Raspberry Pi Zero Wifi Access Point Na may Pasadyang PCB Antenna: 6 na Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Ano ang ginagawa natin

Ang pamagat ng tutorial na ito ay maraming mga teknikal na termino dito. Basagin natin ito.

Ano ang isang Raspberry Pi Zero (Rπ0)? Ang isang Raspberry Pi Zero ay isang maliit na computer. Ito ang mas maliit na bersyon ng Raspberry Pi solong board computer, at maaari itong magkasya sa isang 30mm ng 65mm ng 5mm box. Bilang karagdagan sa maliit na sukat nito, napakamura at napakababang lakas. Malakas din ito upang magpatakbo ng isang buong operating system na nakabatay sa Linux, Raspbian. Tulad ng anumang iba pang computer, maaari mong gamitin ang Rπ0 upang mag-browse sa web, maglaro, gumamit ng mga tool sa opisina, magsulat ng software, at iba pa. Ang tutorial na ito ay gumagamit ng Raspberry Pi Zero Model W, na mayroong built in na wifi adapter.

Ano ang isang wifi adapter? Kung nais mong gumamit ng wifi upang ikonekta ang iyong cellphone, tablet, o laptop sa internet, ang iyong aparato ay nangangailangan ng isang wifi adapter. Ang isang wifi adapter ay naglalaman ng circuitry at isang antena. Kinokonekta nito ang mga signal ng data papunta at mula sa mga electromagnetic na alon na may dalas malapit, halimbawa, 2.4 GHz. Karamihan sa mga cellphone, tablet, at laptop ay naglalaman ng built in na wifi adapter. Gayunpaman, maaari ka ring bumili ng isang panlabas na wifi adapter na kumokonekta sa isang computer sa pamamagitan ng USB. Sa proyektong ito, ginagamit namin ang parehong panloob na wifi adapter ng Rπ0 pati na rin isang panlabas na wifi adapter.

Ano ang isang access point ng wifi? Ang maramihang mga cellphone, tablet, o computer ay maaaring makipag-usap nang wireless sa isang solong wifi access point, at ang data mula sa mga aparatong ito ay inililipat sa pamamagitan ng access point sa internet. Sa proyektong ito, ang Rπ0 ay ang access point ng wifi. Bakit mo gugustuhin ang iyong sariling wifi access point? Ang mga aparato ay dapat na nasa loob ng halos 100 metro ng isang access point upang makipag-usap. Ipagpalagay na mayroong isang pampublikong access point ng wifi sa gitna ng isang silid-aklatan. Sinumang may isang laptop sa loob ng distansya na iyon ay maaaring gumamit ng access point upang wireless na makakuha ng online. Paano kung nais mo ng pag-access sa parke sa tabi ng library, 200 metro ang layo? Maaari kang maglagay ng isang bagong access point sa gilid ng pag-aari ng library, 100 m mula sa unang access point. Pagkatapos, ang sinumang may laptop sa loob ng 100 m ng bagong access point na iyon ay maaari ring mag-online. Sa loob ng mga limitasyon ng magagamit na bandwidth, ang mga access point na ito ay maaaring magkadena upang magkalat ang pag-access sa internet sa isang mas malawak na lugar.

Ano ang isang pasadyang Printed Circuit Board (PCB)? Ang PCB ay isang circuit na itinayo sa pamamagitan ng pagdedeposito ng mga layer ng materyal sa isang insulate board. Ang tanso ay pattern sa mga nais na lokasyon upang makabuo ng mga wire, at ang mga butas ay drilled kung saan ilalagay ang mga bahagi. Ang mga pasadyang PCB ay dinisenyo gamit ang dalubhasang software. Para sa proyektong ito, isang pasadyang PCB ay dinisenyo gamit ang bukas na mapagkukunang KiCad software. Pagkatapos ay ipinadala ang disenyo sa isang tagagawa upang gawin. Ang pagdidisenyo at pag-order ng isang pasadyang PCB ay hindi mahal o hindi gugugol ng oras. Ang mga hakbang ay detalyado sa ibaba. Kung naglalagay ka ng isang PCB gamit ang software at naisagawa ito, makakakuha ka ng isang circuit na matibay, tumpak na gawa, at idinisenyo sa iyong eksaktong mga pagtutukoy. Sa proyektong ito, gumagamit kami ng isang pasadyang PCB upang makagawa ng isang wifi antena.

