基于微控制器的433MHz發(fā)射器和接收器模塊間的通信方案

在制作基于微控制器的項(xiàng)目時(shí)，有時(shí)會(huì)需要在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行通信，要么是基于雙工/收發(fā)器的操作（兩個(gè)設(shè)備都可以同時(shí)發(fā)送和接收），要么是基于半雙工的操作，其中通信是一個(gè)單向的（正在接收的設(shè)備無(wú)法發(fā)送，以及正在發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備無(wú)法接收）。

有很多方式可以實(shí)現(xiàn)上述兩種通信模式中的任何一種，并且這些選擇通常取決于項(xiàng)目的需求，尤其是設(shè)備之間的距離和成本。對(duì)于兩個(gè)微控制器之間的短距離、低預(yù)算的通信方式，其中一種最優(yōu)選使用的方式是使用433MHz RF發(fā)送器和接收器模塊的射頻通信。在本篇文章中，我們將介紹如何使用這些模塊在兩個(gè)Arduino開(kāi)發(fā)板之間建立通信。

433 MHz發(fā)射器和接收器模塊

這些模塊因其低成本和易用性在創(chuàng)客和DIY愛(ài)好者中非常受歡迎。它們用于兩個(gè)微控制器之間的所有短距離、半雙工的通信形式，其中一個(gè)微控制器用作發(fā)送器，另一個(gè)微控制器用作接收器。這些模塊是ASK（幅移鍵控）或OOK（開(kāi)關(guān)鍵控）型RF模塊，這意味著它們?cè)诎l(fā)送邏輯“零”時(shí)通常不消耗功率，因此消耗的功率非常低。這種低功耗使其在基于電池的實(shí)施中非常有用。下面列出了一些發(fā)射器和接收器模塊的規(guī)格。

433MHz發(fā)射器模塊的規(guī)格

√ 工作電壓：3V – 12V

√ 工作電流：最大小于40mA，最小9mA

√ 諧振模式：（SAW）

√ 調(diào)制模式：ASK

√ 工作頻率：433.92MHz

√ 發(fā)射功率：25mWF

√ 頻率誤差：+ 150kHz（max）

√ 通訊速率：小于10Kbps

√ 發(fā)射范圍：90m（在開(kāi)放空間）

433MHz接收器模塊規(guī)格

√ 工作電壓：5.0VDC + 0.5V

√ 工作電流：≤5.5mAmax

√ 調(diào)制模式：OOK / ASK

√ 工作頻率：433.92MHz

√ 帶寬：2MHz

√ 靈敏度：超過(guò)–100dBm（50Ω）

為了演示使用這些模塊可以輕松地將無(wú)線功能添加到項(xiàng)目中，我們將制作一個(gè)帶有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)顯示的氣象站。氣象站將主要由溫濕度傳感器和433 RF發(fā)射器模塊組成。它將測(cè)量環(huán)境的溫度和濕度，并將其通過(guò)RF發(fā)送器發(fā)送到ST7735 1.8寸彩色TFT顯示屏上的顯示單元（通過(guò)RF接收器模塊接收）。

所需的組件

● Arduino Uno開(kāi)發(fā)板

● 433Mhz射頻套件

● DHT22溫濕度傳感器

● 1.8寸彩色TFT顯示屏

● 面包板

● 跳線

原理圖

該項(xiàng)目有兩個(gè)原理圖。第一個(gè)用于發(fā)送器，該發(fā)送器獲取環(huán)境的溫度和濕度，并將其發(fā)送到項(xiàng)目的接收器，后者在顯示屏上顯示數(shù)據(jù)。

發(fā)送器電路原理圖

發(fā)送器電路包括一個(gè)Arduino開(kāi)發(fā)板、DHT22溫濕度傳感器以及433MHz RF發(fā)送器模塊。當(dāng)Arduino與計(jì)算機(jī)斷開(kāi)連接時(shí)，可以使用電池組為Arduino提供電源。如下圖所示連接組件。

