Antena de ondas electromagnéticas a través de microcontroladores (Transceptor y receptor)

Tengo dos Arduinos: Mega y Nano, y 2 piezas de alambre de acero como antenas que pegué directamente en las ranuras de los pines.

Configuré mi Mega2560 para generar una corriente alterna en uno de sus pines (PWM digital pin 8), así que ahora tengo una señal sinusoidal (0-5v, 40mA) como puede ver en esta imagen:

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Un segundo Arduino (Nano) que configuré como receptor. Pegué un cable como antena en el pin analógico 1 y lo conecté con una resistencia desplegable de 1k, para que no haya ningún ruido. Puede ver en una imagen a continuación la función AnalogRead de este pin (he tocado la antena un par de veces :)

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¿Cómo tengo esta señal de onda sinusoidal en mi Arduino Nano (receptor pin A1) a través de mi antena y ondas electromagnéticas de la manera más simple posible?

¿Debo usar este tipo de antena dipolo en lugar de solo un cable?

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¿O esta antena tipo bobina? Me equivoqué y no puedo encontrar ningún ejemplo de conceptos básicos de ondas EM que funcionen con Arduino, solo módulos de radiofrecuencia prefabricados.

pd: Aquí hay un tutorial interesante que encontré recientemente, pero solo implementa una parte de mi pregunta "transceptor con un cable como antena".

Bueno, eso no funcionará. Aún así, ha descubierto por qué todos los ejemplos que encontró usan módulos de radio externos. Para obtener una explicación de por qué no funcionará, ¿podría decirnos qué frecuencia genera su programa?
Asumiendo que "freq = 100" significa 100 Hz... aquí hay un ejemplo de una antena para 24000Hz, con una longitud de onda 240 veces más pequeña que la tuya. Tiene más de una milla de ancho; es posible que necesite algo un poco más grande. en.wikipedia.org/wiki/VLF_Transmitter_Cutler
¡Tenga en cuenta que la señal que está tratando de recibir normalmente cuenta como ruido! Si hace algo "para asegurarse de que no haya ningún ruido", entonces también está dañando su señal.
@ graham-nye Dado que mi código genera 99 muestras en un segundo más 10 milisegundos de retraso, y la amplitud de una onda sinusoidal es cercana a las 255 muestras, tomó cerca de 4 segundos obtener una oscilación completa, por lo que la frecuencia real probablemente sea 0,25 Hz
Una antena dipolo sería mucho más eficiente. Desafortunadamente, para 0,25 Hz, tendrá que tener una longitud de casi 600 000 km. Necesitarás una segunda para tu receptor. Para todo lo demás, lo remito a la respuesta de @dex.

Respuestas (1)

La respuesta corta es: necesitará al menos un poco más de circuitos para que esto funcione. Según el objetivo final: comprar un kit emisor + receptor o volver a circuitos electrónicos analógicos.

La respuesta larga:

Lo primero es lo primero, dado que usa un mega arduino vanila (es decir, usa el entorno arduino), la frecuencia de muestreo del PWM se establece en 490 Hz ( frecuencias pwm de arduino ), esto podría resultar como máximo en una señal de 245 Hz (frecuencia de Nyquist). Lo cual está justo en las frecuencias ELF .

Estos 245 Hz corresponden a una longitud de onda de unos 1200 km. Lo que significa que un dipolo de media onda necesitaría abarcar unos 600 km... Dudo que esto encaje en esa placa de prueba. Por supuesto, nada le impide usar antenas más pequeñas, que son solo fracciones de la longitud de onda. Pero también reducirá la energía recibida por la antena a medida que la haga más pequeña. (ELF se usó y todavía se usa en comunicaciones submarinas, su solución al problema de la energía es usar antenas de cable de arrastre muy largas. Esto ni siquiera tiene en cuenta el hecho de que a una frecuencia de muestreo de 490 Hz estaría haciendo una onda cuadrada a 245 Hz en lugar de un seno Pero luego, con los 100 Hz seleccionados, ¡tiene una frecuencia aún más baja!

Ahora, aparte de la capacidad mínima de su antena para captar energía, no se ha acoplado de forma controlada. Los desajustes de impedancia asegurarán que la mayor parte de la energía ni siquiera se irradie correctamente, y en el lado receptor el mismo efecto limitará aún más la recepción.

Y, en términos generales, las señales que provienen de una antena son muy débiles en el mejor de los casos, posiblemente en el rango de microvoltios. Y el arduino adc mide en el rango de milivoltios. Un factor de 1000 veces mayor. Esto explica por qué no vería ningún seno recibido. Para tener algo útil, necesitaría construir una etapa de amplificador muy sensible que filtre todas las frecuencias excepto su señal. El hecho de que vea la reacción en la salida cuando toca la antena se debe a que el cuerpo humano no es un mal receptor de señal, aunque no es una antena de muy alto rendimiento. (En términos de direccionalidad o selectividad de la señal. Solo capto casi cualquier cosa).

¡También sepa que diseñar antenas y sus propiedades es casi tanto un arte como una ciencia! Nada por lo que sentirse mal.

Solo como una nota al margen: he hecho experimentos similares hace años. Solo como demostración, puede enviar un tono pwm en un pin con un cable largo como antena. A continuación, puede usar una radio analógica simple y antigua para captar la señal. Si le das un poco de tiempo y esfuerzo, estarás escuchando el tema de Mario tocado por y arduino a través de una radio.

Entonces, en conclusión y dependiendo de su objetivo final:

  • Si quieres montar un canal de comunicación: compra un kit emisor receptor de ebay y utilízalo como puente serie.
  • Si desea aprender sobre la comunicación electromagnética: vuelva a lo básico y construya algunos circuitos básicos. (Consejo profesional: ¡las placas de prueba son prácticamente la peor base para tales circuitos debido a las influencias parásitas!)
Gracias por una respuesta tan clara y completa. Actualmente estoy trabajando en este enlace de tutorial de transceptor , así que tengo esta idea si puedo implementarlo con microcontroladores. Ahora algo se vuelve más claro, e intentaré trabajar en las etapas de amplificación del lado del receptor y una radiación más adecuada en el lado del transceptor. ¡Gracias de nuevo!
Tal vez también busque conducir los pines de arduino a un nivel más bajo. ¡El acceso directo al registro es mucho más rápido que analogWrite o digitalWrite! Combine esto con un filtro de paso de banda Q alto y obtendrá frecuencias mucho más altas. (Del orden de unos pocos MHz.) Esto es mucho más fácil de irradiar y captar. El filtro debe eliminar los armónicos de la onda cuadrada. El receptor debe ser sintonizable, ¡google es tu amigo! Esto podría proporcionarle una configuración de CW muy básica y de baja potencia. (PD: feliz de ayudar con las preguntas de seguimiento!)
aquí encontré un tutorial cercano a mi tema. puede usar arduino para transmitir una señal de audio a 666 kHz y lo probé y funciona, así que creo que definitivamente no es solo la señal monofónica y creo que eso significa que pwm puede dar una salida de más de 490 Hz, así que aquí hay un enlace si usted interesados ​​instructables.com/id/AM-Transmitter-With-Arduino