Ano ang isang antena? Ang antena ay ang bahagi ng wifi access point hardware na nagko-convert ng mga signal papunta at mula sa electromagnetic radiation. Maraming mga antena ang maaaring magpadala at makatanggap ng mga signal na pantay na rin mula sa lahat ng mga direksyon. Ang iba pang mga antena ay nakadirekta, mas mahusay ang pagpapatakbo kasama ang isang partikular na direksyon. Sa proyektong ito, pinili naming gumamit ng isang direksyong antena. Kapag ang isang direksyong antena ay nagpapadala ng isang senyas, itinutuon nito ang enerhiya sa isang partikular na direksyon sa gayon, lahat ay pantay, ang isang maayos na nakahanay na direksyong antena ay maaaring makipag-usap sa isang mas mahabang distansya kaysa sa isang hindi direksyo. Ang Instructable na ito ay binigyang inspirasyon ng isa pang Instructable na gumawa ng isang direksyong wifi antena mula sa (literal) na mga paperclips at popsicle stick. Naglalaman ang Instructable na iyon ng isang pattern para sa isang wifi Yagi antena, at ang aming antena ay ginawa mula sa pattern na iyon na may bahagyang pagbabago. Ang isang antena ng Yagi, na tinatawag ding Yagi-Uda antena, ay isang uri ng direksyong antena na orihinal na dinisenyo noong 1926. Ang isa pang mahusay na mapagkukunan ng mga disenyo ng antena, pati na rin ang iba pang impormasyon tungkol sa mga antena, ay ang ARRL antenna book.

Habang ang ilang mga tao ay nag-access sa internet nang maraming beses sa isang araw, maraming iba pang mga tao ang kulang sa maaasahang pag-access sa internet. Ang kakulangan ng pag-access sa internet ay isang problema kapwa sa mga kanayunan at kalunsuran, at ito ay isang problema sa parehong maunlad at umuunlad na mga bansa. Halimbawa, 23% ng mga sambahayan sa Wayne County Michigan, na kinabibilangan ng Detroit, ay kulang sa pag-access sa internet noong 2017. Ang mga solusyon sa problemang ito ay kailangang magastos sapagkat marami sa mga taong walang access sa computer ang may limitadong mapagkukunan. Bilang karagdagan, ang mga solusyon ay kailangang gumana nang hindi nangangailangan ng imprastraktura tulad ng pagtula ng wire ng tanso o mga fiber optic cable. Sa mga tagubiling ito ipinapakita namin kung paano bumuo ng iyong sariling wifi access point upang mapalawak mo ang iyong sarili sa internet.

Tungkol sa Tutorial na ito

Modular ang mga tagubiling ito. Maaari mong sundin ang mga bahagi ng mga tagubiling ito nang hindi kinakailangang kumpletuhin ang mga bahagi bago o pagkatapos nito. Halimbawa, kung interesado kang gumamit ng isang Rπ0 bilang isang access point ngunit hindi masyadong interesado sa mga antena, huwag mag-atubiling gumamit ng anumang wifi adapter at huwag pansinin ang mga hakbang na nauugnay sa paggawa ng antena. Kung interesado kang gumawa ng isang pasadyang antena ng Yagi, lumaktaw diretso sa bahaging iyon ng tutorial. Ang mga file ng layout ng PCB para sa antena ay kasama.

Ang hakbang upang mai-install ang wifi adapter at ang hakbang upang i-set up ang Rπ0 bilang isang access point ay nasubukan gamit ang Raspbian Stretch 4.14.52 at 4.14.79. Inaasahan nilang magpatuloy silang gumana sa mga hinaharap na bersyon. Gayunpaman, maaaring kailanganing mabago ang mga hakbang na ito kung ang mga config file para sa pagbabago ng pag-access ng wifi sa mga mas bagong bersyon ng operating system.

Hakbang 1: Ipunin ang Mga Pantustos

Kailangan ng mga supply para sa Raspberry Pi Zero Setup

• Siguraduhing makuha ang modelong W na naitayo sa wifi.