接收器電路原理圖

接收器電路由433 MHz射頻接收器模塊、ST7735 1.8寸彩色TFT顯示屏和Arduino Uno開(kāi)發(fā)板組成。如下圖所示連接組件。

完成所有連接后，我們現(xiàn)在可以為該項(xiàng)目編寫(xiě)代碼。

代碼

就像我們必須搭建兩個(gè)設(shè)備一樣，我們將為該項(xiàng)目編寫(xiě)兩個(gè)不同的代碼。其中一個(gè)代碼是控制發(fā)送器，另一種代碼是控制接收器。為了輕松編寫(xiě)本文的代碼，我們將使用可輕松驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目各部分的庫(kù)。對(duì)于RF模塊，我們將使用virtual wire庫(kù)來(lái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)的顯示，我們將使用Adafruit GFX和Adafruit ST7735庫(kù)來(lái)輕松更新ST7735 LCD顯示屏。我們將使用Adafruit DHT傳感器庫(kù)輕松地從DHT22傳感器獲取溫度和濕度數(shù)據(jù)。

代碼背后的算法很簡(jiǎn)單。對(duì)于發(fā)射器，從DHT22獲取溫度和濕度值，然后通過(guò)RF發(fā)射器發(fā)送到接收器。對(duì)于接收器，使用RF接收器模塊獲取由發(fā)送器發(fā)送的溫度和濕度值，然后在LCD上顯示。與往常一樣，我們將對(duì)這兩個(gè)項(xiàng)目的代碼進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

發(fā)射器的代碼

首先包含將在代碼中使用的庫(kù)。

//Written by Nick Koumaris

//info@educ8s.tv

#include 《VirtualWire.h》

#include “DHT.h”

之后，我們聲明將DHT連接到的Arduino的引腳，并指定要使用的DHT的類(lèi)型。

#define DHTPIN 4

#define DHTTYPE DHT22

接下來(lái)，我們定義Arduino的引腳，該引腳將用作我們的數(shù)據(jù)傳輸引腳（連接到RF發(fā)送器模塊的數(shù)據(jù)引腳），然后創(chuàng)建將一個(gè)用于發(fā)送數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)體package。

const int led_pin = 13;

const int transmit_pin = 12;

struct package

{

float temperature ;

float humidity ;

};

接下來(lái)，我們定義一個(gè)package實(shí)例，并創(chuàng)建DHT類(lèi)的實(shí)例以處理DHT傳感器。

typedef struct package Package;

Package data;

DHT dht（DHTPIN， DHTTYPE）;

完成這些操作后，我們轉(zhuǎn)到void setup（）函數(shù)，在其中設(shè)置TX引腳和其他參數(shù)以初始化RF模塊。

void setup（）

{

// Initialise the IO and ISR

vw_set_tx_pin（transmit_pin）;

vw_set_ptt_inverted（true）; // Required for DR3100

vw_setup（500）; // Bits per sec

pinMode（led_pin， OUTPUT）;

}

接下來(lái)是void loop（）函數(shù)，我們可以使用 readSensor（）函數(shù)獲取溫度和濕度。獲取數(shù)據(jù)后，使用vw_send（）函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。延遲2000毫秒，以在數(shù)據(jù)之間創(chuàng)建一段時(shí)間間隔，并確保發(fā)送前另一個(gè)已發(fā)送完成。

void loop（）

{

digitalWrite（led_pin， HIGH）; // Flash a light to show transmitting

readSensor（）;

vw_send（（uint8_t *）&data， sizeof（data））;

vw_wait_tx（）; // Wait until the whole message is gone

digitalWrite（led_pin， LOW）;

delay（2000）;

