العالم من خلال عيون موجه WiFi

قصة محاولات رؤية العالم في ضوء مختلف تمامًا وكيف أدى ذلك في النهاية إلى إنشاء جهاز يتيح لك "رؤية" شبكة WiFi. ستستخدم العملية وحدة ESP8266 الشائعة. لسوء الحظ ، لن يستغني Arduino عن Arduino أيضًا.


منذ عدة سنوات ، وصفت مجموعة من الباحثين الشباب من ألمانيا مفهوم التصوير الحراري القائم على مستشعر واحد فقط. كان جوهر الجهاز كما يلي: باستخدام تصميم مؤازرتين ، تم توجيه مستشعر الأشعة تحت الحمراء بالتسلسل عموديا وأفقيا إلى المنطقة المطلوبة ، ومسح الصورة تدريجيا. مثل هذا الحل المثير للاهتمام جعل من الممكن تخفيض سعر الجهاز بشكل كبير ، والحصول على صور مسلية لتوزيع درجة الحرارة ، مثل هذه:

نظام المسح الميكانيكي للصورة - وهذا ما هو تصميم الماكينات ، تحول إلى شيء مثير للغاية. مباشرة بعد بناء مثل هذا الجهاز ، يطرح السؤال - لماذا لا تستبدل مستشعر الأشعة تحت الحمراء بأي شيء آخر يسمح باستخدام نفس المبدأ لتصور ، على سبيل المثال ، موجات الراديو؟
العين البشرية ، على الرغم من أنها أداة معقدة إلى حد ما ، ولكنها محدودة للغاية. نطاق الضوء الذي نراه هو جزء صغير جدًا من طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي.

قيم حجم المأساة - معظم المعلومات حول العالم من حولنا مخفية ببساطة عنا. بالطبع ، سيكون من الرائع توسيع الإطار الطبيعي واكتساب القدرة على الرؤية خارج الحدود التي حددتها الطبيعة. لذلك تم إجراء التجارب التالية باستخدام نظام كنس ميكانيكي.

لاختبار التكنولوجيا ، صنعت كاميرا بسيطة أحادية البكسل تعمل في النطاق المرئي بالفعل والمألوف لنا. استخدمت بطارية شمسية من سيارة ألعاب صينية كمستشعر:

وبطبيعة الحال ، فإن مساحة الخلية الكهروضوئية كبيرة جدًا ، مما يعني أنه من الضروري توفير مجال ضيق من الرؤية بطريقة أو بأخرى ، لذلك سنضيف عدسة من المصباح إليها. نضع الماكينات ونصل إلى Arduino.

تدور البطارية الشمسية إلى المنطقة المرغوبة من الصورة المستقبلية ، وبعدها تقرأ وحدة التحكم إشارة تتناسب مع مقدار الضوء الساقط على البطارية. بالطبع ، ستنتج هذه الكاميرا في النهاية صورة بالأبيض والأسود.
لمعالجة نتائج المسح ، باستخدام QT ، تم تنفيذ برنامج بواجهة بسيطة. (يمكن الحصول بسهولة على دروس حول كيفية تنفيذ الاتصال بين Arduino و Qt على youtube) يتكون البرنامج من زوج من الأزرار للتحكم اليدوي في الماكينات وحقل QGraphicsScene ، حيث يتم رسم المربعات بكسل ، والذي يعتمد لونه على حجم الإشارة عند نقطة معينة. الاستخدام بسيط - أولاً ، يتم توجيه محركات الأقراص يدويًا إلى النقطة اليسرى العلوية من الصورة المستقبلية ، وبعد ذلك يتم إجراء مسح تلقائي للمنطقة التي يتم إنشاء الصورة خلالها. إليك ما خرج من كل هذا:

ما هو موضح في هذا التصور؟ بالطبع ، هذا هو الموضوع الأكثر وضوحًا للتصوير إذا كانت الكاميرا عبارة عن بطارية شمسية - هذه هي الشمس.

ومع ذلك ، فإن إشارة البطارية ضعيفة للغاية للحصول على صور كافية في إضاءة الغرفة ، لأنه تم استبدالها بمقاوم ضوئي ، وأتاحت العدسة من المصباح المجال لنصف مناظير المسرح المكسورة.

مخطط الأسلاك

تبين أن هذا الإبداع كان أكثر نجاحًا ، وكان من الممكن بالفعل التقاط صور يمكن التعرف عليها بشكل أو بآخر: آلة
الثريا

على الطريق

من النافذة

وحتى الغيوم في السماء

بعد أن كنت راضيًا عن هذه النتيجة ، قررت أنه قد حان الوقت لإنشاء جهاز تصوير راديو كامل ، واستبدال المقاوم الضوئي بهوائي اتجاهي. النطاق الأكثر ملاءمة لهذا هو الميكروويف ، حيث أن الهوائي الاتجاهي لا يشغل مساحة كبيرة ، وفي حياتنا اليوم هناك العديد من الأجهزة التي تنبعث بعناية في هذا النطاق.

