基于微控制器的433MHz发射器和接收器模块间的通信方案

在制作基于微控制器的项目时，有时会需要在两个设备之间进行通信，要么是基于双工/收发器的操作（两个设备都可以同时发送和接收），要么是基于半双工的操作，其中通信是一个单向的（正在接收的设备无法发送，以及正在发送数据的设备无法接收）。

有很多方式可以实现上述两种通信模式中的任何一种，并且这些选择通常取决于项目的需求，尤其是设备之间的距离和成本。对于两个微控制器之间的短距离、低预算的通信方式，其中一种最优选使用的方式是使用433MHz RF发送器和接收器模块的射频通信。在本篇文章中，我们将介绍如何使用这些模块在两个Arduino开发板之间建立通信。

433 MHz发射器和接收器模块

这些模块因其低成本和易用性在创客和DIY爱好者中非常受欢迎。它们用于两个微控制器之间的所有短距离、半双工的通信形式，其中一个微控制器用作发送器，另一个微控制器用作接收器。这些模块是ASK（幅移键控）或OOK（开关键控）型RF模块，这意味着它们在发送逻辑“零”时通常不消耗功率，因此消耗的功率非常低。这种低功耗使其在基于电池的实施中非常有用。下面列出了一些发射器和接收器模块的规格。

433MHz发射器模块的规格

√ 工作电压：3V – 12V

√ 工作电流：最大小于40mA，最小9mA

√ 谐振模式：（SAW）

√ 调制模式：ASK

√ 工作频率：433.92MHz

√ 发射功率：25mWF

√ 频率误差：+ 150kHz（max）

√ 通讯速率：小于10Kbps

√ 发射范围：90m（在开放空间）

433MHz接收器模块规格

√ 工作电压：5.0VDC + 0.5V

√ 工作电流：≤5.5mAmax

√ 调制模式：OOK / ASK

√ 工作频率：433.92MHz

√ 带宽：2MHz

√ 灵敏度：超过–100dBm（50Ω）

为了演示使用这些模块可以轻松地将无线功能添加到项目中，我们将制作一个带有远程数据显示的气象站。气象站将主要由温湿度传感器和433 RF发射器模块组成。它将测量环境的温度和湿度，并将其通过RF发送器发送到ST7735 1.8寸彩色TFT显示屏上的显示单元（通过RF接收器模块接收）。

所需的组件

● Arduino Uno开发板

● 433Mhz射频套件

● DHT22温湿度传感器

● 1.8寸彩色TFT显示屏

● 面包板

● 跳线

原理图

该项目有两个原理图。第一个用于发送器，该发送器获取环境的温度和湿度，并将其发送到项目的接收器，后者在显示屏上显示数据。

发送器电路原理图

发送器电路包括一个Arduino开发板、DHT22温湿度传感器以及433MHz RF发送器模块。当Arduino与计算机断开连接时，可以使用电池组为Arduino提供电源。如下图所示连接组件。

接收器电路原理图

接收器电路由433 MHz射频接收器模块、ST7735 1.8寸彩色TFT显示屏和Arduino Uno开发板组成。如下图所示连接组件。

完成所有连接后，我们现在可以为该项目编写代码。

代码

就像我们必须搭建两个设备一样，我们将为该项目编写两个不同的代码。其中一个代码是控制发送器，另一种代码是控制接收器。为了轻松编写本文的代码，我们将使用可轻松驱动项目各部分的库。对于RF模块，我们将使用virtual wire库来发送和接收数据，而对于接收到的数据的显示，我们将使用Adafruit GFX和Adafruit ST7735库来轻松更新ST7735 LCD显示屏。我们将使用Adafruit DHT传感器库轻松地从DHT22传感器获取温度和湿度数据。

代码背后的算法很简单。对于发射器，从DHT22获取温度和湿度值，然后通过RF发射器发送到接收器。对于接收器，使用RF接收器模块获取由发送器发送的温度和湿度值，然后在LCD上显示。与往常一样，我们将对这两个项目的代码进行简要说明。

发射器的代码

首先包含将在代码中使用的库。

//Written by Nick Koumaris

//[e-mail]

#include 《VirtualWire.h》

#include “DHT.h”

之后，我们声明将DHT连接到的Arduino的引脚，并指定要使用的DHT的类型。

#define DHTPIN 4

#define DHTTYPE DHT22

接下来，我们定义Arduino的引脚，该引脚将用作我们的数据传输引脚（连接到RF发送器模块的数据引脚），然后创建将一个用于发送数据的结构体package。

const int led_pin = 13;

const int transmit_pin = 12;

struct package

{

float temperature ;

float humidity ;

};

接下来，我们定义一个package实例，并创建DHT类的实例以处理DHT传感器。

typedef struct package Package;

Package data;

DHT dht（DHTPIN， DHTTYPE）;

完成这些操作后，我们转到void setup（）函数，在其中设置TX引脚和其他参数以初始化RF模块。

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）;

}

接下来是void loop（）函数，我们可以使用 readSensor（）函数获取温度和湿度。获取数据后，使用vw_send（）函数发送数据。延迟2000毫秒，以在数据之间创建一段时间间隔，并确保发送前另一个已发送完成。

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）;

}

接收器的代码

首先包含将要使用的库。

//Written by Nick Koumaris

//[e-mail]

#include 《VirtualWire.h》

#include 《Adafruit_ST7735.h》

#include 《Adafruit_GFX.h》

接下来，我们声明与LCD引脚相连的Arduino引脚。

#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！

接下来，我们声明RF接收器模块的数据引脚所连接的Arduino引脚（receive_pin），并创建char型变量来保存温度和湿度值。

const int receive_pin = 12;

char temperatureChar［10］;

char humidityChar［10］;

接下来，我们创建一个类似于发射器代码中的结构体package。

struct package

{

float temperature = 0.0;

float humidity = 0.0;

};

完成此操作后，我们转到void setup（）函数，在该函数中我们初始化显示屏，RF接收器模块设置比特率并启动接收器。

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

}

接下来，是void loop（）函数。通过使用vw_have_message（）函数检查是否已收到消息。如果收到消息，我们将从中提取温度和湿度数据，并将其显示在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）;

}

}

该代码还包括一些用于以更用户友好的方式显示结果的函数。

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

将相应的代码上传到每个Arduino开发板。 两个Arduino开发板都可以使用电池组供电。 开机后几分钟，您应该会在LCD上看到温度和湿度数据。

433MHz发射器和接收器模块的范围通常很小，但是通过焊接外部天线，它们的通讯范围可以增大。
编辑：hfy