DF无线传送模块应用及原理

   多年前就有做一下无线传送数据的想法，最初在现实生活中接触到的是摩托车防盗器上的遥控装置，后来因为种种原因一直拖了下来没有做成，最近凭着搞电波钟解码的余热，利用了五一假期把这个无线传数搞了出来。

  无线传数模块在生活中应用途极广，比如车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等。此次采用的模块是价格相对便宜的433M模块，淘宝上价格7元一对，适合用于少量数据的传送，还有些模块是适合较高速率传送的（达Mbps级别），但价格相对较高。此套模块优点是成本低，抗干扰能力强，灵敏度高，传送距离远；缺点是传送速率较低，一般在4Kbps下可以稳定传送。 

      一、收发模块技术参数 

      下面是发射和接收模块的实物图和对应的电路原理图。其中天线是另外用细电线约20cm长绕圈形成。

       1、通讯方式：调幅AM

        2、工作频率：433MHz

        3、频率稳定度：±75KHZ 

        4、发射功率：≤500MW 

        5、静态电流：≤0.1UA

        6、发射电流：3～50MA

        7、工作电压：DC 3～12V

        DF数据发射模块的工作频率为433M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。

      DF发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至DF数据模块的输入端即可。

      DF数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3V 时，空旷地传输距离约20～50米，发射功率较小，当电压5V时约100～200米，当电压9V时约300～500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700～800米，发射功率约500毫瓦。当电压大于l2V时功耗增大，有效发射功率不再明显提高。这套模块的特点是发射功率比较大，传输距离比较远，比较适合恶劣条件下进行通讯。天线最好选用25厘米长的导线，远距离传输时最好能够竖立起来，因为无线电信号传输时受很多因素的影响，所以一般实用距离只有标称距离的20％甚至更少。

      DF数据模块采用ASK方式调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与DF发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则DF发射模块将不能正常工作。数据电平应接近DF数据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。

      DF发射发射模块最好能垂直安装在主板的边缘，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影响。DF模块的传输距离与调制信号频率及幅度、发射电压及电池容量、发射天线、接收机的灵敏度、收发环境有关。一般在开阔区最大发射距离约800米，在有障碍的情况下，距离会缩短，由于无线电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。

      接收模块主要技术指标： 

      1、通讯方式：调幅AM

      2、工作频率：433MHZ

      3、频率稳定度：±200KHZ

      4、接收灵敏度：－106DBM

      5、静态电流：≤5MA

      6、工作电流：≤5MA

      7、工作电压：DC 4.8～5V

      8、输出方式：TTL电平

      接收模块为超再生接收电路，L1C1选频后信号进入Q1及周边电路组成高放电路，Q2及周边电路组成本振，接收的信号经过LM358双运放整形为TTL电平的方波信号。输出端常态为低电平，当接收到信号时，输出为高电平。

      二、测试电路

      因为51MCU上电后IO口默认为高电平，因此在发射模块前和接收模块后加了三极管作反相，这样常态下电平与MCU一致，将发射模块直接连接在发射控制MCU的TXD，将接收模块连接在接收MCU的RXD上。发射端编写程序约隔1秒由串口发送一个数据，数据由0-9循环变化，以观察数据是否正确传送，数据通信采用异步方式，1开始位8数据位1停止位，每个数据共10个位；接收端MCU接收数据后送LCD1602 显示。通信速率分别测试了2400bps、4800bps、7200bps、9600bps，其中2400bps及4800bps速率下数据均能稳定传送无丢码、误码，7200bps及9600bps速率下数据偶尔会乱码，基于稳定性及兼顾传送速率，在后面的程序中均采用4800bps速率。


        发射端采用低电压系列MCU，由二节1.5V电池供电，接收端连接在实验板上进行测试。实际测试中，3V供电给发射模块可以正常工作，两机相隔约8米，中间隔二道墙，信号仍能稳定正确传送。后来又测试了不加天线的情况，发现如果发射与接收均不加天线在上述条件下则会出现乱码，任一端加上天线均能在上述条件下稳定正确传送数据。发射端连同MCU在内，发射时平均约7ma电流，休眠时约几ua，耗电量较理想，适合采用电池供电。

      三、实际应用

      完成测试后，对模块工作原理及性能有初步了解，于是作进一步应用，控制发射模块的MCU板原来是于测试电波解码的，于是作了一点修改，将BPC信号（中国电波授时信号）及JJY信号（日本电波授时信号）解码后通过DF模块将时间数据发射出去，接收端接收后进行处理及显示。  

      下面是连接BPC接收模块的实物图。

        下面是连接JJY接收模块的实物图。[page]

        在测试电路中作单个数据的传送较为简单，目的是用于观察数据传送是否出错，但在实际应用中，需要传送的数据往往不止一位，当要进行多位数据的传送时，需要在发射端及接收端做一个数据传送的协议，并在必要时对传送数据增设校验，以确保传送的数据正确无误。

      此次实验需要传送的时间数据包含年、月、日、星期、时、分、秒共7个，因为纯数字不容易介定类型，所以最好是采取按顺序传送方式，另外增加数据头以判断一组数据的开始，另外在数据末端增加1个校验数据用于判断传送的数据是否正确。一组数据结构如下：

      数据头+年+月+日+星期+时+分+秒+校验

      数据头采用固定的0xfe、0xef，采用这样特殊的组合是为了避免传送的数据中出现与数据头一致的情况，这样一组数据一共有10位。以下是成功接收的数据，数据头不显示。

 

        此组数据显示的信息是：2012年、5月、1日、星期2、0时、26分、00秒。最后一个01是奇偶校验数据。

 

        因为本人所处位置离河南商丘约1300公里，离日本福冈约1800公里，所以信号较弱，一般都需要在凌晨时分才能正确接收，以上信息就是0时26分接收到的中国BPC授时信息，日本的授时信息至凌晨4点多才正常接收。经实际观察，DF无线传送模块与电波授时信号在同一电路中没有互相干扰，并经过一夜连续稳定工作。   

 

        四、使用感受

        经过试用，觉得此模块工作稳定、不容易受干扰、接口简单、控制容易、价格低，零售7元一对的价格实际很有吸引力，虽然数据传送速率较慢，但在一般传送控制数据而非语音、图像的应用中还是足够的，以4800bps稳定工作的速率计算，每秒约可以传送480个字节，扣除数据头及校验位等，也可以传送约 300-400个有效数据，还是相当不错的。下一步会考虑在实际更多的应用中使用此模块，如多组数据采集无线传送回主机，或主机发送控制信号多机同时接收同步受控等。