„Raspberry Pi Zero Wifi“prieigos taškas su pasirinkta PCB antena: 6 žingsniai (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Ką mes gaminame?

Šios pamokos pavadinime yra daug techninių terminų. Suskaidykime.

Kas yra „Raspberry Pi Zero“(Rπ0)? „Raspberry Pi Zero“yra mažas kompiuteris. Tai mažesnė „Raspberry Pi“vieno lentos kompiuterio versija ir gali tilpti į 30 mm x 65 mm x 5 mm dėžutę. Be mažo dydžio, jis yra labai nebrangus ir labai mažos galios. Jis taip pat yra pakankamai galingas, kad galėtų paleisti pilną „Linux“operacinę sistemą „Raspbian“. Kaip ir bet kurį kitą kompiuterį, galite naudoti Rπ0 naršyti internete, žaisti žaidimus, naudoti biuro įrankius, rašyti programinę įrangą ir pan. Šioje pamokoje naudojamas „Raspberry Pi Zero Model W“, kuriame yra įmontuotas „Wi -Fi“adapteris.

Kas yra „wifi“adapteris? Jei norite naudoti „Wi -Fi“, kad prijungtumėte mobilųjį telefoną, planšetinį kompiuterį ar nešiojamąjį kompiuterį prie interneto, jūsų įrenginiui reikia „Wi -Fi“adapterio. „Wi -Fi“adapteryje yra grandinė ir antena. Jis konvertuoja duomenų signalus į ir iš elektromagnetinių bangų, kurių dažnis yra, pavyzdžiui, 2,4 GHz. Daugelyje mobiliųjų telefonų, planšetinių kompiuterių ir nešiojamųjų kompiuterių yra įmontuotas „Wi -Fi“adapteris. Tačiau taip pat galite įsigyti išorinį „Wi -Fi“adapterį, kuris prijungiamas prie kompiuterio per USB. Šiame projekte mes naudojame tiek vidinį „Rπ0“„Wi -Fi“adapterį, tiek išorinį „Wi -Fi“adapterį.

Kas yra „Wi -Fi“prieigos taškas? Keli mobilieji telefonai, planšetiniai kompiuteriai ar kompiuteriai gali belaidžiu ryšiu bendrauti su vienu „Wi -Fi“prieigos tašku, o duomenys iš šių įrenginių per prieigos tašką perkeliami į internetą. Šiame projekte Rπ0 yra „Wi -Fi“prieigos taškas. Kodėl norėtumėte turėti savo „Wi -Fi“prieigos tašką? Įrenginiai turi būti maždaug 100 metrų atstumu nuo prieigos taško, kad galėtų bendrauti. Tarkime, bibliotekos centre yra viešas „Wi -Fi“prieigos taškas. Kiekvienas, turintis nešiojamąjį kompiuterį per tą atstumą, gali naudotis prieigos tašku, kad galėtų prisijungti prie belaidžio ryšio. Ką daryti, jei norite patekti į parką šalia bibliotekos, esančios už 200 metrų? Naują prieigos tašką galite pastatyti bibliotekos nuosavybės pakraštyje, 100 m nuo pirmojo prieigos taško. Tada visi, turintys nešiojamąjį kompiuterį 100 m atstumu nuo šio naujo prieigos taško, taip pat gali prisijungti. Neviršydami turimo pralaidumo, šie prieigos taškai gali būti sujungti grandinėmis, kad būtų galima išplėsti interneto prieigą platesnėje teritorijoje.

Kas yra pasirinktinė spausdintinė plokštė (PCB)? PCB yra grandinė, sukonstruota dedant medžiagos sluoksnius ant izoliacinės plokštės. Varis raštuotas norimose vietose, kad susidarytų laidai, o skylės išgręžiamos ten, kur bus dedami komponentai. Individualizuotos PCB yra sukurtos naudojant specializuotą programinę įrangą. Šiam projektui pritaikytas PCB buvo sukurtas naudojant atvirojo kodo „KiCad“programinę įrangą. Tada dizainas buvo išsiųstas gamintojui. Individualios PCB projektavimas ir užsakymas nėra nei brangus, nei daug laiko reikalaujantis. Veiksmai išsamiai aprašyti žemiau. Jei išdėstysite PCB naudodami programinę įrangą ir ją pagaminsite, gausite patvarią, tiksliai pagamintą grandinę ir suprojektuotą pagal jūsų specifikacijas. Šiame projekte mes naudojame pasirinktinę PCB, kad sukurtume „Wi -Fi“anteną.