  

• Micro SD Card Kumuha ng hindi bababa sa 16GB.https://www.amazon.com/gp/product/B073JWXGNT
• Reader ng MicroSD Card
• USB Hub na may konektor ng MicroUSBhttps://www.amazon.com/gp/product/B01JL837X8/
• USB Keyboard at Mousehttps://www.amazon.com/d/Keyboard-Mouse-Combos/Log…
• Mini-HDMI to HDMI cable Siguraduhing makuha ang laki ng Mini-HDMI, hindi Micro-HDMI.
• HDMI monitor na katugma
• Power Supply Maaari kang gumamit ng isang USB baterya pack sa halip. Https: //www.adafruit.com/product/1995

Karagdagang Mga Pangangailangan na Kailangan para sa Pagse-set up ng Wifi Access Point

Amazon Basics USB Wifi Adapter na may Detachable Antenna

Karagdagang Mga Pangangailangan na Kailangan para sa Pasadyang PCB Antenna

• RG-58 Solderable Cable ConnectorDigikey na bilang ng bahagi CONSMA007-R58-ND
• Pasadyang Printed Circuit Board
• Panghinang na Bakal at Maliit na Halaga ng Panghinang

Hakbang 2: I-set up ang Raspberry Pi Zero

I-download ang file ng Raspbian NOOBs Lite zip mula sa https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs at i-unzip ito.

Ikonekta ang MicroSD card sa computer gamit ang MicroSD card reader. Ang card ng MicroSD ay dapat na bago o bagong nai-format. Kopyahin ang mga file sa MicroSD Card.

Ang susunod na hakbang ay upang ikonekta ang Rπ0 hardware. Ipasok ang MicroSD card sa Rπ0. Ikonekta ang USB hub sa Rπ0, at ikonekta ang keyboard at mouse sa USB hub. Ikonekta ang Rπ0 sa suplay ng kuryente, at i-plug in ito. Ang Amazon Basics wifi adapter ay hindi gagamitin sa hakbang na ito, kaya iwanang hindi ito konektado.

Sundin ang mga tagubilin sa wizard upang mai-install ang Raspbian operating system papunta sa Rπ0. Ang hakbang na ito ay nagsasangkot ng:

• Pag-log in sa itinatag na wifi network
• Pag-install ng Buong Raspbian (Maging matiyaga, magtatagal.)
• Ang pagtatakda ng bansa, time zone, at wika
• Pagtatakda ng isang password para sa pi ng gumagamit
• Kumokonekta sa itinatag na wifi network
• Pag-update (Maging mapagpasensya, magtatagal ito.)
• Muling pag-reboot

Sa puntong ito, mayroon kaming isang gumaganang Rπ0 computer na nagpapatakbo ng Raspbian operating system. Mag-click sa icon ng wifi sa kanang sulok sa itaas ng screen. Dapat itong ipakita sa wlan0 na konektado sa iyong itinatag na wifi network.

Hakbang 3: I-install ang Wifi Adapter Driver

Ang tatak ng wifi ng Amazon Basics ay mahusay para sa mga proyekto ng antena sapagkat ang naibigay na antena ay maaaring ma-unscrew upang ang aming antena ay maaaring mai-tornilyo. Sa kasamaang palad, hindi kinikilala ng Raspbian ang wifi adapter na ito. Ito ay isang Realtek 818b adapter na may serial number 70F11C0531F8. Ayon sa https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?…, ang chip dito ay nangangailangan ng driver ng RTL8192EU. Ang kinakailangang driver ay magagamit online mula sa MrEngman.

Upang mai-install ang driver, i-plug ang Amazon Basic wifi adapter sa USB hub, at buksan ang isang terminal. Ipasok ang mga sumusunod na utos sa linya ng utos:

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

Mag-click sa icon ng wifi sa kanang itaas ng screen.

Dapat itong ipakita ang wlan0 at wlan1, at pareho dapat na konektado sa itinatag na wifi network. Sa puntong ito, mayroon kang isang gumaganang Rπ0 computer na tumatakbo kasama ang dalawang nagtatrabaho na mga wifi adapter, ang panloob at ang panlabas na Amazon Basics wifi adapter.

