基礎(chǔ)篇在這里：用廉價(jià)的315M遙控模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸

實(shí)驗(yàn)一：鏈路層協(xié)議（友情提醒：如果你沒有過通信調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)，看以下文字可能會(huì)覺得暈暈乎乎的，請(qǐng)?zhí)^本小節(jié)直接從第二節(jié)開始）用示波器查看315M接收模塊的輸出波形，發(fā)現(xiàn)有以下規(guī)律：1）平時(shí)沒信號(hào)的時(shí)候輸出雜波（串口一直接收到亂碼）；2）有信號(hào)的時(shí)候，輸出發(fā)送模塊送來的波形，但是最開始的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)會(huì)有干擾；3）信號(hào)發(fā)送結(jié)束后，輸出端會(huì)有100ms左右的寂靜期（輸出低電平），然后重新輸出雜波；4）數(shù)據(jù)發(fā)送期間，剛開始的數(shù)據(jù)的輸出波形比較干凈，信號(hào)持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，越容易出現(xiàn)干擾（串口接收數(shù)據(jù)出現(xiàn)1-2bit的誤碼）。
根據(jù)以上特點(diǎn)，確定315M模塊發(fā)送的幀結(jié)構(gòu)如下：引導(dǎo)碼+間隔15ms+幀頭+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)位，解釋如下：
1）引導(dǎo)碼的作用：從沒信號(hào)到有信號(hào)的開始階段，數(shù)據(jù)會(huì)有干擾，所以先發(fā)送幾個(gè)字節(jié)的引導(dǎo)碼。這樣即使其中的1-2個(gè)引導(dǎo)碼因?yàn)楦蓴_而丟掉也沒有關(guān)系。接收端收到引導(dǎo)碼不保存，自動(dòng)忽略。我的蓋革計(jì)數(shù)器協(xié)議中，引導(dǎo)碼為4個(gè)字節(jié)的字符‘A’。2）引導(dǎo)碼+間隔15ms：保證從幀頭開始，輸出信號(hào)的波形非常干凈；3）幀頭：告訴接收端一個(gè)幀的開始。我的蓋革計(jì)數(shù)器協(xié)議中，幀頭為兩個(gè)字符“AT”。幀頭第一個(gè)字節(jié)跟引導(dǎo)碼相同，這樣在接收端處理接收數(shù)據(jù)時(shí)可以自動(dòng)忽略重復(fù)收到的字符‘A’。4）校驗(yàn)：因?yàn)?15M無線傳輸極易出現(xiàn)干擾，所以必須加上幀校驗(yàn)，避免將干擾信號(hào)誤認(rèn)為是有效數(shù)據(jù)。我的蓋革計(jì)數(shù)器協(xié)議中，采用異或和的校驗(yàn)方式，具體為：將數(shù)據(jù)所有字節(jié)進(jìn)行異或計(jì)算，取得一個(gè)異或和作為校驗(yàn)位。5）檢驗(yàn)的改進(jìn)：經(jīng)過大量測(cè)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)以下情況：數(shù)據(jù)的某一個(gè)bit受到干擾，例如0變成1，而恰巧校驗(yàn)和的同一個(gè)bit也同樣因?yàn)楦蓴_而由0變成1，這樣事實(shí)上收到了一位錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，但是檢驗(yàn)卻剛好正確，接收端誤認(rèn)為是正確的數(shù)據(jù)。為了避免以上的情況，將校驗(yàn)和改為：異或和取反，即將數(shù)據(jù)所有字節(jié)進(jìn)行異或計(jì)算，取得一個(gè)異或和，再取反作為校驗(yàn)位。6 ）幀長(zhǎng)：由于上面觀察到的規(guī)律4，發(fā)送長(zhǎng)幀的時(shí)候容易出現(xiàn)誤碼，而發(fā)送短幀的時(shí)候正確率接近100%。我的蓋革計(jì)數(shù)器協(xié)議中，本來采用長(zhǎng)度為12字節(jié)的幀一次將一分鐘/5分鐘/1小時(shí)/1天測(cè)量平均值發(fā)送給PC機(jī)，后來改為長(zhǎng)度為6字節(jié)的短幀，分4次發(fā)送4個(gè)測(cè)量平均值。幀結(jié)構(gòu)為：AAAA-15ms-AT-數(shù)據(jù)類型-數(shù)據(jù)高字節(jié)-數(shù)據(jù)低字節(jié)-校驗(yàn)和。