قررت في البداية استخدام هوائي بوق ، وهو موجود في كاشفات رادار السيارة (تعمل عادة في نطاق 10.525 جيجا هرتز أو 24.15 جيجا هرتز). لم تنجح محاولات عزل إشارة تناظرية تتناسب مع قيمة الإشعاع المكتشف من دائرة مثل هذا الكاشف ، ربما بسبب نقص معرفتي ، وربما لأنها غير موجودة على الإطلاق ، لأنها تعمل بمبدأ المقارنة. (مرحباً بالأخوة الصينيين الذين جمعوا هذه المعجزة). بالطبع كنت أرغب في سحب الهوائي نفسه وبناء شيء خاص بي ، لكنني لم أبدأ في كسر جهاز جيد لهذا الغرض.
الشيء الثاني الذي فكرت فيه هو بناء كاشف ميداني وفقًا لأحد المخططات الموجودة بكثرة على بوابات راديو الهواة وإرفاق هوائي اتجاهي محلي الصنع به ، على سبيل المثال ، الأكثر شعبية وبسيطة إلى حد ما لإنتاج Harchenko biquadrat. ولكن كما اتضح ، فإن العنصر الأكثر أهمية - من الصعب جدًا العثور على الصمام الثنائي الكاشف للميكروويف ، ومن السهل فقدانه ، وعمومًا يكلف الكثير ، لذلك كان عليّ أن أجد الجزء الطويل والصعب للعثور عليه.
بعد مرور بعض الوقت ، تمكنت من الحصول على الصمام الثنائي للكشف عن الجرمانيوم من العصر السوفيتي وتجميع الدائرة التالية:

عمل الجهاز الناتج بثقة ، ولكن على مسافة قصيرة جدًا ، في مكان ما من 5 إلى 10 سم من هاتف محمول يعمل كمصدر للإشعاع. هذا ، بالطبع ، لم يكن كافياً لهذه المهمة.

بعد كل هذه المحن ، حصلت أخيرًا على وحدة ESP8266 ، والتي يمكنها عرض RSSI (مؤشر مستوى إشارة WiFi المستقبلة) لنقاط الوصول التي تم العثور عليها. للقيام بذلك ، استخدم الأمر AT + CWLAP في البرامج الثابتة القياسية للوحدة النمطية. قررت تطبيق هذه الميزة ، إلى جانب هوائي biquadrat الموجه منزليًا والمذكور سابقًا. وهكذا ظهرت معجزة التكنولوجيا:

مخطط الأسلاك

يتم تثبيت ESP8266 نفسه على الجزء الخلفي من الهوائي وهو محمي جيدًا بصفائح نحاسية. تُظهر الأرقام المضيئة الجهد عند خرج محول DC-DC النبضي ، الذي يخفض 12V من مصدر الطاقة إلى 3.3V ، وهو أمر ضروري لكي تعمل الوحدة (إنه شاق للغاية ، لذلك فإن إطعامه من Arduino محفوف بالتشغيل غير المستقر).
لا يزال Arduino يدير محركات الأقراص المؤازرة ويرسل أيضًا أوامر AT إلى ESP8266 باستخدام مكتبة SoftwareSerial. واحدة من النقاط الصعبة - بدلاً من المكتبات القياسية SoftwareSerial and Servo ، اضطررت إلى التبديل إلى نظرائهم ، حيث تتعارض النسخ الأصلية عند استخدامها في وقت واحد.
بالطبع ، يمكنك سماع اللوم في أن Arduino هو عنصر إضافي هنا ، لأن ESP8266 نفسه يمكنه التعامل مع هذه الوظائف. لكن حدث ذلك تاريخيًا أنه أثناء إنشاء الجهاز ، ركزت في البداية على Arduino باعتباره الرابط المركزي للجهاز النهائي ، ويلعب ESP8266 دور نوع من أجهزة الاستشعار.
برنامج QT ، المكتوب لـ "الكاميرا الشمسية" ، خضع لصقل كبير.

النسخة النهائية من البرنامج

في سياق مسح المنطقة ، يتم إنشاء مجموعة من قيم الإشارة لكل نقطة وصول تم العثور عليها ، مما يسمح لك بمعرفة كيف "تتألق" أجهزة توجيه WiFi المختلفة في نهاية الفحص ، وحتى محاولة تقدير موقعها التقريبي. كلما كانت الإشارة أقوى عند نقطة معينة ، كلما كان اللون الأزرق للبكسل المقابل أكثر إشراقًا.

وأخيرًا ، من خلال وضع الجهاز في أجزاء مختلفة من منزلي ، حصلت على الصور التالية. لحسن الحظ ، هناك الكثير من شبكات wifi في منزلي ، ومع هوائي اتجاهي مماثل ، يمكنك التقاط حتى الشبكات البعيدة جدًا.

صوفا وسجادة قطعة. إذا انتبهت ، يتم الحصول على صورة عالية الجودة جدًا مقارنة بالصور الأخرى عند نقطة "SkyNet" - هذا هو جهاز التوجيه المنزلي. هو الأقرب إلى مكان التصوير ، الذي يبدو أنه يلعب دورًا مهمًا في العملية.

الثريا مرة أخرى. لا تنعكس الإشارات من بعض الشبكات من السقف أو من الثريا. على الأرجح ، بناءً على هذه العلامات ، يمكنك محاولة تحديد الموقع الفعلي لجهاز الإرسال.

حوض استحمام مملوء بالماء. كما يعلم الجميع ، تنتقل موجات الراديو تحت الماء بشكل سيئ.

تجدر الإشارة إلى أن الصور في النطاق المرئي تتوافق تقريبًا فقط مع المنطقة الممسوحة ضوئيًا. من الضروري أيضًا مراعاة أنه أثناء التشغيل يصف الهوائي نصف الكرة الأرضية بطريقة أو بأخرى ، وهذا يؤثر أيضًا على النتيجة. يقتصر القرار ، من حيث المبدأ ، فقط على مسار الهوائي والوقت الذي تستغرقه دائرة المنطقة بأكملها. علاوة على ذلك ، يتطلب الحصول على بيانات لكل بكسل 4-5 ثواني. أود الحصول على صور أقل ضبابية ، لكن هذا يتطلب هوائيًا به نمط إشعاع أضيق.

رموز المصدر ، بما في ذلك رسم تخطيطي لاردوينو

Source: https://habr.com/ru/post/ar392555/