Kas yra antena? Antena yra „Wi -Fi“prieigos taško aparatinės įrangos dalis, konvertuojanti signalus į elektromagnetinę spinduliuotę ir iš jos. Daugelis antenų gali vienodai gerai perduoti ir priimti signalus iš visų pusių. Kitos antenos yra kryptingos, veikiančios daug geriau tam tikra kryptimi. Šiame projekte mes pasirinkome naudoti kryptinę anteną. Kai kryptinė antena perduoda signalą, ji nukreipia energiją tam tikra kryptimi, taigi, visa kita lygi, gerai suderinta kryptinė antena gali bendrauti ilgesniu atstumu nei ta, kuri nėra kryptinga. Šį „Instructable“įkvėpė kitas „Instructable“, kuris iš (pažodžiui) sąvaržėlių ir popsicle lazdelių pagamino kryptinę „Wi -Fi“anteną. Tame „Instructable“buvo „Yagi“„Wi -Fi“antenos modelis, o mūsų antena pagaminta iš šio modelio su nedideliais pakeitimais. „Yagi“antena, dar vadinama „Yagi-Uda“antena, yra kryptinės antenos rūšis, iš pradžių sukurta 1926 m. Kitas puikus antenų dizaino šaltinis ir kita informacija apie antenas yra ARRL antenos knyga.

Nors kai kurie žmonės prie interneto prisijungia kelis kartus per dieną, daugeliui kitų trūksta patikimos interneto prieigos. Prieigos prie interneto trūkumas yra problema tiek kaimo, tiek miesto vietovėse, ir tai yra problema išsivysčiusiose ir besivystančiose šalyse. Pavyzdžiui, 23% namų ūkių Wayne grafystėje Mičigano valstijoje, įskaitant Detroitą, 2017 m. Trūko interneto prieigos. Šios problemos sprendimai turi būti nebrangūs, nes daugelis žmonių, neturinčių prieigos prie kompiuterio, turi ribotus išteklius. Be to, sprendimai turi veikti ir nereikalaujant infrastruktūros, pvz., Tiesti varinius laidus ar šviesolaidinius kabelius. Šiose instrukcijose parodome, kaip sukurti savo „Wi -Fi“prieigos tašką, kad galėtumėte patys išplėsti internetą.

Apie šią pamoką

Šios instrukcijos yra modulinės. Galite vadovautis šių instrukcijų dalimis, nebūtinai užpildydami dalis prieš arba po jos. Pvz., Jei jus domina Rπ0 kaip prieigos taškas, bet pernelyg nesidomite antenomis, nedvejodami naudokite bet kurį „Wi -Fi“adapterį ir nekreipkite dėmesio į antenos kūrimo veiksmus. Jei norite sukurti pasirinktinę „Yagi“anteną, pereikite prie tos pamokos dalies. Komplekte yra antenos PCB išdėstymo failai.

„Wi -Fi“adapterio įdiegimo ir „Rπ0“kaip prieigos taško nustatymo veiksmas buvo išbandytas naudojant „Raspbian Stretch“4.14.52 ir 4.14.79. Tikimės, kad jie ir toliau dirbs su būsimomis versijomis. Tačiau šiuos veiksmus gali tekti keisti, jei naujesnėse operacinės sistemos versijose pasikeičia „Wi -Fi“prieigos konfigūracijos failai.

