M无线模块数据传输

M无线模块数据传输集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
315M无线模块数据传输常用的近距离无线传输有很多种方式：1）CC1100/NRF905433MHz无线收发模块；2）NRF24012.4GHz无线收发模块；3）蓝牙模块；4）Zigbee系列无线模块；以上1/2/3模块，一个大概要几十块钱，一套加起来要一百多块，4就更贵了，单个就要上百块钱。

而常用的315M遥控模块就便宜很多了，收发一套淘宝上才卖8块钱。

这种模块用途极其广泛，例如遥控开关/汽车/门禁/防盗等，大部分是配合2262/2272编解码芯片实现开关的功能。

如果能够利用315M模块实现数据传输，透明传输串口数据，那将是无线数据传输最廉价的方式。

就是这种模块，不带编码解码芯片的，淘宝价一套8块钱：
发送电路图，使用声表，工作稳定：
接收电路图，超外差接收，用了一片LM358：试验一：单片机串口发送端TX直接接315M发送模块的TXD，另外一个串口的接收端RX直接接315M 接收模块的DATE输出端：
结果如上图所示，串口发送单字节0x50的时候，串口TX端的波形如上图上半部分所示，一个开始位，一个停止位，8个数据位（低位在前高位在后）。

下半部分是通过315M模块无线传输之后，在串口接收端RX收到的波形。

接收下来之后，发现数据传输错误，发送0x50，收到的是
0x05，发0x40收到0x01，发送0x41收到0x50，发送0x42收到0x28。

传输错误的原因：在有数据时候，波形是正确的。

但是串口TX端在空闲的时候，是高电平状态，而通过315M无线传输之后，空闲时候却是低电平状态！结果就是接收电路读出的数据错开了一位，数据传输错误。

试
验二：串口TX经过反相后，再通过315M模块传输，接收端再反相一下，电路图如下：
这次数据传输成功了！1）在1200bps和2400bps速率下，在数据传输期间，数据是正确的，但是数据发送完成后，接收端会收到一大堆的乱码；2）在4800bps速率下，首字节丢失，其他字节传输正常，发送完成后仍然跟着一堆乱码。

----------------------------------------分割线-------------------------------------------------------------------总结：1）通过315M无线模块透明传输串口数据是可行的，但是传输之前和接收之后要加一个三极管反相；2）在1200bps和2400bps 速率下数据稳定传输；在4800bps速率下，首字节丢失，其他字节传输正常；3）数据发送完成后，接收端会收到一大堆的乱码，所以在软件上要加上帧校验，否则可能会引起误触发。

例如我的遥控小车，遥控器发送给小车的控制命令只需要单字节，我在软件上使用3个字节作为一个命令帧，格式为AT+命令字，只有连续收到A和T两个字符之后，后面收到的一个字符才认为是有效的命令，否则认为是乱码，丢弃之。

4）传输距离：发送端和接收端都采用5V供电，天线使用一小段线圈的情况下，直线5米稳定传输。

更长的距离没有测试过，以后有空测试一下再补充。

////////////基础篇在这里：用廉价的315M遥控模块实现数据传输实验一：链路层协议（友情提醒：如果你没有过通信调试的经验，看以下文字可能会觉得晕晕乎乎的，请跳过本小节直接从第二节开始）用示波器查看315M接收模块的输出波形，发现有以下规律：1）平时没信号的时候输出杂波（串口一直接收到乱码）；2）有信号的时候，输出发送模块送来的波形，但是最开始的一个字节数据会有干扰；3）信号发送结
束后，输出端会有100ms左右的寂静期（输出低电平），然后重新输出杂波；4）数据发送期间，刚开始的数据的输出波形比较干净，信号持续的时间越长，越容易出现干扰（串口接收数据出现1-2bit的误码）。

根据以上特点，确定315M模块发送的帧结构如下：引导码+间隔15ms+帧头+数据+校验位，解释如下：
1）引导码的作用：从没信号到有信号的开始阶段，数据会有干扰，所以先发送几个字节的引导码。

这样即使其中的1-2个引导码因为干扰而丢掉也没有关系。

接收端收到引导码不保存，自动忽略。

我的盖革计数器协议中，引导码为4个字节的字符‘A’。

2）引导码+间隔15ms：保证从帧头开始，输出信号的波形非常干净；3）帧头：告诉接收端一个帧的开始。

我的盖革计数器协议中，帧头为两个字符“AT”。

帧头第一个字节跟引导码相同，这样在接收端处理接收数据时可以自动忽略重复收到的字符‘A’。

4）校验：因为315M无线传输极易出现干扰，所以必须加上帧校验，避免将干扰信号误认为是有效数据。

我的盖革计数器协议中，采用异或和的校验方式，具体为：将数据所有字节进行异或计算，取得一个异或和作为校验位。

5）检验的改进：经过大量测试发现，经常出现以下情况：数据的某一个bit受到干扰，例如0变成1，而恰巧校验和的同一个bit也同样因为干扰而由0变成1，这样事实上收到了一位错误的数据，但是检验却刚好正确，接收端误认为是正确的数据。

