Diagramme de rayonnement ESP8266 : 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

L'ESP8266 est un module de microcontrôleur populaire car il peut être connecté à Internet via le WiFi intégré. Cela ouvre de nombreuses opportunités pour l'amateur de fabriquer des gadgets télécommandés et des appareils IoT avec un minimum de matériel supplémentaire. De manière pratique, la plupart des modules intègrent une antenne, soit un circuit imprimé de type F inversé, soit une puce céramique. Certaines cartes permettent même de brancher une antenne externe pour une portée supplémentaire. La plupart d'entre nous connaissent les bizarreries de la radio, de la télévision ou même des antennes de téléphone portable. Après avoir soigneusement ajusté la position de l'antenne ou de l'ensemble, le signal devient bruyant au moment où vous vous éloignez et vous asseyez ! Malheureusement, l'ESP8266 étant un appareil sans fil, peut afficher un comportement antisocial similaire. Une méthode de mesure du diagramme de rayonnement de l'ESP8266 est expliquée dans ce Instructable en utilisant la force du signal RSSI signalée par le module. Plusieurs types d'antennes sont testés et le sweet spot mis en évidence pour chaque version. Un petit moteur pas à pas est utilisé pour faire pivoter le module ESP8266 à 360 degrés sur une période de 30 minutes et une lecture RSSI moyenne mesurée toutes les 20 secondes. Les données sont envoyées à ThingSpeak, un service d'analyse IoT gratuit qui trace les résultats sous la forme d'un tracé polaire à partir duquel la direction du signal maximal peut être résolue. Ce processus a été répété pour plusieurs orientations du module ESP8266.

Fournitures

Les composants de ce projet sont faciles à trouver sur Internet auprès de fournisseurs comme eBay, Amazon, etc. s'ils ne sont pas déjà dans votre boîte à lettres.

28BYJ48 5V moteur pas à pas ULN2003 carte de commande Arduino UNO ou modules ESP8266 similaires pour test Antenne externe Alimentation USB Arduino IDE et compte ThingSpeak Divers - tube en plastique, fil, Blu tak

Étape 1: Présentation du système

Un Arduino Uno est utilisé pour entraîner le moteur pas à pas à travers une rotation complète sur une période de 30 minutes. Comme le moteur consomme plus de courant que celui disponible à partir de l'Uno, la carte de commande ULN2003 est utilisée pour fournir le courant moteur supplémentaire. Le moteur est vissé sur un morceau de bois pour donner une plate-forme stable et une longueur de tube en plastique poussé sur l'axe du moteur qui sera utilisé pour le montage du module à tester. Lorsque l'Uno est sous tension, la broche du moteur effectue une rotation complète toutes les 30 minutes. Un module ESP8266 programmé pour mesurer la force du signal WiFi, RSSI, est collé au tube en plastique afin que le module effectue une rotation complète. Toutes les 20 secondes, l'ESP8266 envoie la lecture de la force du signal à ThingSpeak où le signal est tracé en coordonnées polaires. La lecture RSSI peut varier selon les fabricants de puces mais se situe généralement entre 0 et -100 avec chaque unité correspondant à 1dBm de signal. Comme je déteste traiter avec des nombres négatifs, une constante 100 a été ajoutée à la lecture RSSI dans le tracé polaire afin que les lectures soient positives et que des valeurs plus élevées indiquent une meilleure force de signal.

Étape 2: moteur pas à pas

Le moteur pas à pas 28BYJ48 est légèrement vissé à un morceau de bois pour assurer la stabilité. Environ 8 pouces de tube en plastique 1/4 est collé sur la broche du moteur pas à pas pour le montage du module à tester. L'Uno, la carte pilote et le moteur sont câblés comme cela a été décrit à plusieurs reprises sur Internet. Un court croquis dans le fichier est flashé dans l'Uno afin que le tube fasse un cercle complet toutes les 30 minutes lorsqu'il est mis sous tension.

Le croquis utilisé pour faire tourner le moteur est répertorié dans le fichier texte, rien de révolutionnaire ici.

Étape 3: Test ESP8266

Les modules à tester ont d'abord été flashés avec un croquis qui envoie la lecture RSSI à ThingSpeak toutes les 20 secondes pour une révolution complète du moteur pas à pas. Trois orientations ont été tracées pour chaque module désigné par les tests A, B et C. En position A, le module est monté côté tube avec l'antenne vers le haut. Face à l'antenne, le RHS de l'antenne pointe vers le routeur au début du test. Malheureusement, j'ai à nouveau été grogné par des nombres négatifs, le moteur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre mais le tracé polaire est mis à l'échelle dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Cela signifie que le côté non masqué de l'antenne fait face au routeur à environ 270 degrés. En position B, le module est monté horizontalement sur le dessus du tube. L'antenne pointe vers le routeur comme dans le test A au début du test. Enfin, le module est positionné comme dans le test A puis le module est tourné de 90 degrés dans le sens des aiguilles d'une montre et monté pour donner la position de test C.

