Улучшение связи iSpindel по Wifi. Переделка штатной антенны.
iSpindel, как средство контроля температуры и плотности получил широкое и заслуженное распространение в среде пивоваров и винокуров. Для тех, кто данное устройство собирал сам, будет не нова информация о частых периодических или полных отказах, казалось бы работающего iSpindel, по причине высокого процента некондиционных электронных компонентов, основные из которых DS18B20 и контроллер с Wifi (на базе ESP8266, ESP32 и т.д.)
Если вы всё же победили нерадивого производителя радиодеталей, то вас может поджидать особенность загрузки скетча. Вернее сказать перепрошивки/обновления, когда остатки старой прошивки мешают работать новой. Лечение описано здесь, инициализацией памяти.
И вот у нас в руках работающее устройство! Однако, при помещении его в реальные условия: металлический ферментер, холодильник, удаленный роутер с преградами в виде стен и шкафов, оказывается устройство не справляется с возложенной на него функцией. Показания он считывает и даже передаёт, однако принять сигнал некому. Тут мы подошли к третьей “засаде” под названием технический маркетинг, суть которого выпуск готовых плат с заведомо возможным улучшения каких-либо характеристик без существенной переделки заводского конвейера, конечно под новой версией и улучшенными характеристиками. Также имеет место достижение максимальной помехоустойчивости, пусть даже за счёт уменьшения чувствительности. Бороться в этой статье будем именно со следствием этого недуга.
Плата контроллера на базе ESP6288 и пр. имеет встроенную антенну Wifi -дорожка в виде змейки (Рис. 1). [hide]Усиленный сигнал с контроллера передает именно она, практически с ничтожным собственным усилением. И что в итоге мы получаем? Если силы сигнала и хватает пройти все препятствия на пути к роутеру, то он приходит настолько слабым, что чувствительности последнего недостаточно для его усиления.
Есть другие уважаемые варианты: перенести роутер ближе к iSpindel, установить репитер, сделать пассивную антенну, купить роутер поновее и прочее…
Но есть другой путь, менее затратный!
Испытания различных типов антенн в реальных условиях.
Цель испытаний: определение оптимального типа антенны, для уверенной передачи и приёма данных iSpindel по Wifi в условиях различных преград и помех.
Условия испытаний: квартира в 9-ти этажном панельном доме. Антенны устанавливались на один и тот же iSpindel. После переустановки антенн аккумулятор заряжался до полного. Все локации приемника (MAC Book Air) совпадали с точностью 100 мм. Ориентация (ось) iSpindel и ориентация приемника при различных антеннах соблюдались идентичными.
Условия помех: загруженная Wifi многоквартирного дома, 2 работающих роутера в квартире, антенна сотового оператора (2,6 ГГц) на одном уровне и в прямой видимости холодильника через окно (около 100 м). Дополнительно вводилась помеха включением СВЧ печи (2,45 ГГц), стояла в 1,5 м от холодильника. Для справки: iSpindel по Wifi работает на частоте 2,4 ГГц).
Пайка антенн к плате D1 mini производится по Рис. 2. Аккуратно перережьте по краям перемычки и соскоблите их. При пайке не перегревайте дорожки, т.к. они отстают от платы. Паяльными кислотами не пользоваться! Лучше спиртовой флюс, после пайки который необходимо смыть/протереть спиртом.
Типы антенн:
А– штыревая (сделана частичным копированием антенны со старого роутера) без дополнительных расчётов. Материал: медная трансформаторная проволока d=1- 1,2 mm. Диаметром менее 0,8 мм лучше не делать. Припаивается к дорожке с обозначением “Паять центральную жилу” на Рис. 2. После пайки обязательно прихватите клеем конец антенны к плате, а лучше ещё дополнительно где-нибудь посередине.
D– полуволновой вибратор с симметрирующим компенсатором (сделан по старым советским книгам, рассчитан под частоту 2,4 ГГц с учетом коэффициента укорочения). Материал: коаксиальный кабель от антенны роутера, стальная гильза от DS18B20. Припаивается и жила и оплётка по Рис. 2. Лучшее расположение антенны- это компенсатором (гильзой) к аккумулятору. У меня в суете просто не хватило длинны коаксиального кабеля, чтобы перевернуть. После пайки прихватывается клеем к плате в месте компенсатора.
F– штатная антенна
Локации приемника и излучателя:
0– без преград ; приёмник на расстоянии 1 м.
1– iSpindel в 5л нержавеющей магнитной кастрюле с водой и дуршлагом в качестве крышки; приёмник 1 м.
2– –/– и в холодильнике; приёмник от фасада холодильника 1 м.
3– –/– ; приёмник за гипсолитовой стеной (75 mm) от задней стороны холодильника 0,6 м.
4– –/– ; приёмник за двумя гипсолитовыми стенами по 75 mm, от задней стороны холодильника 1,5 м.
5– –/– ; приёмник за одной ж/б стеной (160 mm) от боковой стороны холодильника 2,2 м.
6– –/– ; приёмник за двумя ж/б стенами по 160 mm –/– 4,5 м.
Для оценки уровня сигнала и шума использовалась программа NetSpot. Параллельно была открыта html страница iSpindel с периодическим её переключением, для практической оценки устойчивости приёма-передачи данных. Как оказалось на практике, именно оценка по связи с html iSpindel и является определяющей устойчивости передачи данных. В отчётной таблице это столбец “стабильность передачи…”, ощутимые сбои выделены цветным фоном.
Отчетная таблица проведенных замеров:
Так выглядит графическое представление программы NetSpot для антенны тип А.
Слева направо: с 0 по 6 локации приёмника. Пробелы между условными прямоугольными графиками- это паузы сканирования во время перехода между локациями. Синяя сплошная линия – уровень сигнала, синяя штрих-пунктирная – уровень шума. Всплески шума- это работа СВЧ печи.
Вывод.
Из представленных выше, самой чувствительной как к помехам, так и к полезному сигналу является антенна тип D. Но обрывы связи при включении СВЧ печи, а также другие необъяснимые всплески шумов нивелируют чувствительность к полезному сигналу.
Лучшей по устойчивости связи в поле помех является антенна тип А.
Какую антенну выбрать- решать вам. Я советовал бы тип А.
P.S. Волновая электроника вещь тонкая и изменение условий, даже взаимное расположение дорожек на плате может оказать существенное влияние на работу радиоканала. Как видите на фотографиях, свои устройства я делал из макетной платы. Металлизация на плате является отражателем для радиоволн, т.е. усилителем- это мой бонус. Поэтому будет ли улучшения связи при реализации решений этой статьи достаточно, или потребуются дополнительные мероприятия,-выяснится, к сожалению, только после испытаний на вашем устройстве в ваших условиях эксплуатации. Но комплексное решение всегда лучше.
Для оценки прохождения пакетов поставьте частоту передачи в iSpindel на 5- 10 сек. За сутки, просмотрев логи данных на сервисном сайте определите сколько сеансов передач потеряно и как часто это происходит.
[/hide]
Обсудим?