre para o roteador e outras vezes quando há obstrução de outros componentes da placa.

Etapa 6: Resultados da antena omnidirecional

O módulo de chip de cerâmica tinha a opção de conectar uma antena externa através de um conector IPX. Antes que o conector possa ser usado, um link deve ser movido para trocar o caminho do sinal do chip para o soquete IPX. Isso provou ser muito fácil segurando o elo com uma pinça e aquecendo o elo com um ferro de solda. Assim que a solda derreter, o elo pode ser retirado e colocado na nova posição. Outro toque com o ferro de solda soldará o link de volta à nova posição. O teste da antena omni foi um pouco diferente. Primeiro, a antena foi testada girando-a horizontalmente. Em seguida, a antena foi clicada em uma posição de 45 graus e testada. Finalmente, um gráfico foi feito com a antena vertical. Surpreendentemente, a pior posição foi uma posição vertical para a antena, especialmente porque as antenas roteadoras eram verticais e em um plano semelhante. As melhores posições foram com a antena entre a horizontal e 45 graus com um ângulo de rotação de cerca de 120 graus. Sob essas condições, a intensidade do sinal atingiu 40, uma melhoria significativa em relação à antena do chip original. Os gráficos mostram apenas a menor semelhança com aqueles diagramas de rosca lindamente simétricos mostrados em livros de texto para antenas. Na realidade, muitos outros fatores, conhecidos e desconhecidos, influenciam a intensidade do sinal, tornando a medição experimental a melhor forma de testar o sistema.

Etapa 7: A antena ideal

Como teste final, a antena omnidirecional foi ajustada a 45 graus na posição de maior intensidade de sinal. Desta vez, a antena não foi girada, mas deixada no datalog por 30 minutos para dar uma ideia da variação da medição. O gráfico indica que a medição está estável em +/- 2 unidades RSSI. Todos esses resultados foram obtidos em uma casa eletricamente ocupada. Nenhuma tentativa foi feita para desligar telefones DECT, fornos de micro-ondas ou outros dispositivos WiFi e Bluetooth para reduzir o ruído elétrico. Este é o mundo real … Este Instructable mostra como medir a eficácia das antenas usadas no ESP8266 e módulos semelhantes. Uma antena de trilha impressa oferece uma força de sinal melhor em comparação com uma antena de chip. No entanto, como esperado, uma antena externa oferece o melhor resultado.