1 žingsnis: Surinkite reikmenis

Reikalingos medžiagos, reikalingos „Raspberry Pi Zero“sąrankai

• „Raspberry Pi Zero W“Įsitikinkite, kad įsigysite „W“modelį, kuriame yra integruotas „wifi“.https://www.adafruit.com/product/3400

  

• „Micro SD“kortelė Įsigykite bent 16 GB.
• „MicroSD“kortelių skaitytuvas
• USB šakotuvas su „MicroUSB“jungtimihttps://www.amazon.com/gp/product/B01JL837X8/
• USB klaviatūra ir pelėhttps://www.amazon.com/d/Keyboard-Mouse-Combos/Log…
• „Mini-HDMI to HDMI“kabelis Įsitikinkite, kad turite „Mini-HDMI“, o ne „Micro-HDMI“dydį.
• HDMI suderinamas monitorius
• Maitinimo šaltinis Vietoj to galite naudoti USB akumuliatorių.

Papildomi priedai, reikalingi „Wifi“prieigos taškui nustatyti

„Amazon Basics“USB „Wi-Fi“adapteris su nuimama antena

Papildomos medžiagos, reikalingos pasirinktinei PCB antenai

• RG-58 lituojamo kabelio jungtisDigikey dalies numeris CONSMA007-R58-ND
• Individualizuota spausdintinė plokštė
• Lituoklis ir nedidelis litavimo kiekis

2 veiksmas: nustatykite „Raspberry Pi Zero“

Atsisiųskite „Raspbian NOOBs Lite“ZIP failą iš https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs ir išpakuokite jį.

Prijunkite „MicroSD“kortelę prie kompiuterio naudodami „MicroSD“kortelių skaitytuvą. „MicroSD“kortelė turi būti nauja arba naujai suformatuota. Nukopijuokite failus į „MicroSD“kortelę.

Kitas žingsnis yra prijungti Rπ0 aparatūrą. Įdėkite „MicroSD“kortelę į Rπ0. Prijunkite USB šakotuvą prie Rπ0, o klaviatūrą ir pelę - prie USB šakotuvo. Prijunkite „Rπ0“prie maitinimo šaltinio ir prijunkite. „Amazon Basics“„Wi -Fi“adapteris nebus naudojamas šiame veiksme, todėl palikite jį neprijungtą.

Vykdykite vedlio instrukcijas, kad įdiegtumėte „Raspbian“operacinę sistemą į „Rπ0“. Šis žingsnis apima:

• Prisijungimas prie nustatyto „Wi -Fi“tinklo
• „Raspbian Full“diegimas (būkite kantrūs, tai užtrunka šiek tiek laiko.)
• Šalies, laiko juostos ir kalbos nustatymas
• Slaptažodžio nustatymas vartotojui pi
• Prisijungimas prie nustatyto „Wi -Fi“tinklo
• Atnaujinama (būkite kantrūs, tai užtrunka šiek tiek laiko.)
• Paleidimas iš naujo

Šiuo metu turime veikiantį Rπ0 kompiuterį, kuriame veikia „Raspbian“operacinė sistema. Spustelėkite „wifi“piktogramą viršutiniame dešiniajame ekrano kampe. Jame turėtų būti rodoma „wlan0“, prijungta prie jūsų nustatyto „Wi -Fi“tinklo.

3 veiksmas: įdiekite „Wifi“adapterio tvarkyklę

„Amazon Basics“prekės ženklo „Wi -Fi“adapteris puikiai tinka antenų projektams, nes pridedamą anteną galima atsukti, kad būtų galima prisukti mūsų anteną. Deja, „Raspbian“neatpažįsta šio „wifi“adapterio. Tai „Realtek 818b“adapteris, kurio serijos numeris 70F11C0531F8. Pagal https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?…, jame esančiam lustui reikalinga RTL8192EU tvarkyklė. Reikiamą tvarkyklę galite rasti internete iš „MrEngman“.

Norėdami įdiegti tvarkyklę, prijunkite „Amazon Basic“„WiFi“adapterį prie USB šakotuvo ir atidarykite terminalą. Į komandų eilutę įveskite šias komandas:

sudo wget https://fars-robotics.net/install-wifi -O/usr/bin/install-wifi

sudo chmod +x/usr/bin/install-wifi sudo install-wifi -h sudo install-wifi

Spustelėkite „wifi“piktogramą viršutiniame dešiniajame ekrano kampe.