Hakbang 4: I-set up ang Rπ0 Bilang isang Access Point

Ang susunod na hakbang ay upang i-set up ang Rπ0 upang kumilos bilang isang access point ng wifi. Sa pagtatapos ng hakbang na ito, ang panlabas na Amazon Basics wifi adapter ay tatawaging wlan1 ng Rπ0, at makikipag-usap ito sa itinatag na wifi network. Ang panloob na wifi adapter ay tatawaging wlan0 ng Rπ0, at ang mga aparato tulad ng mga cellphone, tablet, at laptop ay maaaring kumonekta sa Rπ0 sa bagong network ng wifi. Magagamit ng mga cellphone, tablet, at laptop na ito ang bagong wifi access point na ito upang makipag-usap sa internet.

Maaaring mapalawak ng Rπ0 na ito ang saklaw ng isang itinatag na wifi network. Halimbawa, ipagpalagay na nais nating ikonekta ang isang cellphone sa internet, ngunit ang cellphone ay 200 m mula sa itinatag na wifi access point. Maaaring hindi makipag-usap ang cellphone sa itinatag na wifi access point nang napakalayo. Gayunpaman, mailalagay namin ang Rπ0 kasama ang bagong access point sa gitna. Pagkatapos ay maaaring magamit ng Rπ0 ang panlabas na wifi adapter upang makipag-usap sa itinatag na wifi network na 100 m lamang ang layo, at ang Rπ0 ay maaaring gumamit ng panloob na wifi adapter upang makipag-usap sa cellphone na 100 m lamang ang layo.

Ang Adafruit ay may mahusay na tutorial kung paano mag-set up ng isang Raspberry Pi bilang isang access point ng wifi. Detalye ng tutorial ang mga hakbang na kasama ang pag-set up ng access point ng wifi, pag-install ng mga kinakailangang package, pag-edit ng mga config file, at pagsisimula ng mga serbisyo. Gayunpaman, ang pamamaraan ay may maraming mga hakbang, at ang mga tagubilin ay kailangang baguhin para sa aming mga layunin. Gumagamit kami ng isang Rπ0 sa halip na ang mas malaking Raspberry Pi, at nagtataguyod kami ng isang koneksyon sa pagitan ng dalawang mga wireless access point sa halip na isang wired at wireless access point. Bilang karagdagan, kailangan ng karagdagang mga pagbabago sa mga config file upang matagumpay na mai-set up ang access point.

Sumulat kami ng isang programa upang gawing simple ang proseso ng pag-install. Naglalaman ang naka-attach na zip file ng binago na mga config file na kailangan pati na rin isang maliit na C program na awtomatiko ang pag-set up ng access point. Malapit itong nakabatay sa tutorial ng Adafruit. Sinusuportahan ng program na ito ang mga mayroon nang mga config file, mga kopya sa mga bagong file ng config na nilalaman sa zip file, at kinukumpleto ang pag-install ng access point.

Ang ilang mga karagdagang pakete ay kinakailangan bago namin magamit ang install script. Gamitin ang mga sumusunod na utos upang mai-install ang kinakailangang software.

sudo apt-get install hostapd isc-dhcp-server

sudo apt-get install iptables-persistent

I-download ang nakalakip na zip file at i-save ito sa isang bagong direktoryo. Magbukas ng isang terminal at baguhin sa direktoryo na iyon. Ang mga susunod na hakbang ay upang i-unzip ang file at patakbuhin ang script ng pag-install.

tar-xzvf insatll-rpiAP.tar.gz

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

Sasabihan ka ng program na ito na ipasok ang pangalan ng (itinatag) na wifi network at ang password nito. Magse-set up ito ng isang bagong access point na pinangalanang PI_AP na may password na Raspberry.

Matapos ang script ay tapos na, i-reboot ang Rπ0. Ngayon, kung nag-click ka sa icon ng network sa kanang itaas na bahagi ng screen, sinasabi nitong walang mga wireless interface na matatagpuan. Huwag magalala; mayroon sila at gumagana. Sa puntong ito, mayroon ang orihinal na wifi network, at mayroon kaming bagong wifi network na pinangalanang Pi_AP. Kumuha ng cellphone o iba pang aparato at subukang kumonekta sa bagong access point ng wifi. Magbukas ng isang web browser sa aparato upang subukan ang koneksyon sa internet habang ginagamit ang bagong access point na ito.