Le fichier texte donne le code requis pour envoyer les données RSSI à ThingSpeak. Vous devez ajouter vos propres détails WiFi et clé API si vous utilisez ThingSpeak.

Étape 4: Résultats du circuit imprimé en F inversé

Le premier module testé avait une antenne à circuit imprimé sinueuse qui est le type le plus courant car il est le moins cher à fabriquer. Le tracé polaire montre comment la force du signal change lorsque le module est tourné. Rappelez-vous que le RSSI est basé sur une échelle logarithmique et donc un changement de 10 unités RSSI est un changement de 10 fois la puissance du signal. Le test A avec l'antenne en haut du module donne le signal le plus élevé. De plus, la meilleure position est lorsque la piste PCB fait face au routeur. Les pires résultats se produisent dans le test B où il y a beaucoup de blindage par rapport aux autres composants de la carte. Le test C souffre également du blindage des composants, mais il y a certaines positions où la piste PCB a un chemin clair vers le routeur. La meilleure façon de monter le module est avec l'antenne vers le haut avec la piste PCB face au routeur. Dans ce cas, nous pouvons nous attendre à une force de signal d'environ 35 unités. Des positions non optimales peuvent facilement réduire la puissance du signal d'un facteur dix. Normalement, le module serait monté dans un boîtier pour une protection à la fois physique et environnementale, on pourrait s'attendre à ce que cela réduise encore plus le signal… Un test pour l'avenir.

ThingSpeak a besoin d'un peu de code pour organiser les données et créer les tracés polaires. Cela peut être trouvé dans le fichier texte intégré.

Étape 5: Résultats des puces en céramique

Certains modules ESP8266 utilisent une puce en céramique pour l'antenne au lieu de la piste de circuit imprimé. Je n'ai aucune idée de leur fonctionnement, sauf que la constante diélectrique élevée de la céramique permet probablement une réduction de la taille physique. L'avantage de l'antenne à puce est un encombrement réduit au détriment du coût. Les tests d'intensité du signal ont été répétés sur un module avec une antenne à puce en céramique donnant les résultats sur l'image. L'antenne à puce a du mal à atteindre une intensité de signal supérieure à 30 par rapport à 35 avec la conception PCB. Peut-être que la taille compte après tout ? Le montage du module avec la puce vers le haut donne la meilleure transmission. Cependant, dans le test B avec la carte montée horizontalement, il y a beaucoup de blindage par rapport aux autres composants de la carte dans certaines positions. Enfin, dans le test C, il y a des positions où la puce a un chemin clair vers le routeur et d'autres moments où il y a une obstruction des autres composants de la carte.

Étape 6: Résultats de l'antenne omnidirectionnelle

Le module de puce en céramique avait la possibilité de connecter une antenne externe via un connecteur IPX. Avant que le connecteur puisse être utilisé, un lien doit être déplacé pour échanger le chemin du signal de la puce à la prise IPX. Cela s'est avéré assez facile en tenant le lien avec une pince à épiler, puis en chauffant le lien avec un fer à souder. Une fois la soudure fondue, le maillon peut être retiré et placé dans la nouvelle position. Un autre coup avec le fer à souder soudera le lien dans la nouvelle position. Le test de l'antenne omni était légèrement différent. L'antenne a d'abord été testée en la faisant pivoter horizontalement. Ensuite, l'antenne a été cliquée dans une position à 45 degrés et testée. Enfin un tracé a été fait avec l'antenne verticale. Assez étonnamment, la pire position était une position verticale pour l'antenne d'autant plus que les antennes du routeur étaient verticales et dans un plan similaire. Les meilleures positions étaient avec l'antenne entre l'horizontale et 45 degrés avec un angle de rotation d'environ 120 degrés. Dans ces conditions, la force du signal a atteint 40, une amélioration significative par rapport à l'antenne à puce d'origine. En réalité, de nombreux autres facteurs, connus et inconnus, influencent la force du signal, faisant de la mesure expérimentale le meilleur moyen de tester le système.

Étape 7: L'antenne optimale

Comme test final, l'antenne omnidirectionnelle a été réglée à 45 degrés dans la position de puissance de signal la plus élevée. Cette fois, l'antenne n'a pas été tournée mais laissée à l'enregistrement de données pendant 30 minutes pour donner une idée de la variation de mesure. Le tracé indique que la mesure est stable à +/- 2 unités RSSI. Tous ces résultats ont été pris dans un foyer électriquement occupé. Aucune tentative n'a été faite pour éteindre les téléphones DECT, les fours à micro-ondes ou d'autres appareils WiFi et Bluetooth pour réduire le bruit électrique. C'est le monde réel…Ce Instructable montre comment mesurer l'efficacité des antennes utilisées sur ESP8266 et des modules similaires. Une antenne à piste imprimée donne une meilleure force de signal par rapport à une antenne à puce. Cependant, comme prévu, une antenne externe donne le meilleur résultat.