Phidgets 产品与资源介绍
若要访问账户、使用购物车或完成购买,需在浏览器设置中启用 JavaScript。这里有适用于“USB 传感”和“控制”的产品,还有加拿大国旗标识。提供了多种产品分类及资源链接,如产品、学习、论坛等,也有创建账户、登录的选项。货币方面有美元和加元可选。
产品分类包括控制器、传感器、机械部件、其他等。控制器有 I/O 板、VINT 集线器等多种类型;传感器涵盖温度/湿度、热电偶等;机械部件包含电机、传动装置等;其他部件有电缆、电源等。此外,还介绍了资源部分,包括操作系统、编程语言、通用资源、编程资源等,以及对应的具体内容链接。同时提供了论坛和联系我们的相关信息。
长距离 Wi-Fi 测试项目
在 2019 年 4 月 8 日开始的项目中,旨在探究在理想环境下 Wi-Fi 连接的范围究竟能有多远。为此设定目标是通过 Wi-Fi 将命令从笔记本电脑传输到 Phidget SBC4 以远距离控制机器人,不过开始前需做研究。
背景研究
一些定义:无线通信依靠特定频率和模式发射无线电波,接收天线捕捉并转换为可用数据,信号需足够强且清晰以区分背景噪声,信号功率随与发射源距离增加而减弱,可增强功率增加传输范围。无线通信传输功率用瓦特和 dBm 表示,dBm 是对数刻度单位。天线可增强无线传输有效功率,通过集中功率实现,其聚焦区域增强信号强度程度称“增益”,用 dBi 表示。整个系统输出功率用“等效全向辐射功率”(EIRP)衡量,可通过将发射机的 dBm 值与天线的 dBi 值相加计算。
我能将 Wi-Fi 信号增强多少?在加拿大和美国,2.4GHz Wi-Fi 发射机在无需申请许可证时,最大发射机输出功率为 1W(30dBm),最大 EIRP 为 4W(36dBi)。若使用定向天线且处于固定点对点配置无移动部件,法规限制相对宽松,但不适用于本次测试。对于功率较低发射机,可用 36dBi 减去发射机的 dBm 值得到天线最大增益。
5GHz Wi-Fi 呢?一般随着传输载波频率增加,信号传播损耗更大、传输范围更短,所以 2.4GHz 通信传输范围比 5GHz 信号长,本次重点关注 2.4GHz。
设备
部件清单:包括 802.11n Wi-Fi 适配器、增益为 12dBi 的 2.4GHz 全向天线、增益为 14dBi 的 2.4GHz 八木天线、Phidget SBC4、Windows 笔记本电脑。
802.11n Wi-Fi 适配器:实验选择使用 802.11n USB Wi-Fi 适配器收发信号,具体是_MOD - WIFI - R5370 - ANT_ 适配器,是 3706_0 适配器变体,有外部天线接口,输出功率 20dBm,与 Phidget SBC4 和 Windows 笔记本电脑兼容,可在 Wi-Fi 网络两端使用,因发射机输出功率为 20dBm,可使用增益最高为 16dBi 的天线。
全向天线:采购的全向天线高 1.2 米,将发射信号集中在水平圆盘内,增益 12dBi,圆盘与水平面夹角 7°,天线需保持水平,其他天线也需大致同高,适合安装在大型移动平台上。
八木天线:看起来像科幻电影里的,使用特殊平行元件沿集中波束发射和接收无线电波,适合固定点间超远距离无线信号传输,本次使用的增益为 14dBi,长度 0.59 米,发射波束宽度 36°。
小型全向天线:是随 USB Wi-Fi 适配器附带的小型 2dBi 全向天线,可代表典型 Wi-Fi 设备,提供笔记本电脑或手机 Wi-Fi 性能基准参考。
测试
为在近乎理想条件下测试不同远距离处 Wi-Fi 信号强度,前往城外小型机场,此地地面平坦、视线无阻挡、外界信号干扰小、气候相对干燥,是实验室外较理想测试场地。使用标准 GPS 标记基站位置和跑道旁测量 Wi-Fi 信号的地标位置。
基本设置是在 Windows 笔记本电脑上创建 Wi-Fi 网络,设置 Phidget SBC 连接该网络,模拟多个运行 Phidgets SBC 的漫游车由中央服务器控制的场景。为简化测试,将 SBC4 固定在基站测量,移动笔记本电脑,通过 PuTTY 连接 Phidget SBC 访问命令行获取信号强度读数,使用开源的 iperf3 软件测量带宽,在 SBC4 上使用 `iwlist wlan0 scan` Linux 命令测量 Wi-Fi 信号强度。
结果
展示了信号强度图表、数据速率图表、信号强度图和数据速率图。
讨论
测试结果表明,使用标准的 0.1W USB Wi-Fi 适配器搭配合适天线,可将 Wi-Fi 信号传输到 1400 米远。因 770 米处是机场场地边界,未对其他天线进行更远距离测试,到达 1400 米处道路时认为是最远距离。自带的 2dBi 天线能将可用 Wi-Fi 信号传输到 430 米远,体现了建筑物和干扰对 Wi-Fi 信号范围的影响,超过 430 米后信号接收不稳定,有数据包丢失情况。数据显示 600 米处数据速率有所增加,原因可能多样但难以确定。定向性强的八木天线在视线范围内信号衰减小于大型全向天线,但偏离波束方向信号会大幅减弱。
结论
通过数据分析得出,在理想的现实世界条件下,配备合适设备,Wi-Fi 信号至少可以传播 1400 米。还提供了一段通过 Wi-Fi 在 770 米外控制天线车的视频。同时给出了需要帮助时的联系电话、变更日志查看方式、下载相关库和驱动的信息,以及 Phidgets 公司的相关介绍和网站适用的隐私政策、服务条款等内容。那么,在不同的非理想环境中,Wi-Fi 信号的传输距离又会受到怎样的影响呢?