Ang sumusunod na pitong mga config file ay binago ng programa ng pag-install: /etc/dhcp/dhcpd.conf, / etc / default / isc-dhcp-server, / etc / network / interface, /etc/hostapd/hostapd.conf, / etc / default / hostapd, /etc/init.d/hostapd, at /etc/sysctl.conf. Maaaring gusto mong gumawa ng mga karagdagang pagbabago sa mga config file na ito. Ang tutorial ng Adafruit na nabanggit sa itaas ay nagbibigay ng mga karagdagang detalye. Halimbawa, baguhin ang file /etc/hostapd/hostapd.conf kung nais mong baguhin ang pangalan ng iyong bagong access point o password nito. Kung nais mong ikonekta ang maraming mga Rπ0 access point sa iyong itinatag na network, ang bawat isa ay nangangailangan ng isang natatanging IP address. Ang proseso ng pag-install ay gumagamit ng 192.168.42.1. Ang mga file /etc/dhcp/dhcpd.conf at / etc / network / interface ay kailangang mabago. Bilang karagdagan, kakailanganin mo ang utos sudo ifconfig wlan0 192.168.zz.1 kung saan ang zz ay pinalitan ng isa pang integer. Gayundin, ang access point na ito ay nasubok para sa IPv4 na komunikasyon lamang. Ang mga karagdagang pagbabago sa pamamaraan ng pag-install o ang mga config file ay maaaring kailanganin para sa parehong IPv4 at IPv6 na komunikasyon sa access point.

Hakbang 5: Idisenyo ang Antenna

Ang pagdidisenyo at paggawa ng isang antena ay mas madali kaysa sa tunog nito. Ang aming diskarte ay upang magsimula sa isang pattern, baguhin ito, gayahin ito upang matiyak na natutugunan pa rin nito ang aming mga pangangailangan, at pagkatapos ay itabi ito sa isang PCB. Kung hindi mo nais na gumawa ng iyong sariling antena, gamitin ang isa na kasama ng adapter ng wifi. Bilang kahalili, kung nais mong gumawa, ngunit hindi disenyo o gayahin, ang iyong sariling antena, ikinabit namin ang aming mga file ng layout ng PCB. Gayunpaman, basahin kung interesado ka sa disenyo ng antena, simulate ng antena, o layout ng PCB. Ang antena na ginamit namin ay hindi na-optimize. Ang layunin dito ay upang ipakita kung paano ka makakagawa ng iyong sariling antena, hindi upang ipakita ang isang perpektong antena.

Gusto namin ng isang direksyong antena na gumagana sa mga frequency ng wifi. Ang Instructable na sinimulan namin na may kasamang isang detalyadong pattern para sa isang direksyong Yagi antena na maaaring gawin mula sa mga paperclips at popsicle stick. Isang pagbabago lamang ang ginawa namin. Ang antena na ito ay 42 cm ang haba at naglalaman ng 15 elemento ng conductive. Natanggal namin ang lahat maliban sa apat sa mga elemento kaya ang antena ay magiging mas maikli.

Susunod, ginaya namin ang antena upang matiyak na ito ay nakadirekta pa rin, kahit na may mas kaunting mga elemento. Ang EZNECby Roy Lewallen ay isang madaling gamitin na tool ng simulate ng antena. Ginamit namin ang demo na bersyon ng EZNEC 6.0. Ang unang hakbang sa paggamit ng software na ito ay upang ilarawan ang antena. Mag-click sa pindutan ng Mga Wires, at ipasok ang lokasyon ng mga elemento ng antena. Ang laki at lokasyon ng mga elementong ito ay detalyado sa pattern ng antena. Susunod, itinakda namin ang dalas sa 2.4 GHz para sa mga signal ng wifi, at pinili namin ang uri ng lupa na maging libreng puwang. Ang file na EZNEC na naglalarawan sa antena, WifiYagi.ez, ay nakakabit.