Jame turėtų būti rodomi „wlan0“ir „wlan1“, ir abu jie turėtų būti prijungti prie nustatyto „Wi -Fi“tinklo. Šiuo metu turite veikiantį Rπ0 kompiuterį, kuriame veikia du veikiantys „Wi -Fi“adapteriai, vidinis ir išorinis „Amazon Basics“„WiFi“adapteris.

4 žingsnis: nustatykite „Rπ0“kaip prieigos tašką

Kitas žingsnis yra nustatyti „Rπ0“, kad jis veiktų kaip „Wi -Fi“prieigos taškas. Pasibaigus šiam žingsniui, išorinis „Amazon Basics“„Wi -Fi“adapteris Rπ0 vadinsis „wlan1“ir jis palaikys ryšį su nustatytu „Wi -Fi“tinklu. Rπ0 vidinį „wifi“adapterį vadins „wlan0“, o tokie įrenginiai kaip mobilieji telefonai, planšetiniai kompiuteriai ir nešiojamieji kompiuteriai galės prisijungti prie naujojo „Wi -Fi“tinklo „Rπ0“. Šie mobilieji telefonai, planšetiniai kompiuteriai ir nešiojamieji kompiuteriai galės naudoti šį naują „Wi -Fi“prieigos tašką, kad galėtų bendrauti internete.

Šis Rπ0 gali išplėsti nustatyto „Wi -Fi“tinklo diapazoną. Pavyzdžiui, tarkime, kad norime prijungti mobilųjį telefoną prie interneto, tačiau mobilusis telefonas yra 200 m nuo nustatyto „Wi -Fi“prieigos taško. Mobilusis telefonas gali nesugebėti užmegzti ryšio su taip toli esančiu „Wi -Fi“prieigos tašku. Tačiau mes galime įdėti Rπ0 su naujuoju prieigos tašku viduryje. Tada „Rπ0“gali naudoti išorinį „Wi -Fi“adapterį, kad galėtų bendrauti su nustatytu „Wi -Fi“tinklu, esančiu tik 100 m atstumu, o „Rπ0“gali naudoti vidinį „Wi -Fi“adapterį, kad galėtų bendrauti su mobiliuoju telefonu, kuris taip pat yra tik 100 m atstumu.

„Adafruit“turi puikią pamoką, kaip nustatyti „Raspberry Pi“kaip „Wi -Fi“prieigos tašką. Pamokoje išsamiai aprašomi veiksmai, apimantys „Wi -Fi“prieigos taško nustatymą, reikalingų paketų diegimą, konfigūracijos failų redagavimą ir paslaugų paleidimą. Tačiau procedūrą sudaro keli veiksmai, todėl mūsų tikslams reikia pakeisti instrukcijas. Mes naudojame Rπ0 vietoj didesnio „Raspberry Pi“ir užmezgame ryšį tarp dviejų belaidžių prieigos taškų, o ne laidinio ir belaidžio prieigos taško. Be to, norint sėkmingai nustatyti prieigos tašką, reikia atlikti papildomus konfigūracijos failų pakeitimus.

Mes sukūrėme programą, kad supaprastintume diegimo procesą. Pridėtame ZIP faile yra reikalingi modifikuoti konfigūracijos failai ir maža C programa, kuri automatizuoja prieigos taško sąranką. Jis glaudžiai pagrįstas „Adafruit“pamoka. Ši programa sukuria atsargines esamų konfigūracijos failų kopijas, kopijas į naujus konfigūracijos failus, esančius ZIP faile, ir užbaigia prieigos taško diegimą.

Norint naudoti diegimo scenarijų, reikalingi kai kurie papildomi paketai. Norėdami įdiegti reikiamą programinę įrangą, naudokite šias komandas.

sudo apt-get install hostapd isc-dhcp-server

sudo apt-get install iptables-persistent

Atsisiųskite pridėtą ZIP failą ir išsaugokite jį naujame kataloge. Atidarykite terminalą ir pereikite prie to katalogo. Kiti veiksmai - išpakuokite failą ir paleiskite diegimo scenarijų.

tar-xzvf insatll-rpiAP.tar.gz

cd install-rpiAP sudo./install-rpiAP.o

Ši programa paragins įvesti (nustatyto) „Wi -Fi“tinklo pavadinimą ir jo slaptažodį. Jis sukurs naują prieigos tašką pavadinimu PI_AP su slaptažodžiu Raspberry.