實(shí)驗(yàn)二：天線在網(wǎng)上查詢了資料，關(guān)于315M模塊的天線，有以下3種說法：1）彈簧天線，用1mm的銅線繞成彈簧形狀，彈簧直徑6mm，繞23圈。淘寶上賣的模塊有部分是不焊天線的，如果有天線，就是這樣的彈簧天線。2）用25cm的長(zhǎng)導(dǎo)線，豎起來。3）315M模塊用39cm的導(dǎo)線，433M模塊用23cm。測(cè)試條件：速率1200bps。接收模塊采用穩(wěn)壓5V供電，發(fā)送模塊采用未經(jīng)穩(wěn)壓的11V供電。發(fā)送模塊的工作電流：靜態(tài)3.7mA，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)4-11mA（發(fā)送第一幀的時(shí)候4mA，第二幀5mA，第三幀6mA，如此逐次上升，到11mA再逐次下降到4mA。不知道為什么會(huì)變化）。發(fā)送連幀頭+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)位共6個(gè)字節(jié)的短幀。測(cè)試結(jié)果：1）彈簧天線：直線距離大于8米開始出現(xiàn)誤碼幀；2）25cm導(dǎo)線：書房到客廳，距離13米，隔一堵墻，開始出現(xiàn)誤碼幀；3）39cm導(dǎo)線：書房到陽臺(tái)，距離15米，隔2堵墻一道門，正確率100%。如果改為發(fā)送12字節(jié)的長(zhǎng)幀，開始出現(xiàn)誤碼，誤碼幀30%，正確70%。結(jié)論：采用39cm的導(dǎo)線效果最好。



實(shí)驗(yàn)三：采用歸零碼在網(wǎng)上查閱了一些資料，稱數(shù)據(jù)通信最好不要采用非歸零碼，尤其是不能出現(xiàn)長(zhǎng)1或者長(zhǎng)0，否則容易受到干擾。建議采用歸零碼，例如曼切斯特碼或者POCSAG碼等。所謂的歸零碼就是發(fā)送的所有數(shù)據(jù)中，出現(xiàn)高電平和低電平的時(shí)間總和剛好是50%-50%。例如曼切斯特碼，不再用高電平/低電平表示1和0，而是用電平跳變表示1和0，例如低電平變成高電平（上升沿）為1，下降沿為0，這樣無論發(fā)送任何數(shù)據(jù)，都保證高電平和低電平的時(shí)間剛好是50%-50%。用示波器觀察接收波形，跟資料描述的一致。我發(fā)送的數(shù)據(jù)幀為：AT-00-01-02-校驗(yàn)和，其中有大量的長(zhǎng)0，很容易受到干擾將00變成01，或者40之類，其實(shí)只有一個(gè)bit出錯(cuò)，由于校驗(yàn)失敗，整個(gè)幀就要丟棄。如果是12字節(jié)的長(zhǎng)幀，出現(xiàn)誤碼幀的概率更大，一共96個(gè)bit，只要任何一個(gè)bit受到干擾出錯(cuò)，整個(gè)幀就要丟棄。原來的長(zhǎng)幀結(jié)構(gòu)為：AAAA-15ms-AT-10-00-01-02-03-04-05-06-07-XOR，現(xiàn)在改成歸零碼：0x5a-0x5a-0x5a-0x5a-15ms-0x5a-0xa5-99-55-56-59-5a-65-66-69-6a-XOR（原來的引導(dǎo)碼和幀頭AT不符合歸零碼規(guī)則，改為0x5a-0xa5）。效果超好！從書房到陽臺(tái)（距離15米，隔2堵墻一道門）正確率100%。發(fā)送在13樓，接收走到10樓，仍然保持正確率100%。走到9樓（隔4層樓）開始出現(xiàn)誤碼幀。走到8樓（隔5層樓）只能偶爾收到一幀。這個(gè)效果已經(jīng)超過我在TB上買的成品CC1100數(shù)傳模塊，單個(gè)模塊60塊錢，帶SMA鞭狀天線，在9600速率下，書房到陽臺(tái)ok，隔一層樓ok，1.5層樓開始出現(xiàn)誤碼，隔2層樓則只能偶爾收到數(shù)據(jù)。



------------------------------- 總結(jié)-------------------------------------------------1）采用幀結(jié)構(gòu)：0x5a-0x5a-0x5a-0x5a-間隔15ms-0x5a-0xa5-數(shù)據(jù)-XOR_SUM_NOT，盡量縮短幀長(zhǎng)度；2）數(shù)據(jù)采用曼切斯特碼來編碼，可以極大地提高傳輸性能；3）天線采用39cm的導(dǎo)線，豎起來，效果最佳。

總結(jié)

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