Ang output ng simulang EZNEC ay ipinapakita sa ibaba, at pinatutunayan nito na ang binagong antena ay nakadirekta pa rin. Ipinapakita ng kaliwang bahagi ng pigura ang antena. Ang mga itim na linya ay ang mga kondaktibong elemento, at ang pulang bilog sa pangalawang elemento ay kung saan kumokonekta ang wifi adapter. Ang tamang bahagi ng pigura ay ang 3D radiation pattern plot. Ipinapakita ng pigura ang kamag-anak na lakas ng signal sa isang nakapirming distansya mula sa isang nagpapadala na antena sa iba't ibang mga anggulo. Dahil ang balangkas ay mas malaki sa x direksyon kaysa sa iba pang mga direksyon, ang antena ay itinuro. Karamihan sa enerhiya na naililipat ng antena ay pupunta sa x direksyon. Kung i-orient namin nang maayos ang antena na ito, at sa pag-aakalang lahat ay pantay-pantay, ang antena na ito ay dapat na makipag-usap nang mas matagal ang distansya sa x direksyon kaysa kung hindi namin ginamit ang isang direksyong antena.

Ang susunod na hakbang ay upang ilatag ang pasadyang PCB. Habang ang pattern ng antena na nagsimula kami ay madaling maitayo, mahirap na tumpak na bumuo. Ang mga naka-print na circuit board ay gawa nang mas tumpak, at ang mga ito ay mas matibay. Ginamit namin ang open source program na KiCad. Ang aming mga file ng layout ng PCB ay nakakabit, sa wifi_pcb.tar.gz. Upang i-unzip ang file, gamitin ang utos:

tar -zxvf wifi_pcb.tar.gz

Ang mga hakbang sa paglalagay ng PCB ay ang:

• Magbukas ng isang bagong proyekto sa KiCad.
• Pumunta sa PCB Layout Editor.
• Piliin ang button na Magdagdag ng Mga Grapiko na Linya at ang layer ng Edge. Cuts, at tukuyin ang perimeter ng PCB.
• Piliin ang button na Magdagdag ng Mga Grapiko na Linya at ang layer ng F. Cu, at iguhit ang mga elemento ng antena sa harap na layer ng tanso.
• Piliin ang pindutang Idagdag ang Vias, at ipasok ang dalawang butas kung saan makakonekta ang wifi adapter.
• Piliin ang button na Magdagdag ng Graphic Polygon at ang layer ng F. Mask, at iguhit ang isang butas sa harap na solder mask upang hindi nito masakop ang mga butas. Ulitin gamit ang layer ng B. Mask upang gumuhit ng isang butas sa back solder mask din.
• Magdagdag ng anumang mga karagdagang marka o label na ninanais sa mga layer ng silkscreen.
• Piliin ang File pagkatapos ay Plot upang makabuo ng mga Gerber file.

Hakbang 6: Gawin ang Antenna

Bumili kami ng mga PCB na ginawa mula sa aming layout. Ang Adafruit ay mayroong isang listahan ng mga tagagawa ng PCB na madaling gawin ng hobbyist. Habang sinubukan namin ang ilang PCBman manufacturing, hindi namin talaga alam kung alin ang pinakamahusay. Ang ipinakitang PCB ay gawa ng Oshpark.

Kapag dumating ang PCB, ang susunod na hakbang ay upang maghinang sa RG-58 coax connector. Ang PCB ay may dalawa sa pamamagitan ng mga butas. Ang pin na kasama ng konektor ay masyadong maikli, kaya maghinang ng isang maliit na piraso ng kawad sa isa sa mga butas. Maglagay ng isang malaking tuldok ng panghinang na kumukonekta sa shell sa isa pa sa pamamagitan ng butas. Mayroon ka ngayong isang direktang Yagi wifi antena na ginawa mula sa isang pasadyang PCB.

I-unplug ang adapter ng wifi ng Amazon Basics. Alisan ng tornilyo ang antena na kasama nito, at i-tornilyo ang bagong antena ng PCB. I-plug ang wifi adapter pabalik sa USB hub. Kumpleto na ang proyekto.