Baigę scenarijų, iš naujo paleiskite „Rπ0“. Dabar, jei spustelėsite tinklo piktogramą viršutinėje dešinėje ekrano dalyje, sakoma, kad belaidžių sąsajų nerasta. Nesijaudink; jie egzistuoja ir veikia. Šiuo metu egzistuoja originalus „Wi -Fi“tinklas ir turime naują „Wi -Fi“tinklą, pavadintą „Pi_AP“. Paimkite mobilųjį telefoną ar kitą įrenginį ir pabandykite prisijungti prie naujo „Wi -Fi“prieigos taško. Įrenginyje atidarykite žiniatinklio naršyklę, kad galėtumėte išbandyti interneto ryšį naudodami šį naują prieigos tašką.

Diegimo programa pakeitė šiuos septynis konfigūracijos failus: /etc/dhcp/dhcpd.conf,/etc/default/isc-dhcp-server,/etc/network/interfaces, /etc/hostapd/hostapd.conf,/etc /default/hostapd, /etc/init.d/hostapd ir /etc/sysctl.conf. Galbūt norėsite atlikti papildomus šių konfigūracijos failų pakeitimus. Aukščiau paminėta „Adafruit“pamoka suteikia papildomos informacijos. Pvz., Pakeiskite failą /etc/hostapd/hostapd.conf, jei norite pakeisti naujo prieigos taško pavadinimą arba slaptažodį. Jei norite prijungti kelis Rπ0 prieigos taškus prie savo nustatyto tinklo, kiekvienam iš jų reikalingas unikalus IP adresas. Diegimo procese naudojama 192.168.42.1. Reikės keisti failus /etc/dhcp/dhcpd.conf ir/etc/network/interfaces. Be to, jums reikės komandos sudo ifconfig wlan0 192.168.zz.1, kur zz pakeičiamas kitu sveiku skaičiumi. Be to, šis prieigos taškas buvo išbandytas tik dėl IPv4 ryšio. Gali tekti atlikti papildomus diegimo procedūros arba konfigūracijos failų pakeitimus tiek IPv4, tiek IPv6 ryšiui prieigos taške.

5 žingsnis: suprojektuokite anteną

Suprojektuoti ir pagaminti anteną yra lengviau, nei atrodo. Mūsų požiūris buvo pradėti nuo modelio, jį modifikuoti, imituoti, kad jis vis dar atitiktų mūsų poreikius, ir tada išdėstyti ant PCB. Jei nenorite pasigaminti savo antenos, naudokite tą, kuri pateikiama kartu su „WiFi“adapteriu. Arba, jei norite sukurti savo anteną, bet ne kurti ar imituoti, mes pridėjome savo PCB išdėstymo failus. Tačiau skaitykite toliau, jei jus domina antenos dizainas, antenos modeliavimas ar PCB išdėstymas. Mūsų naudojama antena nebuvo optimizuota. Tikslas yra parodyti, kaip galite sukurti savo anteną, o ne parodyti idealią anteną.

Mes norėjome kryptinės antenos, veikiančios belaidžiu dažniu. „Instructable“, nuo kurio pradėjome, apima išsamų kryptinės „Yagi“antenos modelį, kurį galima pagaminti iš sąvaržėlių ir lazdelių. Atlikome tik vieną pakeitimą. Ši antena yra 42 cm ilgio ir turi 15 laidžių elementų. Atsikratėme visų elementų, išskyrus keturis, todėl antena bus trumpesnė.

Be to, mes imitavome anteną, kad užtikrintume, jog ji vis dar yra kryptinga, net jei yra mažiau elementų. EZNECby Roy Lewallen yra lengvai naudojamas antenos modeliavimo įrankis. Mes naudojome demonstracinę EZNEC 6.0 versiją. Pirmasis šios programinės įrangos naudojimo žingsnis yra apibūdinti anteną. Spustelėkite mygtuką „Laidai“ir įveskite antenos elementų vietą. Šių elementų dydis ir vieta yra nurodyti antenos šablone. Tada „Wi -Fi“signalams nustatėme 2,4 GHz dažnį ir pasirinkome žemės tipą, kad būtų laisva erdvė. Pridedamas EZNEC failas, apibūdinantis anteną, „WifiYagi.ez“.

