logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Jak zbudować PPS z kierunkowymi nadajnikami i odbiornikami?

mikmas 25 Kwi 2020 20:27 1314 18
REKLAMA
MediaMarkt Black Week
  • #1 18646843
    mikmas
    Poziom 18  
    Chcę się pobawić trochę falami radiowymi, jednak potrzebuję ich nadajnik i odbiornik.
    Zależy mi na tym, aby fala była kierunkowa. Dopiero jak skieruję nadajnik w kierunku odbiornika to odbiornik daje sygnał. Coś jak w przypadku podczerwieni, jednak zależy mi, aby przenikało przez małe przeszkody nieprzezroczyste na drodze. Do tego możliwie banalne sterowanie - daję stan wysoki przez 1.2345s na nadajnik i dokładnie przez 1.2345s mam na wyjściu odbiornika sygnał (zakładając, że skieruję antenę nadawczą kierunkową na odbiornik).

    Co chcę zrobić?
    PPS (Podwórko Positioning System) - GPS dla ubogich. Na rogach działki umieszczę anteny nadawcze kręcące się wokół siebie i w kierunku w którym są skierowane wysyłają informację o swojej pozycji i aktualnym kącie. Jeżeli co najmniej 2 wiązki trafią w obiekt (niekoniecznie jednocześnie), ten odbierze sygnał, rozpozna pozycję nadajnika i kąt, w którym był "strzał". Dzięki temu jest w stanie umieścić siebie na "mapie".

    EDIT!
    Podsumowanie:
    Możliwie mały (antena możliwie najmniejsza, także myślę 2+GHz)
    Odbiornik sparowany z nadajnikami
    Kierunkowy nadajnik
  • REKLAMA
    MediaMarkt Black Week
  • #2 18647785
    TvWidget
    Poziom 38  
    Kierunkowość to nie kwestia nadajnika ani odbiornika tylko anteny. Wielkość anteny jest związana z częstotliwością. Czym ta częstotliwość większa tym wymiary anteny mniejsze. Zwróć uwagę, że dopiero bardzo duże paraboliczne anteny na 2.4GHz pozwalają na uzyskanie wiązki o szerokości kilku stopni. W praktyce wiec dopiero przy 10GHz anteny o dużym zysku mają rozmiary pozwalające na ich zastosowanie w pomieszczeniach zamkniętych. Radary do pomiaru prędkości pracujące na dwa razy większej częstotliwości są już dość małe. Poszukaj portalach aukcyjnych anten tubowych z generatorem na diodzie Gunna. Kiedyś takie szkolne zestawy demonstracyjne były łatwo dostępne.

    Nowsze technologie pozwalają określić kierunek na podstawie przesunięcia fazowego sygnałów odbieranych przez zestaw kilku prostych miniaturowych anten. Taki zastaw anten może być przy nadajniku lub odbiorniku. Myślę, że w najbliższym czasie ta technologia będzie dostępna w smartfonie.
  • #3 18647822
    mikmas
    Poziom 18  
    Czyli nie ma dostępnej anteny z nadajnikiem takiej, żeby możliwie kierunkowo dał sygnał wysokiej częstotliwości?
  • REKLAMA
    MediaMarkt Black Week
  • #4 18647871
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Antena może być zrobiona tak, że ma kierunek "martwy", w którym nic nie wysyła - np. antena ramowa nie wysyła fali w kierunku prostopadłym do płaszczyzny ramy. I to działa także przy dość niskich częstotliwościach, jakkolwiek przy niskich jest duży udział odbić od przedmiotów w otoczeniu - np. przy kilku, nawet kilkunastu MHz fala odbija się od budynku, przy dziesiątkach MHz wnęki balkonów będą odbijać w innej fazie, niż ściany, i te fale odbite będą się osłabiać. Nadajnik może obracać antenę i wysyłać informację, jaki kierunek jest w danej chwili "martwy", a odbiornik rozpoznawać zanik sygnału, określać czas, kiedy on nastąpił, i wyliczać kierunek od nadajnika, korzystając z informacji o kierunku nadawania.
  • #5 18661293
    mikmas
    Poziom 18  
    Odkopuję troszkę temat, bo nadal aktualny. Nie chodzi mi o zmierzenie odległości, a możliwie kierunkowe złapanie sygnału. Powiedzmy, że mam 3 nadajniki i 1 odbiornik z ruchomą anteną kierunkową (lub na odwrót - 3 nadajniki z ruchomą anteną, 1 łapiący "zewsząd). Jeżeli skieruję ją na którąś z anten nadawczych to sygnalizuje odbiór. Dość prosta funkcjonalność. Czy są dostępne do kupna takie zabaweczki? Z chęcią użyłbym do tego po prostu odbiornika podczerwieni, ale światło nie przeniknie przez nawet malutkie nieprzezroczyste obiekty, co na podwórku robi problem.
  • #6 18661347
    _jta_
    Specjalista elektronik
    mikmas napisał:
    Jeżeli skieruję ją na którąś z anten nadawczych to sygnalizuje odbiór.