为了避免以上的情况，将校验和改为：异或和取反，即将数据所有字节进行异或计算，取得一个异或和，再取反作为校验位。

6）帧长：由于上面观察到的规律4，发送长帧的时候容易出现误码，而发送短帧的时候正确率接近100%。

我的盖革计数器协议中，本来采用长度为12字节的帧一次将一分
钟/5分钟/1小时/1天测量平均值发送给PC机，后来改为长度为6字节的短帧，分4次发送4个测量平均值。

帧结构为：AAAA-15ms-AT-数据类型-数据高字节-数据低字节-校验和。

实验二：天线在网上查询了资料，关于315M模块的天线，有以下3种说法：1）弹簧天线，用1mm的铜线绕成弹簧形状，弹簧直径6mm，绕23圈。

淘宝上卖的模块有部分是不焊天线的，如果有天线，就是这样的弹簧天线。

2）用25cm的长导线，竖起来。

3）315M模块用39cm的导线，433M模块用23cm。

测试条件：速率1200bps。

接收模块采用稳压5V供电，发送模块采用未经稳压的11V供电。

发送模块的工作电流：静态3.7mA，发送数据时4-11mA（发送第一帧的时候4mA，第二帧5mA，第三帧6mA，如此逐次上升，到11mA再逐次下降到4mA。

不知道为什么会变化）。

发送连帧头+数据+校验位共6个字节的短帧。

测试结果：1）弹簧天线：直线距离大于8米开始出现误码帧；2）25cm导线：书房到客厅，距离13米，隔一堵墙，开始出现误码帧；3）39cm导线：书房到阳台，距离15米，隔2堵墙一道门，正确率100%。

如果改为发送12字节的长帧，开始出现误码，误码帧30%，正确70%。

结论：采用39cm的导线效果最好。

实验三：采用归零码在网上查阅了一些资料，称数据通信最好不要采用非归零码，尤其是不能出现长1或者长0，否则容易受到干扰。

建议采用归零码，例如曼切斯特码或者POCSAG码等。

所谓的归零码就是发送的所有数据中，出现高电平和低电平的时间总和刚好是50%-50%。

例如曼切斯特码，不再用高电平/低电平表示1和0，而是用电平跳变表示1和0，例如低电平变成高电平（上升沿）为1，下降沿为0，这样无论发送任何数据，都保证高电平和低电平的时间刚好是50%-50%。

用示波器观察接收波形，跟资料描述的一致。

我
发送的数据帧为：AT-00-01-02-校验和，其中有大量的长0，很容易受到干扰将00变成01，或者40之类，其实只有一个bit出错，由于校验失败，整个帧就要丢弃。

如果是12字节的长帧，出现误码帧的概率更大，一共96个bit，只要任何一个bit受到干扰出错，整个帧就要丢弃。

原来的长帧结构为：AAAA-15ms-AT-10-00-01-02-03-04-05-06-07-XOR，现在改成归零码：0x5a-0x5a-0x5a-0x5a-15ms-0x5a-0xa5-99-55-56-59-
5a-65-66-69-6a-XOR（原来的引导码和帧头AT不符合归零码规则，改为0x5a-0xa5）。

效果超好！从书房到阳台（距离15米，隔2堵墙一道门）正确率100%。

发送在13楼，接收走到10楼，仍然保持正确率100%。

走到9楼（隔4层楼）开始出现误码帧。

走到8楼（隔5层楼）只能偶尔收到一帧。

这个效果已经超过我在TB上买的成品CC1100数传模块，单个模块60块钱，带SMA鞭状天线，在9600速率下，书房到阳台ok，隔一层楼ok，1.5层楼开始出现误码，隔2层楼则只能偶尔收到数据。

-------------------------------总结-------------------------------------------------1）采用帧结构：0x5a-0x5a-0x5a-0x5a-间隔15ms-0x5a-0xa5-数据-XOR_SUM_NOT，尽量缩短帧长度；2）数据采用曼切斯特码来编码，可以极大地提高传输性能；3）天线采用39cm的导线，竖起来，效果最佳。