}

接收器的代碼

首先包含將要使用的庫(kù)。

//Written by Nick Koumaris

//info@educ8s.tv

#include 《VirtualWire.h》

#include 《Adafruit_ST7735.h》

#include 《Adafruit_GFX.h》

接下來(lái)，我們聲明與LCD引腳相連的Arduino引腳。

#define TFT_CS 10

#define TFT_RST 8

#define TFT_DC 9

Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735（TFT_CS， TFT_DC， TFT_RST）;

// Option 2： use any pins but a little slower

#define TFT_SCLK 13 // set these to be whatever pins you like！

#define TFT_MOSI 11 // set these to be whatever pins you like！

接下來(lái)，我們聲明RF接收器模塊的數(shù)據(jù)引腳所連接的Arduino引腳（receive_pin），并創(chuàng)建char型變量來(lái)保存溫度和濕度值。

const int receive_pin = 12;

char temperatureChar［10］;

char humidityChar［10］;

接下來(lái)，我們創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)似于發(fā)射器代碼中的結(jié)構(gòu)體package。

struct package

{

float temperature = 0.0;

float humidity = 0.0;

};

完成此操作后，我們轉(zhuǎn)到void setup（）函數(shù)，在該函數(shù)中我們初始化顯示屏，RF接收器模塊設(shè)置比特率并啟動(dòng)接收器。

void setup（）

{

tft.initR（INITR_BLACKTAB）;

tft.fillScreen（ST7735_BLACK）;

printUI（）;

delay（1000）;

// Initialise the IO and ISR

vw_set_rx_pin（receive_pin）;

vw_setup（500）; // Bits per sec

vw_rx_start（）; // Start the receiver PLL running

}

接下來(lái)，是void loop（）函數(shù)。通過(guò)使用vw_have_message（）函數(shù)檢查是否已收到消息。如果收到消息，我們將從中提取溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將其顯示在LCD上。

void loop（）

{

uint8_t buf［sizeof（data）］;

uint8_t buflen = sizeof（data）;

if （vw_have_message（）） // Is there a packet for us？

{

vw_get_message（buf， &buflen）;

memcpy（&data，&buf，buflen）;

Serial.print（“ Package：”）;

Serial.print（data.temperature）;

String temperatureString = String（data.temperature，1）;

temperatureString.toCharArray（temperatureChar，10）;

tft.fillRect（10，20，80，30，ST7735_BLACK）;

printText（temperatureChar， ST7735_WHITE，10，20，3）;

String humidityString = String（data.humidity，1）;

humidityString.toCharArray（humidityChar，10）;

tft.fillRect（10，95，80，100，ST7735_BLACK）;

printText（humidityChar， ST7735_WHITE，10，95，3）;

Serial.print（“ ”）;

Serial.println（data.humidity）;

}

}

該代碼還包括一些用于以更用戶(hù)友好的方式顯示結(jié)果的函數(shù)。

void printText（char *text， uint16_t color， int x， int y，int textSize）

{

tft.setCursor（x， y）;

tft.setTextColor（color）;

tft.setTextSize（textSize）;

tft.setTextWrap（true）;

tft.print（text）;

}

void printUI（）

{

printText（“TEMPERATURE”， ST7735_GREEN，30，5，1）; // Temperature Static Text

printText（“o”， ST7735_WHITE，90，13，2）;

printText（“C”， ST7735_WHITE，105，20，3）;

printText（“HUMIDITY”， ST7735_BLUE，30，80，1）; // Temperature Static Text

printText（“%”， ST7735_WHITE，90，95，3）;

}

效果演示

將相應(yīng)的代碼上傳到每個(gè)Arduino開(kāi)發(fā)板。 兩個(gè)Arduino開(kāi)發(fā)板都可以使用電池組供電。 開(kāi)機(jī)后幾分鐘，您應(yīng)該會(huì)在LCD上看到溫度和濕度數(shù)據(jù)。

433MHz發(fā)射器和接收器模塊的范圍通常很小，但是通過(guò)焊接外部天線，它們的通訊范圍可以增大。
編輯：hfy