    Jest kwestia, na ile ona jest kierunkowa. Można jeszcze zrobić tak, że masz 2 anteny ustawione na różne kierunki, i mierzysz sygnał z obu - wtedy możesz precyzyjnie określić kierunek nadajnika. Zrobienie anteny, która odbiera tylko z określonego kierunku, wymaga rozmiarów anteny dużo większych od długości fali (kąt "widzenia" anteny = długość fali / rozmiar anteny); natomiast każda elementarna antena (nawet miniaturowa) ma charakterystykę kierunkową dipolową, czyli cos²(α) przy pomiarze mocy sygnału, i cos(α) przy pomiarze amplitudy - dwie prostopadle ustawione dadzą sygnały sin(α) i cos(α), można z odebranych sygnałów wyznaczać α, tylko trzeba przetwarzać sygnał przed detekcją, bo jak będziesz miał sin²(α) i cos²(α), to już nie odróżnisz α od -α, a i tak nie będzie rozróżnienia między α i α+π. To ostatnie też jest do uzyskania, jeśli połączysz anteny elektryczną i magnetyczną, i porównasz fazy.
  • #7 18661434
    TvWidget
    Poziom 38  
    mikmas napisał:
    Czy są dostępne do kupna takie zabaweczki?

    Najtańsze do tego celu będą beacony. Nadają okresowo ramkę w paśmie 2.4GHz. Dowolnie urządzenie z interfejsem Bluetooth 4.0 może ją odebrać. Na rynku jest też bardzo dużo kierunkowych anten pracujących w tym paśmie.
    Niestety jest trochę ale...
    1. Ramka nadawana jest na trzech częstotliwościach. Po stronie odbiorczej nie wiesz na jakim kanale odebrałeś sygnał. Antena nadawcza jak i odbiorcza nie mają jednakowego zysku na każdym z tych kanałów. Nawet jeśli odległość będzie jednakowa to będziesz obserwował różnice w poziomie sygnału
    2. Są beacony pozwalające wybrać tylko jeden kanał na jakim jest nadawany sygnał. Takie ustawienie powoduje jednak, że prawdopodobieństwo odebrania ramki spada 3 razy. Czyli będziesz ją odbierał rzadziej.
    3. W paśmie 2.4GHz jest wiele zakłóceń. W praktyce skutkują one fluktuacjami w poziomie odbieranego sygnału.

    Wszytko to powoduje, że rozwiązanie jakie wymyśliłeś będzie nadawało się do lokalizacji wolno poruszającego się żółwia. Dla takiego obiektu można uśredniać dane przez długi czas co w zaznaczanym stopniu usuwa chwilowe zmiany poziomu sygnału.
  • #8 18661447
    mikmas
    Poziom 18  
    @_jta_
    panie kochany ja nawet nie śmiem marzyć o zabraniu się za robienie takiej anteny. Liczę że jest możliwa do kupienia gotowa
    @TvWidget
    Bluetooth będzie mocno średni do takiego zastosowania IMHO. Co jakby użyć np. nrf24l01? Dałoby się do niego zastosować (jak?) jakąś gotową antenę, która ukierunkowałaby wiązkę nadawczą/odbiorczą?
    Powiedzmy, że mam jeden NRF24L01 pracujący jako nadajnik, pełniący funkcję radio-latarni. Biorę drugi NRF24L01 ustawiony jako odbiornik, zakładam antenę i dostaję sygnał tylko w momencie skierowania jej centralnie w stronę radiolatarni
  • #9 18661498
    TvWidget
    Poziom 38  
    mikmas napisał:
    Bluetooth będzie mocno średni do takiego zastosowania IMHO