EZNEC modeliavimo išvestis parodyta žemiau ir ji patvirtina, kad modifikuota antena vis dar yra kryptinga. Kairėje paveikslo dalyje parodyta antena. Juodos linijos yra laidūs elementai, o raudonas apskritimas ant antrojo elemento jungiasi prie „Wi -Fi“adapterio. Dešinė figūros dalis yra 3D spinduliuotės schema. Paveikslėlyje parodytas santykinis signalo stiprumas fiksuotu atstumu nuo perduodančios antenos skirtingais kampais. Kadangi grafikas x kryptimi yra didesnis nei kitomis kryptimis, antena yra kryptinė. Didžioji dalis antenos perduodamos energijos bus nukreipta x kryptimi. Jei tinkamai orientuosime šią anteną ir darant prielaidą, kad visa kita yra lygi, ši antena turėtų sugebėti bendrauti ilgesniais atstumais x kryptimi, nei jei nebūtume naudoję kryptinės antenos.

Kitas žingsnis yra išdėstyti pasirinktinę PCB. Nors antenos modelį, nuo kurio pradėjome, lengva sukurti, sunku tiksliai sukonstruoti. Spausdintinės plokštės gaminamos tiksliau ir yra patvaresnės. Mes naudojome atvirojo kodo programą „KiCad“. Mūsų PCB išdėstymo failai pridedami adresu wifi_pcb.tar.gz. Norėdami išpakuoti failą, naudokite komandą:

tar -zxvf wifi_pcb.tar.gz

PCB išdėstymo veiksmai yra šie:

• Atidarykite naują „KiCad“projektą.
• Eikite į PCB išdėstymo redaktorių.
• Pasirinkite mygtuką Pridėti grafines linijas ir „Edge. Cuts“sluoksnį ir nustatykite PCB perimetrą.
• Pasirinkite mygtuką Pridėti grafines linijas ir F. Cu sluoksnį ir nubrėžkite antenos elementus priekiniame vario sluoksnyje.
• Pasirinkite mygtuką „Pridėti Vias“ir įkiškite dvi skyles, kur bus prijungtas „Wi -Fi“adapteris.
• Pasirinkite mygtuką Pridėti grafinį daugiakampį ir F. kaukės sluoksnį ir nubrėžkite skylę priekinėje litavimo kaukėje, kad ji neuždengtų skylių. Pakartokite naudodami B. Mask sluoksnį, kad nubrėžtumėte skylę ir užpakalinėje litavimo kaukėje.
• Prie šilkografijos sluoksnių pridėkite bet kokių papildomų ženklų ar etikečių.
• Norėdami sukurti „Gerber“failus, pasirinkite Failas, tada Nubraižyti.

6 žingsnis: padarykite anteną

Mes nusipirkome PCB, pagamintus pagal mūsų išdėstymą. „Adafruit“turi mėgėjams draugiškų PCB gamintojų sąrašą. Nors mes išbandėme keletą PCB gamintojų, mes tikrai nežinome, kuris yra geriausias. Parodytą PCB pagamino „Oshpark“.

Atvykus PCB, kitas žingsnis yra lituoti ant RG-58 bendraašės jungties. PCB yra dvi skylės. Kištukas, pateikiamas kartu su jungtimi, yra per trumpas, todėl į vieną iš skylių lituokite nedidelį vielos gabalėlį. Įdėkite didelį lydmetalio tašką, jungiantį apvalkalą su kitu per skylę. Dabar turite kryptinę „Yagi“„Wi -Fi“anteną, pagamintą iš pasirinktinės PCB.

Atjunkite „Amazon Basics“belaidžio tinklo adapterį. Atsukite anteną, kurią gavote, ir užsukite naują PCB anteną. Vėl prijunkite „Wi -Fi“adapterį prie USB šakotuvo. Dabar projektas baigtas.