    Pytanie dotyczyło tego co można kupić a nie zrobić. Dotyczyło również przypadku kilku obiektów. Każdy więc musi mieć swój unikalny identyfikator. Rozwiązanie z BLE wszystkie warunki spełnia.
    @jta akurat kombinuje w dobrym kierunku. Nowoczesne rozwiązania bazują na pomiarze fazy. Zwykle stosuje się nie dwie ale kilka anten.
  • #10 18661515
    mikmas
    Poziom 18  
    NRF jest banalny w sterowaniu, więc go mógłbym użyć. O ile by się dało. Tylko co z anteną i kierunkowaniem? Bo o nią się tu najbardziej rozchodzi
    Może być kilka obiektów. Unikalny ID w tym momencie nie jest problemem, bo układ ładnie obsługuje kodowanie/dekodowanie, więc radiolatarnie mogłyby podawać swój identyfikator. BT jest mocno średnie do tego zastosowania właśnie przez kilka częstotliwości na którym pracuje, a parowanie długo trwa.
  • #11 18661532
    TvWidget
    Poziom 38  
    mikmas napisał:
    BT jest mocno średnie do tego zastosowania właśnie przez kilka częstotliwości na którym pracuje, a parowanie długo trwa.

    Beacon działa w standardzie Bluetooth Low Energy. Tak jak napisałem wcześniej wysyła okresowo ramkę ze swoim unikalnym identyfikatorem. Odbieranie jej nie wymaga żadnego parowania. Trzy kanały zostały celowo użyte aby zwiększyć prawdopodobieństwo odebrania ramki. Informacja o kanale nie jest dostępna dla programisty w takich urządzeniach jak PC, smartfon lub RPi. Moduły BT być może ją zwracają.
    Sama nazwa beacon (latarnia morska) sugeruje właśnie przeznaczenie urządzenia dla systemów nawigacji.
  • #12 18791072
    mikmas
    Poziom 18  
    I znowu odkop :).
    To czy to będzie BT, Wifi, transceiver czy cokolwiek to już w sumie mniej ważne. Największym wyzwaniem jest tu kierunkowy odbiór sygnału. Budowa anteny jest tu największym wyzwaniem, aby móc możliwie dokładnie wskazać radiolatarnię. Myślałem o czymś w kształcie igloo - kopuła, w środku antena odbiorcza i silnik, który by obracał tą kopułę wokół własnej osi. Znając kąt, pod którym jest skierowana obudowa w momencie odebrania sygnału mogę ładnie określić, w którym kierunku jest nadajnik. Zasięg wystarczy do circa 30m otwartej (lub z małymi przeszkodami pokroju krzaka) przestrzeni, więc niedaleko
  • #13 18791130
    TvWidget
    Poziom 38  
    Poczekaj trochę. W najbliższym czasie mają pojawić się rozwiązania pozwalające rozwiązać problem stosunkowo tanio bez obracanej anteny jedynie na podstawie pomiaru fazy. Teoretyczna dokładność wynosi ~5 st.
  • #14 18791427
    _jta_
    Specjalista elektronik
    TvWidget napisał:
    Sama nazwa beacon (latarnia morska) sugeruje właśnie przeznaczenie urządzenia dla systemów nawigacji

    Niekoniecznie. Latarnie morskie dają błysk (albo określoną sekwencję błysków) co jakiś czas (dość dokładnie określony), i po tym można rozpoznać (o ile posiada się książkę z opisem), którą latarnię się zobaczyło. Pakiety wysyłane przez WiFi, czy BT mają podobną właściwość, więc są nazywane "beacon" - ale tu nie chodzi o nawigację.

    A jeśli chodzi o nawigację, to w lotnictwie są używane VOR - to takie radiowe odpowiedniki latarni - i Wikipedia je nieźle opisuje.
  • #15 18791937
    portwein
    Poziom 20  
    Cytat:
    z małymi przeszkodami pokroju krzaka

    Coś nie jestem przekonany do idei choć trochę precyzyjnego namierzenia nadajnika - nawet radiowego - bezpośrednio zza przeszkody.
    Może dać więcej punktów odniesienia tak, żeby zawsze choć jeden był widoczny? Może wtedy sprawdzi się także podczerwień?

    Jeśli to faktycznie niewielkie, stałe przeszkody, można je zmapować w systemie, a ponadto zapamiętywać ostatnią potwierdzoną pozycję obiektu. Dopóki nie ujawni się ponownie, znaczy: siedzi pod krzakiem.

    A może DGPS?
  • #16 19539520
    Grodzio
    Poziom 9  
    Witam, Poruszę moje zapytanie w tym temacie żeby nie zakładać nowego.
    Jestem totalnym laikiem jeśli chodzi o tą tematykę ale potrzebuję się dowiedzieć gdzie albo kto mógł by mi wykonać nadajnik kierunkowy wraz z odbiornikiem. Chodzi o to aby nadajnik w którym będą zaprogramowane pewne dane przy kontakcie z odbiornikiem (odbiornik w momencie zbliżenia się do nadajnika na odległość 100 metrów przekazuje informacje wysłane z nadajnika) ważne jednak aby nadajnik wysyłał dane tylko w jednym kierunku i o określonym promieniu ( tu zakładam że jest to kwestia ustawienia anteny) ważne również aby konstrukcja takiego nadajnika była jak najmniejsza i wymagała jak najmniejszych pokładów mocy. Gdyby ktoś miał pomysł jak to wykonać i chciał by się podjąć takiej czynności to proszę o kontakt.
    Pozdrawiam
  • #17 19539598
    TvWidget
    Poziom 38  
    Nie napisałeś co konkretnie chcesz przy pomocy opisanych urządzeń osiągnąć. Nie wykluczone, że uda się to zrobić prościej.
    Przykład małego nadajnika o małym poborze prądu to np. beacon wykorzystujący technologię Bluetooth. Małe urządzenie to również mała antena. Mała antena to kiepskie właściwości kierunkowe. Sygnał radiowy nadawany jest więc w wielu kierunkach. Jeśli jednak użyjesz malutkiego beacona z podłączoną do niego dużą kierunkową anteną do WiFi to uzyskasz mniej więcej to co potrzebujesz.
  • #18 19539675
    Rzuuf
    Poziom 43  
    O kierunkowosci nadawania i odbioru decyduje stosunek wymiarow anteny do dlugosci fali. Rowniez wielkosc „dostrzeganej” przeszkody zalezy od jej wymiarow w stosunku do dlugosci fali.
    Google i Wikipedia zaoszczedza Ci sporo pisaniny ...
  • #19 19539749
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Jeśli nie ma obcych sygnałów o częstotliwości zbliżonej na tyle, że nie odetnie ich dobrze filtr, to 1mW może dać sygnał rzędu 1mV/m w odległości 100m bez anteny kierunkowej; z kierunkową 0,1mW - więc moc nadajnika może być bardzo mała. Krótsze fale pozwalają na uzyskanie dobrej kierunkowości przy mniejszej antenie, ale i sygnał na odbiorniku wyjdzie mniejszy, bo jego antena będzie musiała być mniejsza. Dobry odbiornik radiofoniczny UKF łapał 10uV - tyle można zebrać z 1cm anteny (powiedzmy, dipol półfalowy na falę 2cm, czyli 15GHz), ale antena kierunkowa musi być wielokrotnie większa od długości fali.

    Problemem może być budowanie układów na gigahercowe częstotliwości. I uzyskanie stabilnej częstotliwości.

Podsumowanie tematu

Użytkownik poszukuje sposobu na zbudowanie kierunkowego systemu nadajników i odbiorników radiowych, który umożliwi lokalizację obiektów na podwórku. W dyskusji poruszono kwestie dotyczące kierunkowości sygnału, znaczenia anten oraz częstotliwości. Zwrócono uwagę, że kierunkowość sygnału zależy od wymiarów anteny w stosunku do długości fali, a także że nowoczesne technologie mogą wykorzystywać pomiar fazy sygnałów z kilku anten. Użytkownicy sugerowali wykorzystanie modułów NRF24L01 oraz beaconów Bluetooth, jednak podkreślono, że Bluetooth może być mniej efektywny z powodu zakłóceń i ograniczeń w kierunkowości. Wskazano również na możliwość zastosowania anten tubowych oraz parabolicznych dla uzyskania lepszej kierunkowości. W końcu, poruszono temat budowy anteny kierunkowej, która mogłaby być obracana w celu precyzyjnego namierzania sygnału.
Podsumowanie wygenerowane przez model językowy.
REKLAMA